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1、教材 压水堆核电站控制,参考书： 书名: 核反应堆控制 作者: 张建民编著 出版社: 西安交通大学出版社 出版日期: 2002-06-30 出版地:西安 简介: 本书在论述自动控制基本理论的基础上，介绍了核反应堆控制的一般概念，核反应堆的动力学模型以及在时间域和频率域对反应堆及其控制系统的稳定性和动态特性的分析方法。特别着重介绍了压水堆核电厂功率分布控制及控制系统，并简要介绍了其他类型动力堆的控制系统。最后介绍了离散时间控制系统的描述和分析方法以及核电厂的计算机控制。,参考书： 书名: 压水堆核电厂的运行 作者: 朱继洲 编 出版社: 原子能出版社 内容提要:本书在系统全面地介绍大型压水堆核电
2、厂一、二回路主辅系统、专设安全设施及上述系统主要设备的功能、组成、运行原理的基础上，重点论述了堆核电厂的调试启动、正常运动与维护、事故时的安全性和运行管理等方面的基本问题。（图书馆读秀上有电子全文） 大亚湾核电站运行教程，濮继龙编著，原子能出版社,参考书： 书名:电厂热工自动控制与保护 作者:王付生 出版社:中国电力出版社 定价:24 页数:234 出版日期:2005-7-1 书名:核电站计算机控制 作者:(日)须田信英著 ISBN: 发行地:北京 出版社:原子能出版社 出版时间:1983,参考书： 书名:核动力反应堆仪表和控制系统手册 作者:(美) Harrer,J.H., Beckerle
3、y,J.G. 著 ISBN号: 出版地:北京 出版社:原子能出版社 出版时间:1983.1 书名:核反应堆及动力厂的自动控制 作者:. 舒尔茨著 发行地: 北京 出版社:中国科学院原子核科学委员会编辑委员会,先修课程：复变函数与积分变换、自动控制理论、核反应堆物理分析、核反应堆热工分析、核电厂系统与设备、核反应堆仪表 课程性质、目的和任务 该课程主要针对压水堆讲授核反应堆控制和保护的基本知识。在简要介绍自动控制基本知识和术语，压水堆的动态特性、控制系统、执行机构的基础上，着重介绍900MW级压水堆核电站的控制技术，包括核岛控制系统的设计原理、分析计算方法和运行控制等。控制系统是保证核电厂安全经
4、济运行的重要系统。通过该课程的学习，使学生掌握核反应堆和核电厂控制的理论基础，使学生掌握核反应堆和核电厂中各种控制系统的设计以及控制性能分析的方法，为学员将来在堆上运行以及在相关领域的研究打下良好的基础。,压水堆核电站控制概述,压水堆核电站组成,压水堆核电站(PWR NPP)的组成 核岛(nuclear island)：一回路系统及其辅助系统、专设安全设施和厂房，核岛利用核能产生蒸汽； 常规岛(conventional island)：二回路系统及其辅助系统和厂房，常规岛利用蒸汽产生电能。 压水堆(pressurized water reactor)结构： 1. 燃料棒(Fuel Rod)：U
5、O2燃料芯块(fuel pellet)（低浓缩235U制成）4Zr合金包壳(Cladding) 2. 燃料组件(fuel assembly): 1717燃料棒、控制棒导向管(control rod guide tube )、中子测量通道,3. 堆芯(core)：157盒燃料组件 4. 慢化剂(moderator)和冷却剂(coolant)：轻水(light water) 5. 反应堆控制手段：调节53个控制棒组件(Control Rod Assembly)的位置和调节慢化剂中的硼酸浓度(boric acid concentration),入口管下降段下腔室堆芯支撑板堆芯下栅格板堆芯堆芯上栅格板
6、上腔室出口管 旁路流量： 1. 压力容器内壁吊篮喷嘴压力容器出口管； 2. 堆芯辐板 3. 导向筒支撑板法兰流水孔顶盖空间 3. 控制棒导向管,压水堆核电站工艺流程图,堆芯冷却回路蒸汽发生器主泵堆芯 堆芯热量冷却剂升温蒸汽发生器产生蒸汽冷却剂降温温 蒸汽汽轮机转动发电机发电 冷凝器给水泵给水加热器蒸汽发生器二次侧,什么是控制？ 为什么要控制？ 控制哪些过程或参数？ 为什么要采用自动控制？ 如何实现自动控制?,压水堆核电站控制系统框图,变送器,transmitter 输出为标准信号的传感器。这个术语有时与传感器通用。 变送器种类很多,总体来说就是由变送器发出一种信号来给二次仪表使二次仪表显示测量
7、数据。 将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出的设备。一般分为：温度/湿度变送器、压力变送器、差压变送器、液位变送器、电流变送器、流量变送器等。,执行机构,actuator 对于执行机构最广泛的定义是：一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，它利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下工作。 执行机构使用液体、气体、电力或其它能源并通过电机、气缸或其它装置将其转化成驱动作用。基本的执行机构用于把阀门驱动至全开或全关的位置。用与控制阀的执行机构能够精确的使阀门走到任何位置。尽管大部分执行机构都是用于开关阀门，但是如今的执行机构的设计远远超出了简单的开关功能，它们包含了位置
8、感应装置，力矩感应装置，电极保护装置，逻辑控制装置，数字通讯模块及PID控制模块等，而这些装置全部安装在一个紧凑的外壳内。,控制器,controller 按预定目的产生控制信息的仪器或成套装置。自动控制系统实现控制的核心部分。控制器在闭环控制系统中接受来自受控对象的测量信号，按照一定的控制规律产生控制信号推动执行器工作，完成闭环控制，称为调节器；用于开环控制系统的控制器称为顺序控制器，它按照预定的时间顺序或逻辑条件顺序推动执行器实现开环控制。控制器按所用信号形式分为模拟调节器和数字控制器。数字控制器又分为顺序控制器和数字调节器。人们还把手动控制机构称为控制器 。控制器的应用不仅限于生产过程，在
9、日常生活中也广泛应用控制器，如霓虹灯的时序开关、洗衣机和电风扇的定时器等，都属于顺序控制器。,控制系统(control system)即是用来改变系统和设备的运行状态以执行电厂所要求的功能的手段，既可改变系统和设备的状态（瞬态），也可维持系统和设备的运行参数在某一制定的范围内（稳态）。,压水堆核电站控制系统组成,核岛控制系统 反应堆冷却剂平均温度控制系统(R棒组，黑棒组) Coolant Average Temperature Control 反应堆功率控制系统(N1、N2、G1、G2棒组，灰棒组) 轴向功率分布控制(Axial Power Distribution Control、Axial
10、 offset control ) Reactor Power Control System 硼酸浓度控制系统 Boron Concentration Control System (Boron regulation system) 稳压器压力和水位控制系统 Pressurizer Level & Pressure Control System 蒸汽发生器水位控制系统 Steam Generator Level Control System,压水堆核电站控制系统组成,常规岛控制系统 大气蒸汽排放控制系统 Atmosphere steam dump control system 汽轮机调速系统（
11、负荷控制系统） Steam Turbine Speed Governor System(Turbine Governing) 冷凝器蒸汽排放控制系统 Condenser steam dump control system 给水流量控制系统 Feedwater flow control system 汽动泵速度控制系统 Turbine-driven pumb speed control 电动泵速度控制系统 Motor driven pump speed control 发电机电压控制系统 Generator voltage control system,闭锁系统（联锁系统） block sign
12、al system 监测系统 monitoring system 核功率测量系统 nuclear power measurement system 过程参数测量系统 process parameter measurement system 放射性测量系统 radioactive measurement system,反应堆控制系统(reactor control system) 用于反应堆控制的设备、部件和材料的总称。 包括： 反应堆核测量系统(reactor nuclear measurement system)、 反应堆热工测量系统、 反应堆功率调节系统(reactor power reg
13、ulating system)、 反应堆保护系统(reactor protection system)、 特殊电源、逻辑控制线路和有关仪器仪表等。 用以保证反应堆启动、运行和停堆能安全地进行，并满足各项运行的要求。现代反应堆已广泛采用电子计算机进行数据处理和控制。,反应堆控制系统主要功能,功率调节(power regulating/control)：启动、停堆、升功率、降功率、维持稳态运行(steady state operation)功率水平； 功率分布控制(Power Distribution Control)，保证反应堆的安全性和经济性； 反应性控制(reactivity control
14、)：抵消过剩反应性，补偿运行过程中由温度变化、中毒和燃耗(burnup)所引起的反应性变化； NSSS(Nuclear Steam Supply System，核蒸汽供应系统）能适应一定的运行暂态(operating transient)； 运行暂态(operating transient )或设备故障后，保持主要电厂参数在正确的运行范围内，以尽量减少对反应堆保护系统(reactor protection system)不必要的动作。,控制系统必须在任何时刻都有安全的停闭反应堆的能力 当反应堆处于冷态时，而且堆芯内全部装着新燃料时，其反应性最大。在这种状态下，一个大型压水堆大约具有0.29的剩
15、余(后备)反应性。其中大体有0.05要用于补偿由环境温度提升到运行温度所引起的反应性下降；0.07用于克服氙和衫中毒；剩下的用于补偿燃耗和其它裂变产物毒物以及运行余量，因此控制系统的反应性总价值至少为一0.29。 在反应堆设计中应满足所谓“卡棒”准则要求，即当一定数量的控制棒卡死在全提位置时，也能安全停堆。因此，压水堆控制系统的反应性总价值取为-0.32，其中-0.25是在初期由硼酸浓度控制提供补偿，剩下-0.07由控制棒提供。因此，冷堆情况下的停堆裕度(即控制系统价值超过堆芯反应性的剩余值)为0.03。但是，当反应堆处于运行温度下，这一数值将增大到-0.08。在功率运行的过程中，该值大致保持
16、不变，因此堆芯剩余反应性的下降大体上可以通过调整化学补偿剂中的硼浓度而得到补偿。,发电机与反应堆之间的功率不平衡是以反应堆冷却剂平均温度(coolant average temperature)和蒸汽压力等过程参数(Process Parameter)表现出来的。 压水堆是一个比较慢的调节对象(controlled plant)：缓发中子(delayed neutron)效用和冷却剂温度效应(temperature effect)对反应性的快速反作用。 控制通道具有较长的响应时间，典型的为30s或更长。在大多数情况下，这一特征使操纵员有时间切换手动控制来处理突然发生的故障。 选冷却剂平均温度为主调量。,负荷低于15FP，可手动控制(manual control)；高于15FP，投入自动(automation )； (FP full power 满功率) 负荷最大允许阶跃变化(Step Change)10FP；变化后负荷100%FP； 斜坡变化(ramp change)速率=5%FP/min； 甩负荷(load-
