壓水堆控制反應(yīng)性控制和功率分布控制

壓水堆的快速變化反應(yīng)性控制主要通過改變控制棒在堆芯中的位置來實(shí)現(xiàn)，控制組件由16根(15×15排列的燃料組件)或24根(17×17排列的燃料組件)控制棒組成，控制棒上端固定在星型架上，為圓柱形棒，內(nèi)裝銀-銦-鎘材料的中子吸收體，插在燃料組件的控制棒導(dǎo)向管內(nèi)。對(duì)于燃耗和氙中毒引起的緩慢的反應(yīng)性變化，通過改變冷卻劑中的硼濃度來補(bǔ)償。硼濃度控制系統(tǒng)通過注入硼酸或注入無離子水來調(diào)節(jié)冷卻劑中的硼濃度。通過手動(dòng)或自動(dòng)改變控制棒在堆芯中的位置，以及冷卻劑中的硼濃度，來控制堆內(nèi)的功率分布，以展平堆芯徑向的功率分布，并消除軸向的功率畸變。

借助穩(wěn)壓器的加熱器(在水區(qū)內(nèi))或噴霧器(在蒸汽區(qū)內(nèi))，以保持穩(wěn)壓器壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。采用四種方法控制穩(wěn)壓器的壓力，見圖1。

浸入式電加熱器裝在靠近穩(wěn)壓器的底部，由比例加熱器和后備加熱器兩部分組成，正常運(yùn)行時(shí)，比例加熱器用來控制由于參數(shù)波動(dòng)和熱損失引起的小量壓力變化。當(dāng)壓力信號(hào)過低時(shí)，后備加熱器就通電投入工作，在穩(wěn)壓器內(nèi)產(chǎn)生更多的蒸汽，從而使壓力迅速上升。在穩(wěn)壓器頂部設(shè)有噴嘴，引入一回路冷段主泵出口的高壓水，當(dāng)壓力信號(hào)過高時(shí)，通過控制噴霧閥調(diào)節(jié)噴霧流量，噴霧使蒸汽冷凝，從而使穩(wěn)壓器壓力下降。另還設(shè)有兩個(gè)動(dòng)力卸壓閥，在大的負(fù)荷降低的瞬變過程中，壓力增加過大時(shí)，依次打開卸壓閥，將穩(wěn)壓器內(nèi)多余蒸汽排至卸壓箱，使壓力迅速下降。如果發(fā)生完全失去負(fù)荷而又沒有停堆且蒸汽排放系統(tǒng)沒有動(dòng)作，則穩(wěn)壓器安全閥自動(dòng)打開，以限制一回路壓力過高。

反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)內(nèi)的水容量，即穩(wěn)壓器水位是靠化學(xué)和容積控制系統(tǒng)(CVCS)來保持的。在核電廠正常運(yùn)行期間，穩(wěn)壓器水位通過調(diào)節(jié)上充流量來控制。至少要有一臺(tái)上充泵連續(xù)地運(yùn)轉(zhuǎn)，以平衡進(jìn)入化學(xué)和容積控制系統(tǒng)進(jìn)行凈化處理的下泄流量。

穩(wěn)壓器水位控制系統(tǒng)有自動(dòng)、手動(dòng)兩種工作方式，可相互切換，見圖2。穩(wěn)壓器水位被設(shè)定為冷卻劑平均溫度的函數(shù)，它隨著反應(yīng)堆功率增長(zhǎng)而增高，這是由于從低功率升至滿功率，一次冷卻劑平均溫度升高引起冷卻劑膨脹的結(jié)果。程序設(shè)定的水位被設(shè)計(jì)成盡可能地同由于冷卻劑平均溫度變化所引起的水位變化相一致，使控制系統(tǒng)處在最佳的工作狀態(tài)。控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)操縱上充流量調(diào)節(jié)閥，以調(diào)節(jié)上充流量。

在反應(yīng)堆起動(dòng)和停閉期間，手動(dòng)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器的水位。在主控制室內(nèi)應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的儀表指示和手動(dòng)操縱裝置。

系統(tǒng)的基本功能是調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的給水流量，使得在正常運(yùn)行工況下蒸汽發(fā)生器的水位保持在規(guī)定范圍內(nèi)，即程序水位，并在電廠正常瞬態(tài)期間補(bǔ)償由于溫度變化引起的二次側(cè)水體積收縮或膨脹，以及蒸汽出力變化造成的水位變化，防止不希望的反應(yīng)堆事故停閉和汽輪機(jī)事故停機(jī)。

系統(tǒng)由兩個(gè)子系統(tǒng)組成:給水泵速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和蒸汽發(fā)生器給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

(1)給水泵速度調(diào)節(jié):設(shè)置給水泵速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)汽動(dòng)給水泵的轉(zhuǎn)速，使給水泵進(jìn)出口壓差接近常數(shù)，并使蒸汽母管和給水泵出口母管間的壓差保持為規(guī)定的程序設(shè)定壓差。電動(dòng)給水泵則通過液力耦合器調(diào)節(jié)給水泵的轉(zhuǎn)速。這樣做的好處是當(dāng)電廠在低功率運(yùn)行時(shí)降低所需的泵送功率并降低對(duì)給水閥設(shè)計(jì)的要求。

(2)蒸汽發(fā)生器給水調(diào)節(jié):一般由一個(gè)三沖量(給水流量、蒸汽流量和蒸汽發(fā)生器水位)調(diào)節(jié)器和一個(gè)單沖量(蒸汽發(fā)生器水位)調(diào)節(jié)器，以及兩個(gè)給水調(diào)節(jié)閥(主給水調(diào)節(jié)閥和旁路給水調(diào)節(jié)閥)組成給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，見圖3。

當(dāng)負(fù)荷在0~20%之間時(shí)，給水流量由旁路給水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，其開度由單沖量調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)控制，功率量程中子注量率信號(hào)作動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，調(diào)整系統(tǒng)的增益。當(dāng)負(fù)荷高于20%時(shí)，給水流量由主給水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，其開度由三沖量調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)控制。兩個(gè)調(diào)節(jié)器之間的切換是自動(dòng)的。蒸汽發(fā)生器的設(shè)定水位是負(fù)荷的函數(shù)。當(dāng)負(fù)荷在0~20%之間時(shí)，程序水位隨負(fù)荷增加而增加；當(dāng)負(fù)荷高于20%時(shí)，水位恒定。

在事故停堆和停機(jī)之后，要求連續(xù)對(duì)蒸汽發(fā)生器供以給水，以保證核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)余熱的導(dǎo)出。當(dāng)冷卻劑平均溫度低于給定值或蒸汽發(fā)生器水位升至給定值時(shí)，超越控制信號(hào)就關(guān)閉主給水調(diào)節(jié)閥，此后它就處于手動(dòng)控制之下。手動(dòng)超越控制在所有時(shí)間都有效。

蒸汽排放系統(tǒng)的作用是在汽輪機(jī)負(fù)荷突然大幅度減少之后，有控制地將蒸汽直接排放至凝汽器，從而在蒸汽發(fā)生器上保持一個(gè)人為的負(fù)荷以減小反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的瞬態(tài)變化。隨后，控制棒系統(tǒng)，包括反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)和自動(dòng)降功率系統(tǒng)，把反應(yīng)堆的功率降低到一個(gè)新的平衡值，而不引起出現(xiàn)超溫度或超壓力的事故停堆。本系統(tǒng)也可用于在熱停堆和冷停堆過程中排出反應(yīng)堆的余熱，進(jìn)行核電廠冷卻，以及在反應(yīng)堆起動(dòng)時(shí)排出多余蒸汽，使核電廠處于平衡無負(fù)荷狀態(tài)。

系統(tǒng)有兩個(gè)子系統(tǒng):蒸汽旁路排放控制系統(tǒng)和大氣釋放控制系統(tǒng)。

(1)蒸汽旁路排放控制:蒸汽旁路排放控制系統(tǒng)一般由8~12個(gè)蒸汽排放閥、控制器和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路組成，見圖4。當(dāng)汽輪機(jī)發(fā)生超過10%以上的甩負(fù)荷時(shí)，根據(jù)環(huán)路平均溫度最大值與參考平均溫度的差值，通過雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路使蒸汽排放閥依次快速打開，或通過甩負(fù)荷控制器使蒸汽排放閥依次按比例地開啟?？刂瓢粝到y(tǒng)動(dòng)作后，隨著反應(yīng)堆功率逐步降低，一次冷卻劑平均溫度不斷下降，偏差信號(hào)愈來愈小，蒸汽排放閥便依次逐漸關(guān)閉。待反應(yīng)堆功率和汽輪機(jī)負(fù)荷重新匹配時(shí)，一次冷卻劑平均溫度達(dá)到新的參考平均溫度值時(shí)，蒸汽排放閥全部關(guān)閉，甩負(fù)荷過程即告終止。蒸汽排放閥的排放容量視核電廠甩負(fù)荷適應(yīng)能力而定，一般為40%~85%額定蒸汽流量。蒸汽排放閥的快速開啟時(shí)間為3s。為避免小負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)蒸汽排放閥動(dòng)作，設(shè)有排放閉鎖和甩負(fù)荷探測(cè)電路。探測(cè)汽輪機(jī)沖動(dòng)級(jí)壓力的變化率，來判斷汽機(jī)負(fù)荷減少的速率。若降負(fù)荷速率超過10%階躍變化或每分鐘5%線性變化，則解除閉鎖。當(dāng)測(cè)得反應(yīng)堆停閉信號(hào)后，由停堆(排放)控制器代替甩負(fù)荷(排放)控制器工作。

在反應(yīng)堆起動(dòng)和熱停堆期間，采用蒸汽母管壓力控制方式，壓力整定值可手動(dòng)調(diào)整，以操縱蒸汽排放。

(2)大氣釋放控制:設(shè)有若干個(gè)安全閥，在核電廠起、停過程中，當(dāng)凝汽器尚未投入工作或不能使用時(shí)，或旁路排放能力低于甩負(fù)荷量時(shí)，安全閥投入工作。通過向大氣排放，保持蒸汽壓力在規(guī)定的限值以內(nèi)。安全閥排放容量一般為額定蒸汽流量的10%~15%。向大氣排放是蒸汽壓力控制的最后措施，屬安全級(jí)。

本詞條由“科普中國”科學(xué)百科詞條編寫與應(yīng)用工作項(xiàng)目 審核 。

壓水堆控制棒組件地落在燃料組件的上管座上。落棒時(shí)間應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。為確?？刂瓢粼趯?dǎo)向管內(nèi)的導(dǎo)向，當(dāng)控制棒組件全部抽出時(shí)，控制棒下端仍留在導(dǎo)向管內(nèi)。這種控制棒組件的優(yōu)點(diǎn)是控制棒均勻分散分布，因而使嫩料組件內(nèi)中子注量率分布更為均勻，控制效率更高。一組控制棒插人反應(yīng)堆前和插入反應(yīng)堆后的反應(yīng)堆有效增殖系數(shù)之差，稱為該組控制棒反應(yīng)性價(jià)值。對(duì)于壓水堆，各控制棒組的總的反應(yīng)性價(jià)值一般約為7寫一10%。控制棒中子吸收體材料除了采用Ag一In一Cd合金外，亦可采用Hf和B4C。yoshu一du一kongzh一bongzuj一on壓水堆控制棒組件(eontrolredassemblyforPWR)亦稱棒束控制組件(rodelustereontrolassembly)，用于反應(yīng)堆起動(dòng)、停堆和調(diào)整功率以補(bǔ)償反應(yīng)堆反應(yīng)性快速變化的控制部件。典型的控制棒組件見圖。它由一個(gè)連接柄和20根控制棒組成。連接柄是一個(gè)帶有16根徑向翼的中心筒結(jié)構(gòu)，中心筒上部?jī)?nèi)孔帶有溝槽，用以連接驅(qū)動(dòng)軸下端的可拆芯桿。中心筒下部?jī)?nèi)孔裝有組合彈簧，用以吸收控制棒快插達(dá)到行程末端時(shí)的沖擊能?？刂瓢粲蓨W氏體不銹鋼包殼、中子吸收體及上下端塞組成。下端塞做成彈頭形，以便在快速落棒時(shí)減少水的阻力;上端塞帶有縮頸，使控制捧具有更好的柔性以適應(yīng)工作或裝配錯(cuò)位。中子吸收體材料為80%Ag一15%In、5?合金。該合金具有高的超熱中子吸收性能和相當(dāng)高的熱中子吸收性能，是一種比較理想的中子吸收材料。在反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，控制棒組件由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)作上下運(yùn)動(dòng)。在緊急停堆時(shí)，控制棒組件連同驅(qū)動(dòng)軸依靠重力快速下降，在通過導(dǎo)向管緩沖段后，控制棒組件就平穩(wěn)螺桿向妞獷比卜彩的礴歸扮盯監(jiān)甲^、、‘六歲公一匕協(xié)︺冷了護(hù).緩沖彈黃級(jí)沖彈資接柄導(dǎo)向螺母彈贊座控制棒吸收體拄制棒組件。

壓水堆控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一部分，連接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制棒之間的套筒。