AP1000穩壓器電加熱器控制及其特點

摘要：AP1000穩壓器作為一回路穩壓的重要設備，當一回路壓力下降時可以提供壓力補償，當一回路壓力升高時，可以提供噴淋降低壓力。其中穩壓器里的電加熱器作為一回路壓力補償的重要手段，其對于系統的安全穩定運行起著至關重要的作用。

關鍵詞：結構;電源;邏輯;控制

1 概述

穩壓器電加熱器（以下簡稱電加熱器）在反應堆啟動和停堆時，投入電加熱器來滿足反應堆冷卻劑的升溫和降溫速率的要求，主要功能是：在核電廠額定工況和變負荷運行中，加熱穩壓器中的水，使其維持在滿足運行壓力的飽和溫度，從而控制及調節反應堆冷卻劑中的壓力波動。

1.1 穩壓器電加熱器的結構

電加熱器主要由電纜、絕緣隔板、套筒、包殼等構成。其中電加熱器的包殼為A類設備，安全分類為SC-1級，抗震類別1級。電加熱器的設計要求可以滿足壽期60年的使用要求。

1.2 穩壓器電加熱器電源

穩壓器電加熱器安裝在穩壓器底封頭的套管內，包括一組比例電加熱器（功率370kW），4組備用電加熱器（其中A/B組功率為246kW，C/D組功率為370kW），穩壓器電加熱器共包含78個電加熱棒，每個MCC抽屜柜下對應3個電加熱棒，所以共對應26個MCC抽屜柜，其中比例電加熱器對應6個MCC抽屜柜，備用電加熱器A/B組均對應4個MCC抽屜柜，備用電機熱器C/D組均對應6個MCC抽屜柜。每個電加熱棒功率為61.67kW，電加熱器總功率為1600kW，由核島1/2號中壓母線下的MCC供電。失去全部廠外交流電源時，操縱員手動帶載A、B兩組備用電加熱器至備用柴油發電機，如有必要可以手動帶載C、D兩組。

正常運行時，比例電加熱器投入運行以補償噴淋水的持續引入和向周圍環境的熱量損失，備用電加熱器依據一回路壓力自動投入運行。 運行原理是依據PHC機柜（穩壓器電加熱器控制機柜）內SCR（可控硅結構）的調壓，從而實現比例電加熱器功率的調節。因為SCR的調壓會造成下游EC-142母線電壓變化，故MCC斷路器控制回路的220V交流電源沒有取自母排本身，而是引自ECS-EA-1333。 備用電加熱器沒有調節功能，不存在PHC機柜，它只有通斷功能。

2 電加熱器控制邏輯及控制原理

2.1 電加熱器控制邏輯

對于穩壓器比例電加熱器，來自PMS跳閘信號跳負荷中心饋線斷路器ECS-EC-142（52）PLS跳閘信號（PMS送至PLS）跳MCC饋線斷路器，PLS控制信號主要送PHC機柜。來自PMS跳閘信號主要有：CMT觸發、PZR水位高3、PZR水位低2;來自PLS控制信號主要是穩壓器電加熱器與穩壓器壓力高低的連鎖（壓力高電加熱器停運，壓力低電加熱器投入）。

2.2 電加熱器控制原理

穩壓器加熱器有開關型和比例型兩種，正常運行情況下，穩壓器壓力達到低設定值時，投用開關型或比例型加熱器，升高穩壓器壓力。在控制系統中，穩壓器的測量壓力P，與參考壓力P_ref（表壓15.4Mpa）作比較，求得偏差壓力△P作為加熱器的控制輸入，△P低于-0.172Mpa時，投用開關加熱器?！鱌經過PI控制環節后（稱為補償壓差△P_補）控制比例加熱器的投用和噴淋閥的開度。△P_補-0.1到0.1之間變化時，比例加熱器相應地線性輸 出滿功率到零功率。△P_補 在0.172到0.517之間變化時，噴淋閥對應的線性開度為0%到100%。穩壓器液位如果低于20%，則需切除所有的加熱器，防止加熱器裸露時通電，損壞加熱器;當出現CMT觸發或穩壓器液位高3時，切斷所有加熱器的供電電源，閉鎖加熱器投用。

3 穩壓器電加熱器控制方法的特點

3.1 采用PI控制比例加熱器和噴淋閥

AP1000核電廠控制比例加熱器和噴淋閥采用的是PI調節而沒有參考M310堆型采用PID調節。微分環節的主要作用是提高控制系統的響應速度。機組運行期間，穩壓器壓力波動主要由主回路溫度變化引起。溫度升高引起穩壓器壓力升高，微分作用使噴淋閥的迅速動作，快速地降低穩壓器壓力。出現壓力瞬態下降時，微分作用快速地增大加熱器輸出熱功率，升高穩壓器的壓力，并維持穩壓器的壓力穩定。在AP1000中這種壓力的瞬態沖擊已經大大減小，原因是AP1000穩壓器的容積55.9m³，遠遠大于M310穩壓器的容積36m³。增大的穩壓器容積可以有效地吸收溫度引起的壓力沖擊，因此微分環節對系統調節性能的改善并不明顯。同時微分的引入，將導致系統即使出現較小的壓力正向波動，噴淋閥也會動作，容易出現噴淋閥的頻繁動作。在西屋工廠試驗中模擬的各種瞬態工況曲線也表明，采用PI環節能夠有效地控制穩壓器的壓力。

3.2采用偏差壓力直接控制開關加熱器

M310采用PID調節后的偏差壓力信號作為開關加熱器投用和切除的條件。AP1000直接采用偏差壓力作為開關加熱器投用和切除的條件。系統出現大的壓力下降時，兩種方法在控制性能上并沒有明顯的不同，均能夠提高穩壓器的壓力。系統出現較小的壓力下降時，PID調節縮短了調節時間，弊端是增加了加熱器投用的頻率，對MCC的要求更高。取消PID環節后，減小了開關加熱器投用的頻率，對于可能出現的穩壓器壓力調節周期過長的情況。也可以通過減小比例加熱器的積分時間來增大比例加熱器的輸出熱功率，縮短調節的周期。

4 總結：

AP1000穩壓器作為一回路穩壓的重要設備，當一回路壓力下降時可以提供壓力補償，當一回路壓力升高時，可以提供噴淋降低壓力。其中穩壓器電加熱器作為一回路壓力補償的重要手段，其對于系統的安全穩定運行起著至關重要的作用，AP1000穩壓器電加熱器的可靠控制保證了穩壓器功能的實現。

參考文獻

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[3]Westinghouse Electric Company，APP-PLS-J1-061，Rev. 2，AP1000 Pressurizer Pressure Control System Functional Requirements，2012;

[4]Westinghouse Electric Company，APP-PLS-J1-161，Rev. 2，AP1000 Functional Diagrams Pressurizer Pressure Control，2012;

作者簡介：劉啟東（1990年9月）、男、三門核電有限公317112、助理工程師、科員、大學本科、核電動力運行。

（作者單位：三門核電有限公司）