核电厂稳压器电加热器自动控制研究

陈含，张超

211021198602280053，海南 三亚 572000

摘要：压水堆核电站一回路启动时需先给一回路充水，一回路满水待条件满足后通过稳压器（PZR）内的加热器将稳压器内冷却剂加热至饱和状态并建立汽腔。稳压器建汽腔的目的在于更好地控制一回路的压力，同时为一回路水装量提供一定缓冲。目前核电厂的稳压器建汽腔过程中，通过操纵员的经验手动控制加热器的投退形成汽腔，汽腔形成后通过加热器/喷淋阀的控制来稳定并逐步提升一回路压力至正常运行值。

关键词：核电厂稳压器；电加热器；自动控制

引言

随着现代工业发展的加快和人民生活质量的不断提高，电器的使用在国民经济的许多部门和人民生活的各个方面都有所增加，为人民带来了真正的便利，促进了经济的迅速和健康发展发电厂正常运行时，为了使核电站和核电站高温区的内部温度保持在设备正常运行、人员健康和安全规定的限度内，需要启动电动转发器来加热进气电力加热在核电站得到广泛和大量的使用。如果发现加热损坏，只需更换加热元件就能解决问题，根本无法解决问题，必须找出根本原因，以便采取更有针对性的解决办法。

1稳压器电加热器设备

稳压器加热器和喷淋阀是稳压器压力控制系统的主要设备。稳压器电加热器的基本功能是与稳压器喷淋相互配合，控制和调节反应堆冷却剂系统（RCP）压力。稳压器内主要有比例式加热器和通断式加热器。1）比例式加热器003/004RS：比例式电加热器主要在稳压器内压力小幅度波动时起作用，用于补偿PZR容器的散热以及连续喷淋带来的热损失。2）通断式加热器001/002/005/006RS：通断式加热器用于反应堆启动或瞬态过程，主要考虑在机组各种瞬态扰动下对一回路压力进行补偿和调节。

2温度控制系统设计分析

(1)工艺控制系统的基本要求:工艺控制系统(称为设定值)的输入保持不变时，整个系统应处于相对平衡状态，调整后的参数应保持在允许的设定值或偏差范围内。当所有内部和外部生产因素和条件都发生变化时，需要对正常生产进行干扰，调整后的参数将与原始参数发生变化，工艺控制系统是不断克服不同类型干扰的影响，以便调整后的参数能够恢复到原始参数主要操作方法如下:风机从进气管中抽出空气，分别通过冷却器和电流器获得压力和温度符合技术要求的空气。冷水机和电流器按照外出风的技术要求工作。信通技术连接到一个出口温度控制系统，这是一个较为典型的电加热温度控制系统，其中以温度控制系统为例，分析了电加热温度控制系统的设计电动电位器的温度控制有两位数控制、时间比例控制、PID控制等。两位数控制主要采用两位数温度调节器(带有上下位控制)+继电器。当测量的温度低于设定的温度值时，继电器线圈被充电，电路被连接，加热开始；相反，如果测量的温度高于设定的温度值，继电器线圈将关闭，电路将断开，加热将停止。因此，两位数控制仅适用于要求不高的情况。在电动转发器温控系统中，主要采用时间刻度控制器+固体继电器(或普通继电器)的时间刻度控制方法，具有外部布线简单、总体成本低、控制质量高等特点，适用于各种情况。《时间尺度控制法》可以在各种情况下使用，该法在一般位元控制方面有所发展，但控制的质量高于一般位元控制。时间刻度控制器在时间刻度控制系统内使用。有一条专门的电子线路用于控制执行机制(例如中继)。根据受控物体实际实测温度相对于给定温度的幅度和极性，可根据一定的控制规律，间歇或间歇地控制继电器的电源或断电。在工艺控制系统中，仪表选择特性，控制对象 并且在控制器内改变参数值是改变整个控制系统的控制规律的主要手段。当温度控制质量较高时，采用PID控制方法。

3稳压器温度测量准确度分析

目前，建汽腔过程中采用每升高1℃（观察RCP010MT稳压器液相温度指示）手动退出一组电加热器的控制方式。该控制方式对于温度测量通道要求较高，不仅响应时间要足够快，测量精度也需要满足相应要求，否则可能出现过早或过晚退出的情况。经查询相关资料，稳压器液相温度计RCP010MT为标准响应B级温度传感器，对应的其测量误差为：a=0.30+0.005｜t｜。在稳压器建汽腔过程中电加热器准备退出前后的温度约为220℃，带入计算a=1.4℃。结论：不考虑DCS设备模数转换等误差，单纯从稳压器温度测量传感器RCP010MT的测量结果可以看出，在220℃时测量示值有±1.4℃的偏差。因此，目前采用观察RCP010MT指示按照每升高1℃退出一组电加热器的手动退出方式的误差较大。本文在自动控制方案设计中采用线性功率计算法控制加热器退出。

4分程控制系统作用

图1显示了步进控制过程，调节器(调节器)输出信号分为两部分:输出为4-12时，制冷机工作，加热器停止；在12-20出口处，但加热器正常工作，冷却装置关闭。具体的检查过程如下：

图1分程控制过程

当检测到温度t‑59时；→ ys(测量信号)→ e(偏差)→ u(输出区段4-12mA)→A on b off(冷却器、加热器)→A工艺为:电流信号4 ~ 12，但控制电动调节阀的开度，进而控制冷却装置的水流。当检测到温度t‐59时；t↓→ys(测量信号)→ e(偏差)→u59；(输出区段12-20mA)→A off b(关闭冷却装置和加热器)→A工艺为:电流信号12-20，但控制SCR电压调节器输出电压，控制电加热器功率。通过间隔控制，系统可以根据气候变化自动切换到冰箱或加热器的使用，并自动进行控制，以确保全年的控制温度稳定。

5稳压器电加热器断电后衰变热计算

每一组电加热器在退出运行后，理论上在加热体外包壳上尚存在残余的衰变热。采用功率计算法控制加热器退出时，除了需要考虑电加热器正常工作释放热外，电加热器断电后衰变热量对于水温的影响也需要考虑。为此，以P2=24kW为加热器最小加热功率单位进行建模计算。查阅电加热器采购技术规格书等相关资料得到的主要建模必需参数见表1。采用Ansys19.2软件建模，通过建模计算得到24kW加热器断电后释放热量曲线如图2。由图2可以看出：1）24kW加热体断电后共释放潜热约70000J，记为Q2。2）断电后60s后基本释放潜热完成。根据§3.1节建汽腔过程中升温计算的内容可进一步计算：6组共1440kW功率的电热器在断电后总释放潜热对于稳压器水温的提高：P1/P2×Q2/Q1≈0.028℃。3）即6组电加热器同时断电，其释放总潜热仅将稳压器内的水温升高温度约0.028℃，由此判断加热器断电后潜热对于建汽腔过程的升温影响忽略不计。本文中采用线性功率计算法实现自动控制，不考虑潜热影响。

表1电加热器建模主要参数表

图224kW加热体断电后热量释放曲线图

6优化方案及效果分析

优化方案主要由两部分组成:第一部分完成电动整流指令逻辑，添加电动整流上游流量开关，检测气流低于流量开关阈值时，触发电动整流悬挂信号进行保护 在此应强调指出，参与电动电位器控制逻辑的气流开关应安装在电动电位器上游的适当位置，而不是电动电位器下游的适当位置；第二部分优化了电气整流装置所在空气电路中小型空气室的运行管理。它主要表现为两个方面:一方面，小型通风室被锁住，小型通风室的封闭门开启程序和危害信息板显示在封闭门的附着位置；另一方面，小型空气室的封闭门具有特殊代码，即门代码+系统阀门代码，使您可以将项目作为建筑门和系统阀门进行管理。在设备管理系统中，上述代码是用于小型空气室封闭门的唯一代码，无论是查找封闭门标签还是查找空气系统阀门标签。打开关闭的门进入小通风空间就等于打开系统边界，进入系统内部工作。工作许可证必须按照相应程序发放。与此同时，应注意特殊危险警告:如果设备不停止进入工作岗位，存在负压损伤的危险和设备损坏的危险。

结束语

本文通过分析稳压器建汽腔过程中电加热器控制逻辑以及其手动控制过程，提出采用线性功率计算法对稳压器电加热器建汽腔实现自动控制。通过对建汽腔过程稳压器电加热器升温过程的相关建模和计算，在此基础上进一步提出了电加热器的自动投运和退出控制方案。稳压器建汽腔的电加热器自动控制可以提高核电机组在启动过程中的自动化水平，为核电机组实现一键启动方案的设计提供参考。

参考文献

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