核电站仪表与控制

1、反应性控制

燃料消耗、裂变物积累——反应性↘

足够的剩余反应性

需补偿

一、压水堆反应性效应

二、压水堆自稳自调特性

三、反应性控制的功能要求及措施

一、压水堆反应性效应

1、燃料温度系数

反应堆温度变化而引起反应性变化的效应

铀238的共振吸收随温度变化引起的

燃料温度的上升导致燃料有效吸收截面增大，中子吸收增大

铀238的燃料温度系数总是负的，并且相应时间很短，仅零点几秒

-2——-3pcm/℃

2、慢化剂稳定系数

温度↗，水膨胀，密度↘，慢化能力↘，使反应性↘

温度系数是负的。

由于压水堆是载硼运行，温度升高时，硼毒作用将随硼密度

小而下降，使反应性增大，故硼酸的反应性温度系数是正的。

因此，如果硼酸的浓度足够大，慢化剂温度系数将变为正的。而压水堆在功率运行时，要求慢化剂温度系数是负的，该温度效应相应时间较长（约几秒），在反应堆温度效应反馈中起决定作用。

寿期初：满功率，有氙

-20pcm/℃,限制在±100 pcm/℃

寿期末：满功率，有氙

-50pcm/℃,限制在±250 pcm/℃

3、慢化剂压力系数

在寿期开始时，慢化剂压力系数在慢化剂温度部分范围内是负的，但在功率运行下常是正的。由于压水堆允许压力波动范围小，且压力变化所引起的变化不大，故可忽略。

4、慢化剂汽泡系数

慢化剂汽泡系数反应了慢化剂汽泡量变化引起的反应性变化。但是由于压水堆不允许沸腾，因此这个系数实际上不起作用。

二、压水堆自稳自调特性

影响反应堆动态特性的主要因素：燃料温度系数和慢化剂温度系数

压水堆温度系数总是设计成负的

这个内部负反馈作用使反应堆具有自稳自调特性（固有）

利于反应堆控制系统设计

自稳性

反应堆出现内、外扰动时，反应堆能维持原功率水平的特性。

eg：当反应堆引入一个正的反应性扰动时，中子通量将突然增加，燃料温度增加，慢化剂平均温度增加，由于温度效应产生一个负反应性效果，抵消了正反应性扰动，最后中子通量能基本上恢复到初始值。

自调性

负荷变化时，反应堆自身能迅速达到热平衡

eg：汽轮机负荷↗——转速↘——汽轮机阀门↗——蒸汽流量↗——蒸汽温度和压力↘——一回路冷却剂温度↘——（负温度系数产生一个正反应性）中子通量密度↗ ——燃料温度↗则会产生一个负反应性，最后反应性达到新的平衡状态。

三、反应性控制的功能要求及措施

反应堆有效增殖系数Keff

定义中子一代时间lp为

Keff=1 临界状态功率水平不变

Keff<1 次临界状态功率水平降

Keff>1 超临界状态功率水平升

讨论反应堆控制，方便，引入反应性ρ

ρ=0 临界状态功率水平不变

ρ<0 次临界状态功率水平降

ρ>0 超临界状态功率水平升

ρ=∑ ρJ

= ρi+ ρat+ ρd+ ρx+ ρbu

+ ρb + ρr

燃料后备性反应调硼效应

温度效应控制棒插入效应

多普勒

氙毒效应

燃耗效应

反应性控制的目的

采取各种有效的控制方式，在确保安全的前提下，控制反应堆的剩余反应性。

剩余反应性：无控制毒物时的反应性。

调节堆内毒物的量达到控制剩余反应性。

功率分布均匀：棒分布、提棒程序。

负荷变化：控制棒调节。

事故：落棒停堆，浓度。

控制方法

剩余反应性很大

控制棒组件

可燃毒物棒

硼酸浓度

联合使用，经济、实现容易

控制棒

吸收中子

灰棒：1.1

黑棒：1.2

控制停堆、反应性变化

硼酸浓度

控制棒数量有限

启动——满负荷：稀释（慢）

停堆、换料等：加浓

可燃毒物棒

新燃料：剩余反应性很大

可燃毒物棒：中子吸收截面较大的物质。

第一寿期后拆除。

2、负荷运行方式

一、基本负荷（模式A）运行方式机跟堆

二、负荷跟踪（模式G）运行方式堆跟机

AGC主要功能:

负荷频率控制：电网系统频率调整到额定值，电网间联络线交换功率调整到计划值。

经济调度：在满足负荷要求的情况下，计算出参与经济分配的机组（煤耗最低）

AGC指令：电网调度中心的计算机产生的被控机组的目标功率。

（按RTU的通信规定组装成AGC遥调报文输送给电厂RTU，RTU装置将接收到的AGC控制信号转换成4～20mA的信号送至发电机组的功率调节系统。）

反馈信号：发电机组有功功率及反映机组控制系统的状态、AGC响应的品质参数及机组的负荷限制参数,经过RTU远动装置转换成线性比例的二进制遥测数据,该数据由RTU转换成高频载波信号,送到电网调度实时控制系统中。

（机组的负荷高、低限，机组负荷设定值的变化速率，发电机组AGC方式已投入等信号。）基本负荷运行，汽轮机的功率跟随反应堆功率运行

电力系统向反应堆没有反馈回路

控制系统较简单

负荷是变动的，参加电网功率调节

---自动跟踪负荷，具有从电力系统向反应堆自动反馈回路

---控制系统较为复杂。

模式A：排出慢化剂数量少，热应力较小，这将有利于反应堆安全和机组的寿命。

模式G：排出的慢化剂数量较多，是第三代反应堆所普遍采用的运行模式。技术问题尚待解决，如棒束驱动机构的机械寿命是个突出的问题。大亚湾核电站是按模式G运行的。

两种模式可由一套控制系统实现

压水堆核电厂稳态运行方案

能量平衡

(一回与二回,反应堆与汽机功率)

能量以参数形式表现

温度、压力、流量

平衡计算

PH=(UA)S(TAVG-TS)