AP1000機(jī)組反應(yīng)堆功率控制邏輯

郭述志

【摘 要】 AP1000機(jī)組反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)是電廠控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)，由模式選擇、低功率和高功率模塊組成；本文重點(diǎn)介紹了AP1000機(jī)組反應(yīng)堆功率控制中的低功率模式控制和高功率模式控制邏輯，列舉了對(duì)各個(gè)控制模式的輸入信號(hào)，并分別對(duì)其進(jìn)行了簡要的分析?？偨Y(jié)了AP1000機(jī)組反應(yīng)堆功率控制邏輯的特點(diǎn)以及相較于二代核電站的改進(jìn)及優(yōu)勢等。

【關(guān)鍵詞】 AP1000 功率控制 控制邏輯

1 前言

反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是抑制反應(yīng)堆的功率擾動(dòng)，使得反應(yīng)堆功率維持在一定水平，保證一回路與二回路的功率相匹配，并保證堆芯功率分布能滿足限制要求，使反應(yīng)堆的功率輸出穩(wěn)定。

2 AP1000功率控制系統(tǒng)的組成

AP1000反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)是電廠控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)，采用了機(jī)械補(bǔ)償運(yùn)行控制策略，其主要特點(diǎn)是日常運(yùn)行時(shí)利用高、低價(jià)值的控制棒對(duì)反應(yīng)性進(jìn)行機(jī)械調(diào)節(jié)，極少需要調(diào)節(jié)硼濃度。

AP1000的控制棒組件包括M棒組、AO棒組以及停堆棒組，M棒組用于控制反應(yīng)堆的功率水平，AO棒組控制反應(yīng)堆的軸向功率分布，功率控制系統(tǒng)動(dòng)作的主要是M棒組。

反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)通過自動(dòng)調(diào)節(jié)M棒組，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)堆功率水平的自動(dòng)控制，其通過向控制棒控制系統(tǒng)發(fā)送控制命令來實(shí)現(xiàn)這些功能，控制棒控制系統(tǒng)根據(jù)來自于功率控制系統(tǒng)的信號(hào)對(duì)反應(yīng)堆內(nèi)的控制棒位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。

AP1000的功率控制邏輯包括模式選擇、低功率模式和高功率模式三個(gè)部分：

（1）高功率控制邏輯適用于15%-100%FP的功率范圍。功率控制系統(tǒng)對(duì)一回路冷卻劑平均溫度Tavg進(jìn)行監(jiān)測，并通過溫度失配偏差和功率失配偏差信號(hào)來驅(qū)動(dòng)控制棒按特定的速率和方向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)堆芯功率的自動(dòng)控制；（2）低功率控制邏輯適用于3%-15%FP的功率范圍。操縱員手動(dòng)設(shè)定目標(biāo)功率值及功率變化速率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)堆功率的直接控制；（3）模式選擇邏輯用于反應(yīng)堆控制系統(tǒng)控制模式的判斷及切換。

3 低功率模式控制邏輯

當(dāng)功率控制系統(tǒng)處于低功率模式時(shí)（0-15%額定功率），電廠通常處于啟動(dòng)和停堆工況，故控制邏輯比較簡單。

低功率模式控制邏輯輸入信號(hào)有以下幾個(gè)：（1）“最終功率目標(biāo)”：操縱員可在主控室操縱員工作站操作界面中輸入需要達(dá)到的最終功率目標(biāo)值，其范圍為0%-15%額定功率；（2）“功率改變時(shí)間”：操縱員可在主控室操縱員工作站操作界面中輸入期望的功率改變時(shí)間，從而控制功率改變的速率；（3）“開始/暫停/繼續(xù)/退出”：操縱員可在主控室操縱員工作站操作界面中控制低功率模式下的功率改變進(jìn)程，有開始/暫停/繼續(xù)/退出四個(gè)選項(xiàng)，可用于開始、暫停、繼續(xù)或退出功率改變過程；（4）“核功率”：與模式選擇邏輯中的核功率信號(hào)相同。

低功率模式下，操縱員首先需要輸入最終功率目標(biāo)和功率改變時(shí)間，核功率定值計(jì)算環(huán)節(jié)利用最終功率目標(biāo)值、功率改變時(shí)間以及實(shí)測的核功率值，計(jì)算出功率變化過程中的動(dòng)態(tài)定值（QNSP（t））及其變化速率（DQNDT）。

核功率信號(hào)首先送入一個(gè)滯后環(huán)節(jié)進(jìn)行濾波，除去噪聲信號(hào)，之后分別送往核功率定值計(jì)算環(huán)節(jié)、加法器及動(dòng)態(tài)增益環(huán)節(jié)，用于低功率模式的后續(xù)計(jì)算。

核功率定值計(jì)算環(huán)節(jié)計(jì)算出的定值信號(hào)，送往加法器，與核功率值信號(hào)求差值，得到功率失配差值信號(hào)。功率失配差值信號(hào)之后經(jīng)過動(dòng)態(tài)增益環(huán)節(jié)，用于改善信號(hào)質(zhì)量。動(dòng)態(tài)增益環(huán)節(jié)會(huì)根據(jù)輸入的核功率值不同而變化，是實(shí)測核功率值的函數(shù)。

功率失配差值信號(hào)最終被送往棒控單元，轉(zhuǎn)換成控制棒移動(dòng)方向、速率信號(hào)，驅(qū)動(dòng)M棒組移動(dòng)，從而向堆芯引入反應(yīng)性以改變反應(yīng)堆功率。

4 高功率控制模式

當(dāng)功率控制系統(tǒng)處于高功率模式時(shí)（15%-100%額定功率），電廠處在正常運(yùn)行工況，此時(shí)功率控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證一、二回路功率的匹配，使一回路平均溫度Tavg保持在其目標(biāo)帶寬內(nèi)并保持穩(wěn)定。

高功率模式控制邏輯輸入信號(hào)有以下幾個(gè)：（1）“核功率”：堆外核測量系統(tǒng)功率量程儀表的信號(hào)送至核電廠保護(hù)和監(jiān)視系統(tǒng)（PMS）處理，之后經(jīng)過中值選擇處理得到此核功率輸入信號(hào)。（2）“汽輪機(jī)負(fù)荷”：主蒸汽系統(tǒng)安裝在汽輪機(jī)第一級(jí)內(nèi)的壓力儀表測得的壓力信號(hào)，經(jīng)過中值選擇后輸入高功率模式控制邏輯，被換算為汽輪機(jī)當(dāng)前負(fù)荷；（3）“一回路平均溫度”：一回路冷段溫度和熱段溫度經(jīng)過PMS處理，得到一回路平均溫度信號(hào)，其代表了一回路實(shí)際輸出的功率。

高功率控制模式的控制邏輯含有平均溫度控制通道和功率失配的前饋通道：

（1）平均溫度控制通道。系統(tǒng)利用預(yù)設(shè)曲線得到與堆芯目標(biāo)功率相對(duì)應(yīng)的平均溫度整定值Tref，再與實(shí)測一回路冷卻劑平均溫度Tavg相比較，得到偏差值，從而計(jì)算出控制棒的移動(dòng)方向和速率，直至偏差消除。

（2）功率失配通道。該通道的目的是加速反應(yīng)堆對(duì)汽輪機(jī)負(fù)荷需求的響應(yīng)。當(dāng)出現(xiàn)快速功率失配而平均溫度Tavg尚無明顯變化時(shí)，失配通道的信號(hào)可以直接對(duì)控制棒進(jìn)行移動(dòng)，以加快平均溫度控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度并降低瞬態(tài)峰值，提高系統(tǒng)性能。

此外，AP1000還設(shè)有快速降功率系統(tǒng)。在甩負(fù)荷>50%時(shí)，快速降功率系統(tǒng)使選定的控制棒落入堆芯，迅速引入大量的負(fù)反應(yīng)性，將堆芯功率快速降至與二回路負(fù)荷匹配的水平[3]。

5 結(jié)語

AP1000反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)包括高功率模式和低功率控制模式，實(shí)現(xiàn)了高功率和低功率情況下的反應(yīng)堆的功率控制。相對(duì)于傳統(tǒng)二代核電堆型，其將堆芯功率的粗調(diào)和精調(diào)進(jìn)行了整合，在保證控制精度的前提下簡化了功率控制系統(tǒng)的控制邏輯。

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