[科普中国]-反应堆功率自动调节系统

设备功能

反应堆功率自动调节装置的主要功能是在核动力装置正常运行期间实现反应堆功率的自动控制，即反应堆功率控制的自动控制器。其实现以下目标：

(1)当核动力装置处于稳态运行时，在一定负荷功率范围内，反应堆功率调节系统保持一回路系统和二回路系统之间的功率平衡，并按给定的稳态运行方案和负荷调节方案运行，保持核动力装置的主要参数在规定范围内。

(2)在动态过程中，反应堆功率调节系统克服设计范围内的反应性扰动和跟踪设计范围内的负荷变化。在相关过程控制系统的配合下，功率调节系统保持核动力装置的主要参数不超过规定的限值，不引起反应堆事故停堆和稳压器安全阀动作，以确保系统具有良好的机动性。

(3)对存在强迫循环与自然循环两种运行工况的压水堆，通过采用不同的控制率，在两种工况转换过程中，在主泵控制系统适时投入或停止主泵低速运行的配合下，能够顺利实现强迫循环和自然循环工况的相互转换，不引起反应堆事故停堆，并适时产生转换过程结束信号，提示操作员进行相应操作。1

工作原理反应堆功率自动调节系统的构成原理框图如图1所示。反应堆功率调节装置一般设置两台，一台运行，另一台备用，以提高可靠性。

按照负荷调节方案的要求，反应堆功率调节装置输入信号应包括：核功率信号、负荷功率信号以及一回路冷却剂平均温度信号，它们分别来自于核测量装置和过程参数测量装置。功率调节装置的输出一方面为低频电源提供自动调节棒组的棒速和方向信号，以实现对核功率的自动调节功能；另一方面为综合显示控制台提供核功率和需求功率信号，供显示。此外，还包括输出到其他一些控制装置的信号。

图1中，工况转换开关用于工况转换时的操作，以实现功调装置在不同运行功况下按照不同的控制要求实现对反应堆核功率的自动调节，即控制算法有所差别。电流/电压信号转换单元用于将来自过程参数测量系统的温度和流量测量电流信号，转换为标准电压信号，送往调节器的模拟量输入模块。调节器切换单元用于手动切换功率调节器。保持一台工作，另一台备用，并给出相应指示。

压水堆功率自动控制系统的工作过程是：当二回路负荷降低时，蒸汽流量随之减少，二回路蒸汽温度、压力升高。由于反应堆仍保持原功率，一、二回路热平衡被破坏，冷却剂平均温度上升。此时，一方面由于温度反馈，通过反应堆的自调节能力，使反应堆功率逐渐下降；另一方面，需求功率计算器根据二回路负荷信号及冷却剂平均温度偏差信号，按照给定的稳态运行方案和负荷调节方案，计算出需求功率。需求功率与反应堆实际输出功率的差值信号经放大后，驱动控制棒向下移动，使反应堆功率随之下降。当反应堆输出功率与二回路负荷功率一致，且冷却剂平均温度恢复到预定值时，控制棒停止移动，反应堆动力装置在一个新的功率水平上运行。当二回路负荷提升时，同样经过上述过程，只是参数变化的趋势与上述相反。

设备构成早期的功率自动调节装置采用分离电子元件构成。目前，随着计算机技术的发展，功率自动调节装置已普遍实现了数字化，采用微处理器或可编程序控制器来实现。这样大大提高了系统的性能，提高了可靠性，减少了体积重量。

数字化的功率自动调节装置一般由模拟量输入部分、开关量输入部分、模拟量输出部分、开关量输出部分、CPU模块、电源、机箱以及一系列的转换开关、指示仪表等组成。系统的软件则根据所采用的控制算法，以及需要处理的工况而编制。这种反应堆功率调节器的功能结构框图如图2所示。

开关量输入模块接收综合显控台上工况转换开关提供的工况信号，以便功率调节器按照不同工况的要求计算棒速；以及来自低频电源柜的调节器投入自动控制触点信号，以实现手动控制切换到自动控制时的无扰切换。模拟量输入模块接收反应堆核测量装置提供的核功率测量信号、过程参数综合测量运算装置提供的反应堆入口温度信号和出口温度信号以及蒸汽总流量信号，用于计算需求功率和棒速。

CPU模块进行信号甄别、平均温度计算、平均温度高选、核功率高选、平均温度程序定值、需求功率计算、限幅、棒速和棒移动方向等处理功能。模拟量输出模块在自动控制投入时，向低频电源柜送出自动调节棒组的棒速信号；向综合显示综合控制台送出需求功率信号和高选的核功率信号，显示给操纵员；向稳压器压力水位控制器送出高选平均温度信号，以产生稳压器给定水位的程序定值。

继电器输出模块向低频电源柜送出升棒、降棒、功率调节装置准备好3个状态信号：向综合显示综合控制操纵台送出1个功率调节装置准备好状态信号。

功率自动调节装置的软件首先对输入的温度信号和核功率信号进行遴选，删除故障通道信号，然后计算一回路冷却剂实际平均温度，将其作为需求功率计算的输入。另外，根据蒸汽负荷、运行工况和相应的稳态运行方案，计算出一回路冷却剂参考平均温度。需求功率计算部分则根据蒸汽负荷信号、一回路冷却剂实际平均温度、一回路冷却剂考平均温度，以及根据运行工况和负荷调节方案计算出需求功率。2

为控制需求功率的幅值，防止快速瞬态过程中反应堆功率超调过大，计算所得的需求功率信号首先经过上、下限幅等数据处理，然后与实测核功率信号进行比较，产生功率偏差信号，经棒速处理软件模块获得棒速信号和棒移动方向信号，这些信号通过模拟量和继电器输出模块，送到调节棒的低频电源装置，控制低频电源的输出，驱动控制棒移动，改变堆芯反应性，调节反应堆功率，从而达到功率控制的目的。

反应堆功率调节系统的作用对反应堆及其动力装置输出功率的控制，是整个核动力装置控制系统的核心，其工作状况，直接影响着整个核动力系统的安全运行和能否快速有效地满足负荷的需求。核动力系统在运行时，二回路的运行参数要不断根据需要进行调整，这些变化必然要影响一回路系统的运行参数和反应堆的工作状态。此外，核动力装置不可避免地要受到一些内部或外部的扰动影响，使其运行参数发生波动，偏离设计值。核动力装置是一个复杂的多变量强耦合的系统，尽管对于压水堆来说，由于普遍设计有最佳的负温度反应性反馈系数，一般都具有良好的自稳白调能力，但是，仅靠反应堆的自稳自调能力，往往难以满足对其机动性以及运行参数定值的要求。因此，为了保证核动力装置各参数能运行在所规定的范围内，排除内部或外部扰动的影响，给运行人员提供有效控制反应堆输出功率的手段，需要为核动力装置配备相应的控制系统。

为了使反应堆的输出功率能较好地跟踪二回路需求功率的变化，减轻操纵人员的负担，在核动力装置中，除了提供手动控制反应堆功率的手段外，还必须具有反应堆功率的自动调节功能。为此，在核动力装置的控制系统中，都设置了反应堆功率手动和自动调节系统。3