压水堆核电厂蒸汽排放控制系统实时仿真研究

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1、文章编号:0258-0926（2011）05-0038-07压水堆核电厂蒸汽排放控制系统实时仿真研究王宝生1,王冬青1,张建民1,邱建文2,王建$（1.西安交通大学,西安,710049；2.中科华核电技术研究院北京分院,北京，100086）摘要:建立了圧水堆核电厂蒸汽排放控制系统及英控制对象的实时仿真模型,包括蒸汽发生器及相关管道阀门的数学模型。在此模型基础上，编制了压水堆核电厂蒸汽排放控制系统动态特性的实时仿真程序，并对该控制系统模型进行了闭环稳态和瞬态等工况的可视化动态实时仿真。仿真结果表明，程序输出与实际系统响应趋势-•致，仿真软件能实时输出蒸汽排放控制系统的动态响应曲线，表明该软

2、件能满足蒸汽排放控制系统实时仿真的要求。关键词：压水堆；蒸汽排放控制；实时仿真；可视化中图分类号：TL362文献标志码：A*1引言在压水堆核电厂运行过程小，当汽轮机快速降负荷时，由于核反应堆功率变化速度较慢，題要通过蒸汽排放控制系统排放蒸汽，降低核蒸汽供应系统的温度与压力，以保证反应堆的安全。目前，国内外很多学者对蒸汽发生器的动态特性进行了大量的仿真研究，但是很少涉及到蒸汽押放控制系统的实时仿真。本文建立了蒸汽排放扭制系统及其控制対象的热工水力模型，参考大哑湾核电站蒸汽排放控制系统，利用VC++』et软科编制了蒸汽排放控制系统及其控制对彖的可视化动态实时仿真程序，对多种工况进行仿真研究。

3、2蒸汽排放控制系统建模2.1蒸汽排放控制原理压水堆核电厂蒸汽排放包括向凝汽器、除氧器以及大气的排放。蒸汽排放是由蒸汽排放控制系统根据一回路冷却剂平均温度和二回路压力的变化控制相应的蒸汽排放阀来实现的。蒸汽排放控制系统可分为温度控制模式和压力控制模式。温度控制模式原理如图1所示⑴。图1中，“汽轮机压力”信号是反映汽轮机负荷的“宽量程”信号，在汽轮机脱扣（C8信号）的情况下，该信号由零负荷信号P0代替；“功率设定值”为转换到厂用电负荷运行或汽轮机脱扣的最终功率设定值。2个信号中较高的一个被送入函数发生器GF1运算产生冷却剂平均温度设定值丁“；第二个设定值7；旳为零负荷反应堆羚却剂平均温度。由

4、高选器得到的冷却剂平均温捜测量值（人、‘），经超前/滞后单元补偿后，分别三设定值TrCfi和7；血相比较，产生2个偏差信号弘（与所研究的负荷正常值有关）和几2（与零负為设定值有关）。最后由该偏差信号产生排放阀的开度信号，实现对排放阀开度的调节。GF1〜GF5为函数发生器，GF1为冷却剂平均温度定值函数发生器，输入为负荷，输出为冷却剂平均温度设定值Tref

5、；GF2产生温度修正值，输入为功率偏差（％），输出为温度偏差；GF3根据温度偏差值产生蒸汽排放阀门修正值，输入为温度偏差，输出为蒸汽发生器阀门开度修正值（%）;GF4产生蒸汽排放阀们开度值，输入为温度偏差Tci，输出为蒸汽排放阀门开度（

6、%）；GFf为紧急停堆时的蒸汽排放阀开度程序，通过温度偏差决定蒸汽排放阀门开度，输入为温度偏差心，输出为蒸汽排放阀门开度（％）。GF6〜GF1（分别为第1组到第3组的阀门开度程序。阀门力启顺序通过设置5个不同死区实现程序开启，即只有在前一个阀门或一组阀门开启时，后一个阀门或一组阀门力•能开启。关闭的顺序则采用相反的程序。汽轮机压力功率设定值I温度控制模式压力控制模式1r«2（0负荷）P4MAXPOC8T.LTmi压為模式切换快速开启GF2快速开启―崗5»

7、gF4

8、制号制号控信控信度式力式温模压模T压力控制模式XR1组（阀1）1组（阀2）1组（阀3）2组3组图I温度控制模式原理与功能框图F

9、ig.1TemperatureControlMode□r（如口偸）mJm（2）一次侧出口图2蒸汽发生器结构示意图Fig.2StructureofSteamGeneratorIAV——给水室；R——上升段；DC——下降段:F——沸腾段；SC——预热段；P——一回路侧；SD——蒸汽室：M——U型符管壁R2.2蒸汽发生器数学模型蒸汽排放控制系统进行动态仿真时，控制系统的输入参数主要包括反应堆一回路的冷却剂乎均温度、蒸汽母管压力和蒸汽发生器压力等。在建立蒸汽发生器数学模型时，将其划分为8个子模块（图2）：①给水腔室；②下降段；③二次侧流体预热段；④二次侧流体沸腾段；⑤上升段及汽•水分离室；⑥蒸汽

10、空间；⑦U型管壁；⑧一次侧流体等子模块。蒸汽发生器模型的基本方程为：（1）一次侧流体能量平衡方程：-^=—^—^qPUP匚Wp-如E（1）□/〉pAp□Dz匚式中，加为一次侧流体的焰，kJ/kg；〉p为一次侧流体的密度，kg/m3；Ap为一次侧流通面积，m2；qp为一次侧与管壁换热的热流密度，kW/m2；S为一次侧加热周长,m；必为一次侧流体流量,kg/So（2）U型管壁温度方程：式中，&为U型管壁面温度，K；为换热管壁的质量，kg