壓水堆核電廠蒸汽排放控制系統(tǒng)實時仿真研究

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1、文章編號:0258-0926（2011）05-0038-07壓水堆核電廠蒸汽排放控制系統(tǒng)實時仿真研究王寶生1,王冬青1,張建民1,邱建文2,王建$（1.西安交通大學,西安,710049；2.中科華核電技術(shù)研究院北京分院,北京，100086）摘要:建立了圧水堆核電廠蒸汽排放控制系統(tǒng)及英控制對象的實時仿真模型,包括蒸汽發(fā)生器及相關(guān)管道閥門的數(shù)學模型。在此模型基礎(chǔ)上，編制了壓水堆核電廠蒸汽排放控制系統(tǒng)動態(tài)特性的實時仿真程序，并對該控制系統(tǒng)模型進行了閉環(huán)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)等工況的可視化動態(tài)實時仿真。仿真結(jié)果表明，程序輸出與實際系統(tǒng)響應趨勢-?致，仿真軟件能實時輸出蒸汽排放控制系統(tǒng)的動態(tài)響應曲線，表明該軟

2、件能滿足蒸汽排放控制系統(tǒng)實時仿真的要求。關(guān)鍵詞：壓水堆；蒸汽排放控制；實時仿真；可視化中圖分類號：TL362文獻標志碼：A*1引言在壓水堆核電廠運行過程小，當汽輪機快速降負荷時，由于核反應堆功率變化速度較慢，題要通過蒸汽排放控制系統(tǒng)排放蒸汽，降低核蒸汽供應系統(tǒng)的溫度與壓力，以保證反應堆的安全。目前，國內(nèi)外很多學者對蒸汽發(fā)生器的動態(tài)特性進行了大量的仿真研究，但是很少涉及到蒸汽押放控制系統(tǒng)的實時仿真。本文建立了蒸汽排放扭制系統(tǒng)及其控制対象的熱工水力模型，參考大啞灣核電站蒸汽排放控制系統(tǒng)，利用VC++』et軟科編制了蒸汽排放控制系統(tǒng)及其控制對彖的可視化動態(tài)實時仿真程序，對多種工況進行仿真研究。

3、2蒸汽排放控制系統(tǒng)建模2.1蒸汽排放控制原理壓水堆核電廠蒸汽排放包括向凝汽器、除氧器以及大氣的排放。蒸汽排放是由蒸汽排放控制系統(tǒng)根據(jù)一回路冷卻劑平均溫度和二回路壓力的變化控制相應的蒸汽排放閥來實現(xiàn)的。蒸汽排放控制系統(tǒng)可分為溫度控制模式和壓力控制模式。溫度控制模式原理如圖1所示⑴。圖1中，“汽輪機壓力”信號是反映汽輪機負荷的“寬量程”信號，在汽輪機脫扣（C8信號）的情況下，該信號由零負荷信號P0代替；“功率設定值”為轉(zhuǎn)換到廠用電負荷運行或汽輪機脫扣的最終功率設定值。2個信號中較高的一個被送入函數(shù)發(fā)生器GF1運算產(chǎn)生冷卻劑平均溫度設定值丁“；第二個設定值7；旳為零負荷反應堆羚卻劑平均溫度。由

4、高選器得到的冷卻劑平均溫捜測量值（人、‘），經(jīng)超前/滯后單元補償后，分別三設定值TrCfi和7；血相比較，產(chǎn)生2個偏差信號弘（與所研究的負荷正常值有關(guān)）和幾2（與零負為設定值有關(guān)）。最后由該偏差信號產(chǎn)生排放閥的開度信號，實現(xiàn)對排放閥開度的調(diào)節(jié)。GF1?GF5為函數(shù)發(fā)生器，GF1為冷卻劑平均溫度定值函數(shù)發(fā)生器，輸入為負荷，輸出為冷卻劑平均溫度設定值Tref

5、；GF2產(chǎn)生溫度修正值，輸入為功率偏差（％），輸出為溫度偏差；GF3根據(jù)溫度偏差值產(chǎn)生蒸汽排放閥門修正值，輸入為溫度偏差，輸出為蒸汽發(fā)生器閥門開度修正值（%）;GF4產(chǎn)生蒸汽排放閥們開度值，輸入為溫度偏差Tci，輸出為蒸汽排放閥門開度（

6、%）；GFf為緊急停堆時的蒸汽排放閥開度程序，通過溫度偏差決定蒸汽排放閥門開度，輸入為溫度偏差心，輸出為蒸汽排放閥門開度（％）。GF6?GF1（分別為第1組到第3組的閥門開度程序。閥門力啟順序通過設置5個不同死區(qū)實現(xiàn)程序開啟，即只有在前一個閥門或一組閥門開啟時，后一個閥門或一組閥門力?能開啟。關(guān)閉的順序則采用相反的程序。汽輪機壓力功率設定值I溫度控制模式壓力控制模式1r?2（0負荷）P4MAXPOC8T.LTmi壓為模式切換快速開啟GF2快速開啟―崗5?

7、gF4

8、制號制號控信控信度式力式溫模壓模T壓力控制模式XR1組（閥1）1組（閥2）1組（閥3）2組3組圖I溫度控制模式原理與功能框圖F

9、ig.1TemperatureControlMode□r（如口偸）mJm（2）一次側(cè)出口圖2蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2StructureofSteamGeneratorIAV——給水室；R——上升段；DC——下降段:F——沸騰段；SC——預熱段；P——一回路側(cè)；SD——蒸汽室：M——U型符管壁R2.2蒸汽發(fā)生器數(shù)學模型蒸汽排放控制系統(tǒng)進行動態(tài)仿真時，控制系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)主要包括反應堆一回路的冷卻劑乎均溫度、蒸汽母管壓力和蒸汽發(fā)生器壓力等。在建立蒸汽發(fā)生器數(shù)學模型時，將其劃分為8個子模塊（圖2）：①給水腔室；②下降段；③二次側(cè)流體預熱段；④二次側(cè)流體沸騰段；⑤上升段及汽?水分離室；⑥蒸汽

10、空間；⑦U型管壁；⑧一次側(cè)流體等子模塊。蒸汽發(fā)生器模型的基本方程為：（1）一次側(cè)流體能量平衡方程：-^=—^—^qPUP匚Wp-如E（1）□/〉pAp□Dz匚式中，加為一次側(cè)流體的焰，kJ/kg；〉p為一次側(cè)流體的密度，kg/m3；Ap為一次側(cè)流通面積，m2；qp為一次側(cè)與管壁換熱的熱流密度，kW/m2；S為一次側(cè)加熱周長,m；必為一次側(cè)流體流量,kg/So（2）U型管壁溫度方程：式中，&為U型管壁面溫度，K；為換熱管壁的質(zhì)量，kg