核电站控制系统概述

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1、核电站控制系统概述摘要：核电站发电有几大特点，首先核电站的发电效率是非常高的，核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热，将水加热成高温高压，核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多（相差约百万倍），而所需要的燃料体积与火力电厂相比少很多。正文：在当今世界，能源的短缺已经成为了一个世界性地问题，如何找到一种清洁高效而又稳定的能源来源，是每个国家研究的重点方向。在这里，本文就来叙述和讨论核能发电系统的具体优缺点所在。核能发电是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电，它是实现低碳发电的一种重要方式。核能发电的能量来自核反应堆

2、中课裂变材料进行裂变反应所释放的裂变能。裂变反应指铀-235、钚-239、铀-233等重元素在中子作用下分裂为两个碎片，同时放出中子和大量能量的过程。在反应过程中，可裂变物质的原子核吸收一个中子后发生裂变反应并放出两至三个中子。除去中子的消耗，至少有一个中子能引起另一个原子核裂变，这就产生了链式反应。这种反应是实现核裂变发电的前提。实际上，在大多数的大国中，已经有很多新建了裂变核电站机组并且投入了运营。国际原子能机构2011年1月公布的数据显示，全球正在运行的核电机组共442座，核电发电量约占全球发电总量的16%。拥有核电机组最多的国家依次

3、为：美国、法国、日本和俄罗斯。一、压水核电站的生产过程利用核能生产电能的电站称为核电站。由于核反应堆的类型不同，核电站的系统和设备也不同。下面以压水堆核电站为例简单介绍核电站生产过程。压水堆核电站主要由压水反应堆、反应堆冷却剂系统（简称一回路）、蒸汽和动力转换系统（简称二回路）、循环水系统（简称三回路）、发电机和输配电系统及其辅助系统组成，压水堆核电站生产过程如图一所示。通常将一回路及核岛辅助系统、专设安全设施和厂房称为核岛。二回路及其辅助系统和厂房与常规火电厂系统和设备相似，称为常规岛。电厂的其他部分，统称配套设施。实质上，从生产的角度讲

4、，核岛利用核能生产蒸汽，常规岛用蒸汽生产电能。循环水系统主要用来为冷凝器提供冷却水。与沸水堆核电厂不同，压水堆核电厂采用间接循环，即推动汽轮机做功的蒸汽在蒸汽发生器中产生。反应堆冷却剂将堆芯热量载出，通过蒸汽发生器传给给水。这样做的优点是一回路成为隔离放射性的一道屏障，但多了蒸汽发生器。现代压水堆核电厂设计原则是应遵循多道屏障、纵深防御、单一故障准则，具有抗御自然灾害能力，遵守国家的辐照剂量标准。一、核电站反应堆控制系统及其架构电站的负荷控制是自动运行的，在主控室里设置有电站运行功率的整定操作开关，汽轮发电机自动地运行在整定功率水平上。反应

5、堆的功率接受来自汽轮机自动调节系统的信号，并通过冷却剂水的温度反应性调节作用自动地跟踪汽轮机的蒸汽负荷需求。为了保证反应堆动力回路的静态运行方式得以实现，设计有温度调节，即反应堆控制系统是按照冷却剂平均温度差信号△Tav进行调节的。为了使核电站在正常的带负荷运行中尽量拉平反应堆内（活性区内）的中子通量分布，在堆物理的设计中，采取了以下原则：（1）当核电站运行在额定功率时，所有的控制棒（L棒组和D棒组）均提到活性区的顶部；在部分功率运行时，应该使尽可能少的棒组（D棒组）依次地插入到活性区。（2）活性区轴向功率密度通过L棒组进行自动调节，使得活

6、性区上半部和下半部的平均功率差不多。（3）对于慢变化的反应性补偿和调节，依靠改变冷却剂水中的含硼浓度来实现。因此，棒控制系统的设计应保证活性区堆的上述设计要求得以实现。下图二表示了反应堆控制系统分三部分，即L棒组、D棒组和冷却剂的含硼浓度。这三个控制通道同时接收温度差信号△Tav。控制系统对于△Tav设置不同的控制死区，使L棒组通道死区最大（例如±1.5℃）,D棒组通道的死区次之（例如±1℃），含硼浓度控制通道的死区最小（例如±0.5℃）。对于小扰动或者小的负荷变化，只需控制冷却剂的含硼浓度就够了，D棒组和L棒组不参与动作；如果出现中等程度

7、的扰动或者较大的负荷变化，D棒组和冷却剂含硼浓度控制同时参与控制；只有当出现大的扰动或者大的负荷变化以后，△Tav值才超过L棒组控制通道的死区，这时L棒组、D棒组和冷却剂含硼浓度控制一起投入工作以满足负荷变化要求。L棒组数量多，总棒值大，用于克服大扰动。然而，过渡过程一结束，L棒组还应回到规定的活性顶部位置（大约为活性区有效长度的5～15％范围内）。L棒组回到规定的活性顶部位置是通过对L棒组和D棒组的联合控制是来达到这种状态的。D棒组控制通道同时接受L棒组的位置差信号△Ll和△Tav信号。△Ll＝（Llc＋Llu）－Ll（Llc＋Llu）为

8、L棒组的位置定值信号，其中Llc为变化部分，Llu为不变部分，变化部分Llc来自活性区上半部和下半部的功率密度测量，它代表两部分功率密度的动态差。Ll是L棒组的实测位置。当过渡过