基本介紹
- 中文名：高溫氣冷堆控制
- 外文名：control ofhigh-temperature gas-cooled reactor
高溫氣冷堆按燃料元件和堆芯結構來分有兩種類型：球床堆和柱床堆。
球床堆由於堆芯內難以設定控制棒導向管，控制棒的插入難度大，通常控制棒插於設定在反射層的導向管中。柱床堆在堆芯內雖可設定控制棒導向管，但由於堆芯溫度高，控制棒工作環境惡劣，通常也把控制棒設定在反射層內，用於正常運行時的反應性控制和堆功率調節，對於小型堆也可作緊急停堆用。對於反射層控制棒不能提供足夠停堆裕量的大型堆，需設定插入堆芯的控制棒，作為長期停堆時插入堆芯的安全棒。
高溫氣冷堆堆芯的溫度很高，儘管在惰性氦氣中，仍由於金屬部件的碳化作用，不便安裝堆芯儀表。不過由於燃料運行溫度遠低於其限值，使得通過測量堆出口冷卻劑溫度來監測燃料的工況成為可能，從而實現高溫氣冷堆的功率調節和溫度控制。
總的說來，高溫氣冷堆堆芯功率密度低，熱容量大，且燃料表面與氣態冷卻劑之間熱阻較大，致使反應堆中子注量率對堆芯和冷卻劑溫度的變化有較慢的回響；加上高溫氣冷堆在整個燃耗周期內都具有負的反應性溫度係數，因而高溫氣冷堆具有良好的自調節性和自穩定性，固有安全性好。
高溫氣冷堆核電廠在正常運行時應保持主蒸汽的壓力和溫度恆定。其基本的控制方式是：根據負荷要求確定蒸汽流量，在直流蒸汽發生器的情況也可以是給水流量，並按照蒸汽壓力或溫度的變化調節反應堆冷卻劑流量；同時移動控制棒以調節反應堆功率，平衡氙毒和補償溫度效應，並控制反應堆冷卻劑出口溫度，進而維持蒸汽溫度和壓力恆定。對石墨球床堆芯，為防止石墨潛能積累，維持反應堆冷卻劑入口溫度在允許範圍內變化或維持其恆定是一項重要的控制原則。
下圖示出桃花谷高溫氣冷堆核電廠的控制系統。該電廠有兩個冷卻劑迴路，每個迴路有
高溫氣冷堆核電廠控制系統
FC-流量調節器；HC-手控台；LC-水位調節器；LT-水位變送器；NC-中子注量密度調節器；PC-壓力調節器；
PT-壓力變送器；SC-轉速調節器；ST-轉速變送器；TC-溫度調節器；TT-溫度變送器
一台蒸汽發生器和一台可調速的氦氣風機。根據負荷需要汽輪機的調節閥自動進行控制，調節蒸汽流量。氦風機轉速調節器的定值由蒸汽壓力調節器給定。堆出口氦氣溫度的整定值由蒸汽溫度調節器按兩個迴路取高值給定，然後與兩個迴路出口氦氣溫度的高值比較，其偏差作為反應堆功率調節器的輸入量，通過移動控制棒使堆功率與電廠負荷相匹配。當汽輪機負荷增加時，通過汽輪機調節閥增加蒸汽流量，這時蒸汽壓力下降，通過蒸汽壓力調節器增加氦風機轉速，提高氦氣流量，同時氦氣溫度和蒸汽溫度的下降導致氦氣溫度調節器和蒸汽溫度調節器均要求更高的中子注量率水平，從而抽出控制棒，使反應堆功率跟隨汽輪機負荷的變化，並維持蒸汽參數恆定。汽輪機負荷減少時，動作過程與上述相反。使用直流式蒸汽發生器的球床高溫堆核電廠，可以按負荷需要確定給水流量，在維持汽輪機進汽壓力恆定的前提下，通過反應堆氦氣冷卻劑的流量調節維持蒸汽溫度恆定，然後，調節反應堆的功率，或維持入口氦氣溫度恆定，或維持出口氦氣溫度為設計規定值，並保證入口氦氣溫度的變化在允許範圍內。
對於無擾動穩定負荷下的運行或偏離設計工況的運行，可採用手動控制。在起動和停閉階段，當運行參數超出自動調節系統的工作範圍時，手動控制仍是常規的控制方式。但是，在功率運行階段，為維持蒸汽參數的恆定，保持汽輪機的良好工作狀態，使棒位、冷卻劑流量、堆出入口冷卻劑溫度、給水流量乃至汽輪機調節閥等諸多參數和設備狀態協調於設計規定的狀態，就必須採用自動控制；而且，動態分析表明，無論就增益還是就時間回響而言，高溫氣冷堆核電廠的控制特性都是隨負荷工況的改變而變化的，設定一個隨負荷或其他運行參數變化而具有自整定特性的協調控制系統是適宜的，且有助於改善快慢過程耦合的控制特性，以計算機為基礎的數位化控制系統為實現上述目標提供了可能。
