反應堆功率自動調節系統

反應堆功率自動調節裝置的主要功能是在核動力裝置正常運行期間實現反應堆功率的自動控制，即反應堆功率控制的自動控制器。反應堆功率自動調節系統的工作狀況，直接影響著整個核動力系統的安全運行和能否快速有效地滿足負荷的需求。

基本介紹

• 中文名：反應堆功率自動調節系統
• 外文名：Reactor power automatic regulating system
• 學科：核電
• 作用：控制反應堆功率
• 類別：反應堆功率調節裝置
• 設備構成：微處理器、可程式序控制器

設備功能

反應堆功率自動調節裝置的主要功能是在核動力裝置正常運行期間實現反應堆功率的自動控制，即反應堆功率控制的自動控制器。其實現以下目標：

(1)當核動力裝置處於穩態運行時，在一定負荷功率範圍內，反應堆功率調節系統保持一迴路系統和二迴路系統之間的功率平衡，並按給定的穩態運行方案和負荷調節方案運行，保持核動力裝置的主要參數在規定範圍內。

(2)在動態過程中，反應堆功率調節系統克服設計範圍內的反應性擾動和跟蹤設計範圍內的負荷變化。在相關過程控制系統的配合下，功率調節系統保持核動力裝置的主要參數不超過規定的限值，不引起反應堆事故停堆和穩壓器安全閥動作，以確保系統具有良好的機動性。

(3)對存在強迫循環與自然循環兩種運行工況的壓水堆，通過採用不同的控制率，在兩種工況轉換過程中，在主泵控制系統適時投入或停止主泵低速運行的配合下，能夠順利實現強迫循環和自然循環工況的相互轉換，不引起反應堆事故停堆，並適時產生轉換過程結束信號，提示操作員進行相應操作。

工作原理

反應堆功率自動調節系統的構成原理框圖如圖1所示。反應堆功率調節裝置一般設定兩台，一台運行，另一台備用，以提高可靠性。

按照負荷調節方案的要求，反應堆功率調節裝置輸入信號應包括：核功率信號、負荷功率信號以及一迴路冷卻劑平均溫度信號，它們分別來自於核測量裝置和過程參數測量裝置。功率調節裝置的輸出一方面為低頻電源提供自動調節棒組的棒速和方向信號，以實現對核功率的自動調節功能；另一方面為綜合顯示控制台提供核功率和需求功率信號，供顯示。此外，還包括輸出到其他一些控制裝置的信號。

圖1中，工況轉換開關用於工況轉換時的操作，以實現功調裝置在不同運行功況下按照不同的控制要求實現對反應堆核功率的自動調節，即控制算法有所差別。電流/電壓信號轉換單元用於將來自過程參數測量系統的溫度和流量測量電流信號，轉換為標準電壓信號，送往調節器的模擬量輸入模組。調節器切換單元用於手動切換功率調節器。保持一台工作，另一台備用，並給出相應指示。

壓水堆功率自動控制系統的工作過程是：當二迴路負荷降低時，蒸汽流量隨之減少，二迴路蒸汽溫度、壓力升高。由於反應堆仍保持原功率，一、二迴路熱平衡被破壞，冷卻劑平均溫度上升。此時，一方面由於溫度反饋，通過反應堆的自調節能力，使反應堆功率逐漸下降；另一方面，需求功率計算器根據二迴路負荷信號及冷卻劑平均溫度偏差信號，按照給定的穩態運行方案和負荷調節方案，計算出需求功率。需求功率與反應堆實際輸出功率的差值信號經放大後，驅動控制棒向下移動，使反應堆功率隨之下降。當反應堆輸出功率與二迴路負荷功率一致，且冷卻劑平均溫度恢復到預定值時，控制棒停止移動，反應堆動力裝置在一個新的功率水平上運行。當二迴路負荷提升時，同樣經過上述過程，只是參數變化的趨勢與上述相反。

設備構成

早期的功率自動調節裝置採用分離電子元件構成。目前，隨著計算機技術的發展，功率自動調節裝置已普遍實現了數位化，採用微處理器或可程式序控制器來實現。這樣大大提高了系統的性能，提高了可靠性，減少了體積重量。

數位化的功率自動調節裝置一般由模擬量輸入部分、開關量輸入部分、模擬量輸出部分、開關量輸出部分、CPU模組、電源、機箱以及一系列的轉換開關、指示儀表等組成。系統的軟體則根據所採用的控制算法，以及需要處理的工況而編制。這種反應堆功率調節器的功能結構框圖如圖2所示。

開關量輸入模組接收綜合顯控台上工況轉換開關提供的工況信號，以便功率調節器按照不同工況的要求計算棒速；以及來自低頻電源櫃的調節器投入自動控制觸點信號，以實現手動控制切換到自動控制時的無擾切換。模擬量輸入模組接收反應堆核測量裝置提供的核功率測量信號、過程參數綜合測量運算裝置提供的反應堆入口溫度信號和出口溫度信號以及蒸汽總流量信號，用於計算需求功率和棒速。

CPU模組進行信號甄別、平均溫度計算、平均溫度高選、核功率高選、平均溫度程式定值、需求功率計算、限幅、棒速和棒移動方向等處理功能。模擬量輸出模組在自動控制投入時，向低頻電源櫃送出自動調節棒組的棒速信號；向綜合顯示綜合控制台送出需求功率信號和高選的核功率信號，顯示給操縱員；向穩壓器壓力水位控制器送出高選平均溫度信號，以產生穩壓器給定水位的程式定值。

繼電器輸出模組向低頻電源櫃送出升棒、降棒、功率調節裝置準備好3個狀態信號：向綜合顯示綜合控制操縱台送出1個功率調節裝置準備好狀態信號。

功率自動調節裝置的軟體首先對輸入的溫度信號和核功率信號進行遴選，刪除故障通道信號，然後計算一迴路冷卻劑實際平均溫度，將其作為需求功率計算的輸入。另外，根據蒸汽負荷、運行工況和相應的穩態運行方案，計算出一迴路冷卻劑參考平均溫度。需求功率計算部分則根據蒸汽負荷信號、一迴路冷卻劑實際平均溫度、一迴路冷卻劑考平均溫度，以及根據運行工況和負荷調節方案計算出需求功率。

為控制需求功率的幅值，防止快速瞬態過程中反應堆功率超調過大，計算所得的需求功率信號首先經過上、下限幅等數據處理，然後與實測核功率信號進行比較，產生功率偏差信號，經棒速處理軟體模組獲得棒速信號和棒移動方向信號，這些信號通過模擬量和繼電器輸出模組，送到調節棒的低頻電源裝置，控制低頻電源的輸出，驅動控制棒移動，改變堆芯反應性，調節反應堆功率，從而達到功率控制的目的。

反應堆功率調節系統的作用

對反應堆及其動力裝置輸出功率的控制，是整個核動力裝置控制系統的核心，其工作狀況，直接影響著整個核動力系統的安全運行和能否快速有效地滿足負荷的需求。核動力系統在運行時，二迴路的運行參數要不斷根據需要進行調整，這些變化必然要影響一迴路系統的運行參數和反應堆的工作狀態。此外，核動力裝置不可避免地要受到一些內部或外部的擾動影響，使其運行參數發生波動，偏離設計值。核動力裝置是一個複雜的多變數強耦合的系統，儘管對於壓水堆來說，由於普遍設計有最佳的負溫度反應性反饋係數，一般都具有良好的自穩白調能力，但是，僅靠反應堆的自穩自調能力，往往難以滿足對其機動性以及運行參數定值的要求。因此，為了保證核動力裝置各參數能運行在所規定的範圍內，排除內部或外部擾動的影響，給運行人員提供有效控制反應堆輸出功率的手段，需要為核動力裝置配備相應的控制系統。

為了使反應堆的輸出功率能較好地跟蹤二迴路需求功率的變化，減輕操縱人員的負擔，在核動力裝置中，除了提供手動控制反應堆功率的手段外，還必須具有反應堆功率的自動調節功能。為此，在核動力裝置的控制系統中，都設定了反應堆功率手動和自動調節系統。