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1、11 反应堆功率控制系统,负荷功率与反应堆功率平衡电网负荷发动机功率反应堆功率反应堆功率控制过程参数控制,11.1 压水堆核电厂功率控制概述,包括：反应堆功率控制系统反应堆冷却剂平均温度调节系统稳压器压力控制系统稳压器水位控制系统蒸汽发生器水位调节系统汽轮机转速调节系统发动机励磁和电压调节系统旁路控制系统,反应堆功率控制,冷却剂的T、P变化反应功率间的不平衡TAVG为主被调量（反应堆惯性大）控制棒的升降一回冷却剂硼酸浓度启、停、运行,一、压水堆核电厂功率控制的功能,反应堆的启停、功率升降、维持稳态运行负荷不得超过100%FP，允许10%FP阶跃变化，允许5%FP/min的速率连续变化实现功率分
2、布控制抵消反应性变化NSSS为保证电网要求，可适应一定运行暂态运行暂态或设备故障，调节，保护不动作,二、压水堆核电厂功率控制基本要求,一回适应二回参数正常,汽轮机跟踪电网负荷需求反应堆输出功率跟踪电厂总功率变化稳定工况：最优TAVG变化在限值内一回排出液体尽可能少主蒸汽PS在限值内控制棒动作不能频繁主蒸汽安全阀不能动作,11.2 控制棒组件,反应堆功率由中子注量率决定移动控制棒组件调硼,功能,1.启动反应堆、维持恒定功率水平、升降功率及其停闭反应堆；2.调节反应堆功率使之与负荷要求一致；3.调整反应堆轴向功率分布；4.补偿在功率范围内由于冷却剂温度变化引起的反应性变化以及补偿与功率系数有关的反
3、应性变化。,控制棒组件结构,每个控制棒组件一般由24根吸收中子的棒组成，每个棒束组件有一根驱动杆，由驱动机构带动。在一个棒束组件移动过程中，这些吸收中子的棒在组件的24根导向管中滑动。典型的900MW压水堆核电站棒束组件共53个。模式A运行的反应堆共有32个调节棒束组件和21个停堆棒束组件；模式G运行的反应堆有8个R棒束组件、16个N棒束组件、12个G棒束组件和17个停堆棒束组件。,模式A控制棒组件分组和布置模式A共有53束黑棒组件，其中32束调节棒分为A、B、C、D四组，每组分为两个子组。如下表：,在模式G中，控制棒组件有四组重叠工作的棒束组件： N1、N2、G1、G2 、R。,控制棒分布图
4、,功率棒 开环 快 粗调R棒 闭环 快 精调调硼 闭环 慢,功率调节棒棒位整定值与堆功率的关系,控制棒组件移动程序,插棒顺序为：G1G1+G2G2G2+N1N1+N2N2其原则是先插吸收率小的棒组，后插吸收率较大的棒组。最优的重叠步数为：在第一循环，重叠步数为90步；第二循环及以后循环为： 。N2/N1/G2/G1:90/90/100棒组件移动重叠程序如下图所示。,11.3 压水堆功率控制系统,核心系统,压水堆核电机组的功率调节装置包括：发电机功率调节及所属的汽轮机主蒸汽阀开度调节；反应堆冷却剂平均温度调节及与其相配合动作的反应堆控制棒组位置调节；冷却剂硼酸浓度调节。控制系统的性能衡量指标：超
5、调量；衰减率；调整时间。,对压水堆功率调节系统而言，核功率超调与冷却剂平均温度超调同样是衡量控制系统性能的重要指标。下表列出了美国两座核电站的相关情况。,由上表可见，正常运行时功率超调量应小于3%FP。冷却剂平均温度的超调量一般不应大于2.5，此外还要求过渡过程不出现震荡。由于大亚湾核电站是给广东电网、香港电网供电，所以采用模式G运行，达到电网调节的要求。模式G是负荷跟踪运行控制方式，是通过调节功率棒喝R棒以及调节慢化剂硼酸浓度实现对反应性进行控制的。功率棒是由G棒和N棒组成。,压水堆功率控制原理,1、压水堆核功率传递函数设N(S)为堆的核功率传递函数：式中 稳态功率水平，lp为中子寿命， 为
6、缓发中子份额； 为先驱核衰变常数。,2、模式A功率控制在模式A中，反应堆功率调节系统是一个以平均温度为主调节量的冷却剂平均温度调节系统。它主要由三通道非线性调节器。主通道是平均温度定值和测量通道构成的闭环通道。它的组成设备有：控制棒逻辑控制装置；大功率可控硅整流装置和控制棒驱动机构等。,反应堆功率调节系统有两个基本目的：一、能使反应堆输出功率与负荷需求相适应；二、当有内、外扰动加入反应堆时，能够消除扰动的作用。设 -慢化剂温度系数产生的反应性； -控制棒移动产生的反应性； -燃料温度系数产生的反应性； K-汽轮机蒸汽阀门开度。,首先假设负荷增加，则汽轮机发电机组转速（或频率）减小，由于调速器的
7、作用，加大了汽轮机蒸汽阀门开度K。则有下列调节过程：可见结果是使反应堆输出功率 跟踪了负荷 的需求。,当外绕反应性 加入反应堆时，其调节过程如下：最后的调节结果是使反应堆功率恢复到原有水平。,3、模式G功率控制此时反应堆功率控制系统分为两部分：由汽轮机负荷信号控制的功率控制系统这是一个开环系统，由控制回路和监督回路组成。控制过程是：按一个基本刻度曲线给出的负荷功率和功率控制棒的对应位置，来确定棒组的定位，利用汽机负荷信号与棒位之间的定值关系，经处理与实测位置比较，产生控制功率棒组移动的方向和速度。,11.4 平均温度控制系统,这是一个闭环系统，由平均温度控制回路和功率失配前馈回路组成。基本动态
8、要求是：在额定负荷10%FP的阶跃变化和5%/min的线性变化的瞬变条件下，在15%FP-100%FP范围内，系统能自动调节平均温度达到其定值温度。控制过程：控制回路产生棒束的速度和方向信号，汽机负荷产生平均温度参考定值曲线，产生非线性增益及其与核功率的偏差。最后给出棒束驱动的模拟信号和两个方向的逻辑信号。,11.5 控制棒位置监视系统,线圈（初级、次级、同名端）处理电路编码（葛莱码）环境恶劣（放射性）精度低（能满足要求）可靠性高,11.6 硼酸浓度控制,对硼酸进行调节的好处：减少控制棒数量改善轴向功率分布简化堆芯设计增大反应堆后备反应性,一、硼酸调节系统的作用,为控制反应性（化学补偿控制）而
9、调整反应堆冷却剂的硼浓度；减少反应堆冷却剂中腐蚀产物及裂变产物的浓度；为反应堆冷却剂泵轴封提供高压轴封水；灌注反应堆冷却剂系统，在冷态时提供将反应堆冷却剂系统加压的高压水源，当反应堆冷却剂系统为热态时，保持稳压器中的水位。,二、硼酸浓度控制方式,自动方式稀释方式加硼方式手动补给方式改变硼酸浓度时，要经常采样检测其浓度变化和所引起的调节棒束的移动及其一回路的平均温度变化。,三、硼酸浓度控制系统,控制系统纯水制备加硼装置（泵）回收装置,压水堆功率控制系统,压水堆功率调节系统是核电站控制的核心系统，它决定了核电站的整个状态。,压水堆核电机组的功率调节装置包括：发电机功率调节及所属的汽轮机主蒸汽阀开度
10、调节；反应堆冷却剂平均温度调节及与其相配合动作的反应堆控制棒组位置调节；冷却剂硼酸浓度调节。控制系统的性能衡量指标：超调量；衰减率；调整时间。,压水堆功率控制原理,1、压水堆核功率传递函数设N(S)为堆的核功率传递函数：式中 稳态功率水平，lp为中子寿命， 为缓发中子份额； 为先驱核衰变常数。,反应堆功率调节系统有两个基本目的：一、能使反应堆输出功率与负荷需求相适应；二、当有内、外扰动加入反应堆时，能够消除扰动的作用。设 -慢化剂温度系数产生的反应性； -控制棒移动产生的反应性； -燃料温度系数产生的反应性； K-汽轮机蒸汽阀门开度。,首先假设负荷增加，则汽轮机发电机组转速（或频率）减小，由于调速器的作用，加大了汽轮机蒸汽阀门开度K。则有下列调节过程：可见结果是使反应堆输出功率 跟踪了负荷 的需求。,当外绕反应性 加入反应堆时，其调节过程如下：最后的调节结果是使反应堆功率恢复到原有水平。,3、模式G功率控制此时反应堆功率控制系统分为两部分：由汽轮机负荷信号控制的功率控制系统这是一个开环系统，由控制回路和监督回路组成。控制过程是：按一个基本刻度曲线给出的负荷功率和功率控制棒的对应位置，来确定棒组的定位，利用汽机负荷信号与棒位之间的定值关系，经处理与实测位置比较，产生控制功率棒组移动的方向和速度。,
