2 中国核电有限公司华东分公司 浙江嘉兴 314300）
摘要：核能发电厂反应堆功率控制方式较多，通过对HTR-PM、VVER-1000功率控制方案的分析可以发现，HTR-PM控制模式实现起来最为便利，而且具备多种优越的性能，但是控制方法还有不足之处，需要对其进行优化和改善。
关键词：核电站；反应堆功率；控制方式；调试
以前，核电站对发电机组进行功率控制多采用A方式，随着核电技术的不断发展进步，法国某家科技公司建议应用G方式。如今的法国，功率大于1300兆瓦较大的核电机组普遍采用G方式，只有少数的核电机组应用A和G方式进行相互间的结合运行。AP1000核电技术进行发电机组，其反应堆功率的控制方式应用创新式的水平和分布独立的控制理念，提升了发电机组具备的安全和灵活性能。世界范围内的首台四代高温度气动制冷的核电站应用250兆瓦的核反应堆来驱动功率为200兆瓦的汽轮机组，和以往采用的压水堆单堆带汽轮机发电机组采取的方式有着很大的差异，核反应堆的功率控制和调节难度会有所提升。
1 HTR-PM核电站反应堆功率控制
该种类型的核电站反应堆的功率控制和调节应用大系统递进阶级的控制方式，一般多采用三个层级的递进阶级控制办法，从下层向上层划分 为局部控制功能层、协调层、双堆功率配置层。对核反应进行功率控制主要依赖局部控制层，该功能层向核电控制棒步进电机驱动装置生成转动控制调节信号、脉冲控制动作信号以及转动方向的控制信号。转动调节控制信号主要用于步进电动机运转以停止运行。脉冲控制动作信号输入的频率和步进电机的速度有直接的关系，转动方向的控制信号决定着电机的运转方向。核反应堆功率控制、供水流量控制以及氦气流量控制系统为系统的局部控制层级，主要用于对主供水泵、核控制棒以及主氦风机。而输出热功率系统、热氦温度控制调节系统、汽轮发动机运行速度、蒸汽温度调节系统归属于调节层级控制系统，控制的对象为汽轮发动机调节级别的压力、核功率、给水流量以气氦气流量。双反应堆功率分配功能层为相庆的分配控制器械构成，可以根据1、2号功能模块目前所设置的功率大小，以及输出热功率数值，核电站输出电负荷监测值以及设定值，配置的同时给出2 个NSSS功能模块一个新功率设定值。
功率控制系统的硬件是由功率的控制逻辑设备、功率控制测量仪器和人机 交互界面。功率控制逻辑设备设置在电气柜内部，为核反应控制棒进行安全联锁保护，实现核反应控制棒的手动控制、反应功率的自动调整、手自控制转换以及驱动装置的运行情况监测等。包括冗余控制功能模块、冗余供电性能模块、冗余查询功能供电模块等。功率控制测量仪器位于测量柜内部，是控制棒位置运算显示和运行情况监测，主要是由冗余控制功能模块、冗余供电管理模块、串行通信控制模块。
核反应堆功率控制系统会把获取到的加权平均监测值和设定值进行对比，从两个数据间的差值信号以及变化数值通过提前设计好的频率调整控制算法来调节控制棒运转、运行方向和转动速度，控制核控制棒的上升或下放。核反应堆功率自控调整算法受到核电站安全运行要求的约束，控制和调整都比较特别，控制的特性主要侧重反应性干扰条件下的响应性能，核反应堆控制具备积分要求，利用比例、微分控制器则可以实现对功率的调整。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2 VVER-1000核电站反应堆功率控制
该种类型的核电站反应堆的功率控制系统由就地测量仪表、核反应堆外核测系统、核反应棒控棒位控制系统、反应内核测量系统和核反应堆功率调节控制装置构成。核反应堆功率调节控制装置是以西门子TXS控制系统作为基础的具备多运行通道的调节装置。依据核运行功率或主蒸汽集中管路内的压力定值装置的运行信号、经过数据校正以后的中子通量的比得或主蒸汽集成压力测量仪表、对运行情况的进行控制的数量较大的模拟量以及开关量控制信号，来对核反应调节控制棒实现运算。
核反应堆的功率控制系统的内的软硬件应用西门子TXS多运行通道的调节装置，设置有主、备调节两套调节装置，可以进行热备冗余控制。每个运行通道应用Master Checker的运行模式。每个运行通道对每人就地测量仪表内的数据信号进行采集，同时经过L2控制总线实现对保护信号的接入处理，把分析处理结果输送到核反应棒控棒位控制系统，通过HI总线把数据传递给人机交互界面。
该种方案下的反应堆功率的自动调节可以采用N模式、T模式或C模式。在N模式主要用于实现停堆控制以及低功率运行，主要还是对功率进行调整，利用实际运行功率和设定值之间的偏差进行调节和控制，保证功率可以保持在设定值，对汽轮机控制主要是实现主蒸汽集中管路的压力值保持在给定量，保证发电机和核反应堆的功率相符。而在T模块下，是为了保证二回路的压力，这也就是核电站运行基本方式，主要的调节控制对象为二回路主蒸汽集中管路的压力数值，把最先的给定压为设定为6.12兆帕，工作人员可以利用人机界面加大或减小主蒸汽压力标定值，从而生成给定的压力，把发电设备和核反应堆相互间的输出功率偏差和电机设备的载荷变化的速度进行系统全面的考虑，从而形成核控制棒的启动控制命令。把核反应堆运行功率调节为发电设备额定功率的10%左右，如果相互间的偏差不大于10%，主蒸汽集中管路的实际压力和设定值间的差值便为核反应堆的功率控制信号，从而可以保持主蒸汽集中管路的压力处于恒定状态。而对于C模式，则可以让核反应堆芯的功率实现分别展平，对8-10号核反应控制棒的位置进行控制调节，从而实现展平核反应堆芯的分布。如果核反应堆运行功率超过35%，方可以让工作人员采用手动方式来选取C模式。在这种情况下，核反应堆功率调节控制装置应该实时对二回路中的主蒸汽集中管路压力进行监测，当主蒸汽压值不小于6.77兆帕时，就会输出插棒控制令，就会实现自动退出C模式，把回差调节到0.2兆帕，也就是该信号产生动作以后，把主蒸汽母管路的压力减小6.77兆帕，方可以允许进行插棒操作。如果核反应堆运行功率大于许可速度不断上涨，给水失配从而导致预保护动作，那么就会自动退出C模式，转入到N模式条件下。如果二回路内的压力值小于6.77兆帕，核反应控制棒驱动装置的运行则交给核反应堆功率分布控制装置。反应堆内核监测系统会依据反应堆芯的中子注量率情况，来对反应堆的功率分布进行准确的计算，之后再由核反应堆功率分布控制装置依据计算数据信号，生成向上、向下的控制指令，从而来控制核控制棒驱动装置的运行，实现展平反应堆内的功率分布。汽轮机控制装置可以保证主蒸汽集中管路压力设定值处理稳定状态，使发电设备的运行功率与核反应堆功率保持同步。
3 结束语
综上所述，核能发电厂的反应堆功率控制方法必须要与机械运行装置进行很好匹配，工程设计人员必须要对反应堆的控制方案进行优化改进，对每台发电机组运行状况进行科学的调试，还应该通过并网发电以及负荷的调整来对控制效果进行验证。随着核电技术的不断发展进步，智能控制技术会在核能发电行业中发挥出越来越重要的作用，核反应堆物理国产进程不断加快，一些更加科学合理的、系统完整的控制方式会不断出现。
参考文献：
[1]吴文影.基于QFT理论的反应堆功率控制器的设计与仿真[D].华北电力大学，2013.
[2]穆铁钢.核反应堆功率分布与功率控制协调方法研究[D].哈尔滨工程大学，2012.
[3]刘建新.压水堆核电站负荷跟踪反应堆功率智能控制研究[D].哈尔滨工程大学，2012.
论文作者:孙鹏1,张帅2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第35期
论文发表时间:2019/5/27
标签：功率论文; 核反应堆论文; 控制棒论文; 反应堆论文; 核电站论文; 装置论文; 核反应论文; 《电力设备》2018年第35期论文;