三代非能動核電站穩(wěn)壓器壓力控制特點淺析

李國寶

（中核遼寧核電有限公司，遼寧 興城 125100）

0 前言

壓水堆核電廠一回路是一個封閉系統(tǒng)，在機組運行中發(fā)生的種種瞬態(tài)，如果反應(yīng)堆產(chǎn)生的功率和蒸汽發(fā)生器輸出功率之間產(chǎn)生不平衡，將會使主系統(tǒng)的水溫產(chǎn)生變化，使回路中和反應(yīng)堆內(nèi)的水熱脹冷縮，從而一回路壓力變化。為了避免一回路壓力失控，設(shè)置了穩(wěn)壓器。

穩(wěn)壓器是壓水堆核電站一回路的主要設(shè)備，起著控制一回路壓力、防止一回路超壓以及補償一回路水容積變化的重要作用。在穩(wěn)態(tài)運行時，穩(wěn)壓器維持一回路壓力穩(wěn)定在整定值附近；在正常功率變化及運行瞬態(tài)期間，穩(wěn)壓器將一回路的壓力控制在允許范圍以內(nèi)，以保證反應(yīng)堆安全，避免發(fā)生緊急停堆事件，也不會使穩(wěn)壓器安全閥動作。

1 三代非能動穩(wěn)壓器設(shè)計特點[1]

三代非能動核電站的穩(wěn)壓器是一個包括上、下兩個半球形封頭的圓筒狀容器。它采用碳鋼材料制造，并在與一回路冷卻劑接觸的內(nèi)表面上堆焊奧氏體不銹鋼。在穩(wěn)壓器的頂部有一個噴淋管嘴和兩個與安全閥和ADS 系統(tǒng)閥門相連接的管嘴。噴淋流量通過自動控制的氣動閥來調(diào)節(jié)。噴淋流量來自主泵出口和CVS 輔助噴淋管線。

電加熱器安裝在下封頭上的加熱器套管內(nèi)。加熱器套管焊接在下封頭上，并可以拆除以進行檢查或維修。電加熱器分為1 組比例式電加熱器和4 組通斷式電加熱器，比例式功率連續(xù)可調(diào)，通斷式只有投入和停運兩種狀態(tài)。

2 穩(wěn)壓器壓力測量

三代非能動核電站穩(wěn)壓器壓力測量共設(shè)置4 個安全相關(guān)窄量程壓力變送器和4 個安全相關(guān)寬量程壓力變送器，這些儀表屬于保護和安全監(jiān)測系統(tǒng)（PMS），為了防止電廠控制系統(tǒng)（PLS）故障影響保護和安全監(jiān)測系統(tǒng)，信號進行了單向隔離處理。

4 個窄量程壓力儀表測量信號輸入PLS 用于穩(wěn)壓器壓力控制，同時這四個信號輸入PMS，四取二邏輯，在壓力超過限值時觸發(fā)相應(yīng)報警和保護功能。其壓力控制和動作定值如表1 所示：

4 個寬量程壓力儀表測量信號輸入PMS 用于觸發(fā)自動卸壓系統(tǒng)第四級爆破閥開啟，安全殼內(nèi)換料水箱注射爆破閥開啟以及正常余熱排出系統(tǒng)熱段吸入口隔離閥隔離功能。

3 三代非能動核電站穩(wěn)壓器壓力控制

3.1 穩(wěn)壓器壓力控制原理

在正常運行時，穩(wěn)壓器內(nèi)下部是處于飽和狀態(tài)的反應(yīng)堆冷卻劑，上部是飽和蒸汽。穩(wěn)壓器頂部布置有噴淋噴嘴，與一回路冷段相連，當需要降低壓力時，噴淋閥開啟，冷水通過噴嘴進入穩(wěn)壓器的汽空間，使蒸汽冷凝來降低壓力。穩(wěn)壓器底部布置有電加熱器，當需要升高壓力時，電加熱器通電，使穩(wěn)壓器液體加熱蒸發(fā)，從而使壓力升高。

3.2 壓力控制邏輯

圖1 三代非能動穩(wěn)壓器壓力控制邏輯

如圖1 所示，三代非能動穩(wěn)壓器壓力控制接收來自PMS 的穩(wěn)壓器壓力信號，經(jīng)過信號選擇器得到壓力測量信號，與壓力參考值做比較，從而得到壓力偏差信號，該偏差信號用來比例式電加熱器控制、備用電加熱器控制和噴淋閥的開度控制。

比例式電加熱器在偏差為-103kPa 至103kPa 之間功率輸出線性減小：從100%減小到0%；備用電加熱器在偏差為-0.17MPa 時投入，在偏差小于-0.14MPa 時退出；噴淋閥的開度隨偏差在0.17MPa 至0.52MPa 之間線性變化。汽機突然甩負荷或者快速降負荷但未引起反應(yīng)堆停堆時，將產(chǎn)生100%開度信號送至穩(wěn)壓器噴淋閥。另外，為了防止噴淋突然投入造成噴淋噴嘴和波動管線的熱瞬態(tài)，并保持穩(wěn)壓器與一回路水化學(xué)和硼濃度的一致性，三代非能動使用小流量旁路閥來保持連續(xù)的噴淋流量。

負荷調(diào)節(jié)模式下，滿負荷運行時，穩(wěn)壓器壓力控制策略會有相應(yīng)變化，操縱員選擇一組或兩組備用電加熱器連續(xù)運行，噴淋閥保持部分開啟。

4 三代非能動穩(wěn)壓器壓力控制優(yōu)缺點

相比二代加核電站[2]，三代非能動核電站穩(wěn)壓器容積增加了50%，由39.7m3增加到了59.5m3，從而增加了瞬態(tài)運行裕量，減少了反應(yīng)堆非計劃停堆次數(shù)，減少了安全閥的動作次數(shù)。另外由于采用了自動泄壓系統(tǒng)，該設(shè)計消除了對快動作電動大流量卸壓閥的需要，設(shè)計取消了原復(fù)雜的先導(dǎo)式安全閥，只采用較簡單的彈簧加載式安全閥。

穩(wěn)壓器噴淋管線將主噴淋管線與輔助噴淋管線由同一個噴淋管嘴引入穩(wěn)壓器上封頭，使得小的連續(xù)流即可保證噴淋管嘴不會產(chǎn)生熱瞬態(tài)，與之相反，二代加電廠的輔助噴淋單獨設(shè)置，沒有連續(xù)噴淋流量流過，投入時會對管線產(chǎn)生很大的熱沖擊。另外，噴淋管線合二為一、三組先導(dǎo)式安全閥由兩組自動卸壓管線代替減少了穩(wěn)壓器上封頭的開孔數(shù)，使得穩(wěn)壓器可以保持更好的強度，更大的運行可靠性。

三代非能動核電站化學(xué)和容積控制系統(tǒng)不是連續(xù)運行使得穩(wěn)壓器液位不能保持在固定的位置，而是在某一個區(qū)間內(nèi)變化，因此對穩(wěn)壓器的壓力必然也造成一定的影響。從而導(dǎo)致電加熱器或噴淋的頻繁啟動，對設(shè)備的長期運行不利。

當機組處于負荷調(diào)節(jié)模式時，由于機組負荷受電網(wǎng)頻率波動的影響，導(dǎo)致二回路帶走的負荷不斷變化，一二回路不平衡會導(dǎo)致穩(wěn)壓器壓力來回波動，為了防止穩(wěn)壓器噴淋閥頻繁啟閉，并使之控制較為精細，三代非能動穩(wěn)壓器壓力控制把負荷調(diào)節(jié)模式作為控制信號之一，使噴淋閥始終保持一定的開度，以達到更好的控制一回路壓力并保護噴淋閥的目的。

5 總結(jié)

三代非能動穩(wěn)壓器壓力控制，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)到程序設(shè)計，與二代加核電相比都有很大不同，其結(jié)構(gòu)更加簡單，但是控制稍微復(fù)雜一些，由于還沒有投入運行的三代非能動機組，故其運行的可操作性和可靠性有待在今后的工作中進一步驗證。

［1］顧軍,主編.三代非能動核電廠系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京:原子能出版社,2010.

［2］廣東核電培訓(xùn)中心,編.900MW 壓水堆核電站系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京:原子能出版社,2005.