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摘要：稳压器液位控制在压水堆核电厂中扮演着举足轻重的作用，如控制不当将会对机组稳定运行带来严重影响。本文介绍了三代核电稳压器液位运行区间，对稳压器液位控制原理进行了详细的介绍，并对三代核电稳压器液位控制特点进行了阐述，具有一定的参考价值。
关键词：稳压器液位；冷却剂平均温度（TAVG）；上充控制；下泄控制
引言
稳压器是压水堆核电厂一回路重要的调节系统。稳压器调节主要包括压力控制和水位控制两方面。稳压器的压力要维持在一定范围内，稳压器压力过高或者过低都会对机组安全运行产生影响。由于稳压器的压力和水位之间存在着复杂的耦合关系，稳压器水位的高低对稳压器调节一回路系统压力的能力产生重要的影响，如果稳压器水位过高，稳压器控制一回路压力的能力将下降；如果水位过低，则稳压器内电加热器元件就会裸露导致干烧的危险。因此必须对稳压器水位进行调节，以确保稳压器水位在正常运行范围之内。
1、稳压器液位控制系统
稳压器是一个密闭容器，稳压器的顶端为蒸汽，底部工质为水。稳压器的水装量可以容纳反应堆冷却剂密度变化引起的反应堆冷却剂系统装量变化。当一回路温度从热态零功率（HZP）增大到热态满功率（HFP）时，一回路流体膨胀。含有气液两相空间的稳压器可以承受这一变化。液位控制有一个死区,可以间歇性地控制反应堆冷却剂的上充和下泄将液位保持在一定范围。稳压器液位控制带[1]如图1.1所示。
在图1.1中可以看出，稳压器在热态零功率时液位区间为21.6%-48%，随着功率的增长，额定程序液位与液位上下限按照线性函数增长，在热态满功率时液位基准值为47.7%。如果稳压器液位达到死区的下限，控制系统自动启动化学和容积控制系统中的一台补水泵，该补水泵持续运行，直到液位恢复到额定程序液位之上的某个数值。如果稳压器液位超过死区的上限，则液位控制系统打开通向放射性废液系统的下泄隔离阀，将冷却剂适量排放，调节液位恢复到死区范围内。
图1.1 稳压器液位控制带
2、稳压器液位控制原理
稳压器水位测量采用的是差压原理，通过布置在稳压器周围的四个差压式液位变送器进行测量，由于稳压器液位具有强耦合性，还需要液位参考段温度等其它参数进行补偿，因此，在每个差压式液位变送器管路上分布用于测量稳压器液位参考段温度热电阻温度计(RTD)，通过稳压器液位参考段温度、RCS压力和稳压器压力三个参数对稳压器液位在PMS(保护和安全监测系统)中进行补偿后，才能够得到真正的液位信号，信号通过一台隔离装置输送到PLS（电厂控制系统）完成相关控制功能。稳压器液位控制原理如下图所示：
图2.1 稳压器液位控制原理
从上图中可以看出，经过在PMS中补偿后四个序列的液位信号经过中值选择器、滞后环节过滤噪声后产生稳压器实测水位（Lc）；稳压器程序液位是冷却剂平均温度（TAVG）的函数，程序液位随冷却剂平均温度（TAVG）按比例升高。四个序列冷却剂平均温度（TAVG）的信号经过中值选择器、滞后环节过滤噪声、响应函数后产生稳压器程序液位（Lp）；由于稳压器水位控制系统受负荷调节模式下影响，因此稳压器水位控制分为两种情况：
2.1非负荷调节模式
在非负荷调节模式下，不需要∆T功率信号产生修正因子对稳压器程序液位进行修正，稳压器液位控制偏差信号(Le)是驱动化学和容积控制系统上充或下泄的主要控制因素:
Le = Lc–Lp （2-1）
Le：液位控制偏差信号；
Lc：稳压器实测水位；
Lp：稳压器程序液位；
如果液位控制偏差信号(Le)超过其控制范围的上限，系统将打开下泄管隔离阀，排出系统中的冷却剂。当测量液位回到控制范围内时，相关阀门将关闭。当液位控制偏差信号(Le)低于控制范围的下限时，系统将启动补水泵，将冷却剂加到系统中。液位升高到控制范围内时，泵将停止。
当一回路出现失冷却剂(LOCA)事件将会触发堆芯补水箱（CMT）动作，此时将会自动闭锁下泄开启命令，仅由稳压器实测水位（Lc）进行上充控制，当稳压器实测水位（Lc）减小低于低液位双稳态，上充泵启动命令触发，开始上充；当稳压器实测水位（Lc）增加高于高液位双稳态，上充泵停止命令触发，停止上充。
2.2 负荷调节模式
在负荷调节模式下，由于需要∆T功率信号与冷却剂平均温度（TAVG）一起产生修正因子对稳压器程序液位进行修正，稳压器液位控制偏差信号(Le)表达式为:
Le = Lc –（Lp+∆L） （2-2）
Le：液位控制偏差信号；
Lc：稳压器实测水位；
Lp：稳压器程序液位；
∆L：∆T功率信号产生修正因子
其余控制过程与非负荷调节模式下雷同，不在赘述。
3、稳压器程序液位的转换函数
电厂负荷变化时因反应堆冷却剂膨胀和收缩会引起液位变化。当反应堆功率增大时，冷却剂平均温度随之升高，冷却剂温度升高引起冷却剂膨胀，使得RCS中的冷却剂体积增大，将会导致稳压器液位的升高；反之，当反应堆功率减小时，冷却剂平均温度随之减低，，将会导致稳压器液位的降低。因此，可以看出稳压器程序液位与冷却剂平均温度（TAVG）存在某种函数关系，需要通过函数才能完成温度到液位的转换。函数曲线图如图2.2所示。
从图2.2中可以看出，稳压器程序液位与冷却剂平均温度（TAVG）是线性函数关系，只要冷却剂平均温度（TAVG）测量到后很容易就得到稳压器程序液位。
图2.2 稳压器程序液位响应函数曲线图
4、结束语
本文主要对稳压器液位运行区间和液位控制系统运行原理进行了详细介绍，并就稳压器程序液位与冷却剂平均温度（TAVG）函数关系进行了研究。通过本次分析可知，三代核电稳压器液位控制采用区间控制，未采用二代核电传统的PID控制[2]，这种控制方式允许稳压器液位在一定范围内波动而不需要干预，避免了传统的PID控制液位稳定在固定值带来的化容系统设备的持续运行，增加了系统的可靠性，提高了设备可用性。
参考文献
[1]严敏．核电厂稳压器液位控制系统控制逻辑闭环验证[J]．自动化仪表，2016（7）．
[2]薛阳，林静，李媛，冯建彪．核电站稳压器水位控制系统及其仿真[J]．上海电力学院学报， 2014（3）．
论文作者:赵帅,葛闯
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/17
标签：稳压器论文; 液位论文; 冷却剂论文; 水位论文; 程序论文; 信号论文; 控制系统论文; 《建筑学研究前沿》2018年第35期论文;