壓水堆控制

基本介紹

• 中文名：壓水堆控制  
• 外文名：control　of　PWR

使壓水堆的狀態參數維持在運行工況的規定範圍內，或改變壓水堆的狀態參數使其達到給定範圍的技術。

壓水堆控制主要有:①反應性控制和功率分布控制；②功率調節；③一迴路系統壓力控制；④穩壓器水位控制；⑤蒸汽發生器水位控制；⑥蒸汽排放控制。

反應性控制和功率分布控制

壓水堆的快速變化反應性控制主要通過改變控制棒在堆芯中的位置來實現，控制組件由16根(15×15排列的燃料組件)或24根(17×17排列的燃料組件)控制棒組成，控制棒上端固定在星型架上，為圓柱形棒，內裝銀-銦-鎘材料的中子吸收體，插在燃料組件的控制棒導向管內。對於燃耗和氙中毒引起的緩慢的反應性變化，通過改變冷卻劑中的硼濃度來補償。硼濃度控制系統通過注入硼酸或注入無離子水來調節冷卻劑中的硼濃度。通過手動或自動改變控制棒在堆芯中的位置，以及冷卻劑中的硼濃度，來控制堆內的功率分布，以展平堆芯徑向的功率分布，並消除軸向的功率畸變。

一迴路系統壓力控制

藉助穩壓器的加熱器(在水區內)或噴霧器(在蒸汽區內)，以保持穩壓器壓力在規定範圍內。採用四種方法控制穩壓器的壓力，見圖1。

圖1 一迴路壓力控制系統

浸入式電加熱器裝在靠近穩壓器的底部，由比例加熱器和後備加熱器兩部分組成，正常運行時，比例加熱器用來控制由於參數波動和熱損失引起的小量壓力變化。當壓力信號過低時，後備加熱器就通電投入工作，在穩壓器內產生更多的蒸汽，從而使壓力迅速上升。在穩壓器頂部設有噴嘴，引入一迴路冷段主泵出口的高壓水，當壓力信號過高時，通過控制噴霧閥調節噴霧流量，噴霧使蒸汽冷凝，從而使穩壓器壓力下降。另還設有兩個動力卸壓閥，在大的負荷降低的瞬變過程中，壓力增加過大時，依次打開卸壓閥，將穩壓器內多餘蒸汽排至卸壓箱，使壓力迅速下降。如果發生完全失去負荷而又沒有停堆且蒸汽排放系統沒有動作，則穩壓器安全閥自動打開，以限制一迴路壓力過高。

穩壓器水位控制

反應堆冷卻劑系統內的水容量，即穩壓器水位是靠化學和容積控制系統(CVCS)來保持的。在核電廠正常運行期間，穩壓器水位通過調節上充流量來控制。至少要有一台上充泵連續地運轉，以平衡進入化學和容積控制系統進行淨化處理的下泄流量。

穩壓器水位控制系統有自動、手動兩種工作方式，可相互切換，見圖2。穩壓器水位被設定為冷卻劑平均溫度的函式，它隨著反應堆功率增長而增高，這是由於從低功率升至滿功率，一次冷卻劑平均溫度升高引起冷卻劑膨脹的結果。程式設定的水位被設計成儘可能地同由於冷卻劑平均溫度變化所引起的水位變化相一致，使控制系統處在最佳的工作狀態。控制系統的輸出信號操縱上充流量調節閥，以調節上充流量。

圖2 穩壓器水位控制系統

在反應堆起動和停閉期間，手動調節穩壓器的水位。在主控制室內應設定相應的儀表指示和手動操縱裝置。

蒸汽發生器水位控制

系統的基本功能是調節進入蒸汽發生器二次側的給水流量，使得在正常運行工況下蒸汽發生器的水位保持在規定範圍內，即程式水位，並在電廠正常瞬態期間補償由於溫度變化引起的二次側水體積收縮或膨脹，以及蒸汽出力變化造成的水位變化，防止不希望的反應堆事故停閉和汽輪機事故停機。

系統由兩個子系統組成:給水泵速度調節系統和蒸汽發生器給水調節系統。

(1)給水泵速度調節:設定給水泵速度調節系統，用於調節汽動給水泵的轉速，使給水泵進出口壓差接近常數，並使蒸汽母管和給水泵出口母管間的壓差保持為規定的程式設定壓差。電動給水泵則通過液力耦合器調節給水泵的轉速。這樣做的好處是當電廠在低功率運行時降低所需的泵送功率並降低對給水閥設計的要求。

(2)蒸汽發生器給水調節:一般由一個三衝量(給水流量、蒸汽流量和蒸汽發生器水位)調節器和一個單衝量(蒸汽發生器水位)調節器，以及兩個給水調節閥(主給水調節閥和旁路給水調節閥)組成給水調節系統，見圖3。

圖3 蒸汽發生器給水調節系統

當負荷在0~20%之間時，給水流量由旁路給水調節閥調節，其開度由單衝量調節器輸出信號控制，功率量程中子注量率信號作動態補償，調整系統的增益。當負荷高於20%時，給水流量由主給水調節閥調節，其開度由三衝量調節器輸出信號控制。兩個調節器之間的切換是自動的。蒸汽發生器的設定水位是負荷的函式。當負荷在0~20%之間時，程式水位隨負荷增加而增加；當負荷高於20%時，水位恆定。

在事故停堆和停機之後，要求連續對蒸汽發生器供以給水，以保證核蒸汽供應系統餘熱的導出。當冷卻劑平均溫度低於給定值或蒸汽發生器水位升至給定值時，超越控制信號就關閉主給水調節閥，此後它就處於手動控制之下。手動超越控制在所有時間都有效。

蒸汽排放控制

蒸汽排放系統的作用是在汽輪機負荷突然大幅度減少之後，有控制地將蒸汽直接排放至凝汽器，從而在蒸汽發生器上保持一個人為的負荷以減小反應堆冷卻劑系統的瞬態變化。隨後，控制棒系統，包括反應堆功率調節系統和自動降功率系統，把反應堆的功率降低到一個新的平衡值，而不引起出現超溫度或超壓力的事故停堆。本系統也可用於在熱停堆和冷停堆過程中排出反應堆的餘熱，進行核電廠冷卻，以及在反應堆起動時排出多餘蒸汽，使核電廠處於平衡無負荷狀態。

系統有兩個子系統:蒸汽旁路排放控制系統和大氣釋放控制系統。

(1)蒸汽旁路排放控制:蒸汽旁路排放控制系統一般由8~12個蒸汽排放閥、控制器和雙穩態觸發電路組成，見圖4。當汽輪機發生超過10%以上的甩負荷時，根據環路平均溫度最大值與參考平均溫度的差值，通過雙穩態觸發電路使蒸汽排放閥依次快速打開，或通過甩負荷控制器使蒸汽排放閥依次按比例地開啟。控制棒系統動作後，隨著反應堆功率逐步降低，一次冷卻劑平均溫度不斷下降，偏差信號愈來愈小，蒸汽排放閥便依次逐漸關閉。待反應堆功率和汽輪機負荷重新匹配時，一次冷卻劑平均溫度達到新的參考平均溫度值時，蒸汽排放閥全部關閉，甩負荷過程即告終止。蒸汽排放閥的排放容量視核電廠甩負荷適應能力而定，一般為40%~85%額定蒸汽流量。蒸汽排放閥的快速開啟時間為3s。為避免小負荷擾動時蒸汽排放閥動作，設有排放閉鎖和甩負荷探測電路。探測汽輪機衝動級壓力的變化率，來判斷汽機負荷減少的速率。若降負荷速率超過10%階躍變化或每分鐘5%線性變化，則解除閉鎖。當測得反應堆停閉信號後，由停堆(排放)控制器代替甩負荷(排放)控制器工作。

圖4 蒸汽旁路排放控制系統

在反應堆起動和熱停堆期間，採用蒸汽母管壓力控制方式，壓力整定值可手動調整，以操縱蒸汽排放。

(2)大氣釋放控制:設有若干個安全閥，在核電廠起、停過程中，當凝汽器尚未投入工作或不能使用時，或旁路排放能力低於甩負荷量時，安全閥投入工作。通過向大氣排放，保持蒸汽壓力在規定的限值以內。安全閥排放容量一般為額定蒸汽流量的10%~15%。向大氣排放是蒸汽壓力控制的最後措施，屬安全級。