核电站主要控制系统

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1、核电站主要控制系统作者：杜绍茂摘要：本文以压水堆核电站设备和系统为基础，介绍了核电站的生产过程、核岛部分的主要控制系统和常规岛的汽轮机控制系统。提出了核电站汽轮发电机组与反应堆供汽系统的功率协调匹配是核电站控制的关键。一、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

2、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，核岛利用核能生产蒸汽，常规岛用蒸汽生产电能。   压水堆核电厂主要由上述一回路、二回路和三回路等三个回路组成。一回路生产蒸汽，二回路和三回路将蒸汽的热能转换为推动汽轮发电机组转动的机械能。反应堆冷却剂系统将堆芯核裂变放出的热能带出反应堆并传递给二回路系统以产生蒸汽。通常把反应堆、反应堆冷却剂系统及其辅助系统合称为核供汽系统。一回路内的高温高压含硼水，由反应堆主冷却剂泵输送，流经反

3、应堆堆芯，吸收了堆芯核裂变放出的热能，再流进蒸汽发生器，通过蒸汽发生器传热管壁，将热能传给二回路蒸汽发生器给水，然后再被反应堆主冷却剂泵送入反应堆。如此循环往复，构成封闭回路。整个一回路系统设有一台稳压器，一回路系统的压力靠稳压器调节，保持稳定。二回路系统由汽轮机发电机组、冷凝器、凝结水泵、给水加热器、除氧器、给水泵、蒸汽发生器、汽水分离再热器等设备组成。蒸汽发生器的给水在蒸汽发生器吸收热量变成高压蒸汽，然后驱动汽轮发电机组发电，作功后的乏汽在冷凝器内冷凝成水，凝结水由凝结水泵输送，经低压加热器进入除氧器，除氧水由给水泵送入高压加热器加热后重新返回蒸汽发

4、生器，如此形成热力循环。在压水堆电厂，一回路系统的冷却剂与汽轮机回路工质是完全隔离的，这就是所谓的“间接循环”。           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。二、核电站主要控制系统   核电站的主要控制系统是：反应堆控

5、制系统，稳压器控制系统，蒸气发生器控制系统，蒸气排放控制系统，汽轮机控制系统。   目前我国核电站通常是带基本负荷运行，但设计时一般都考虑了变负荷运行方式。   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。2.1反应堆控制系统   为了使核电站在正常的带负荷

6、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。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

7、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

8、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％