AP1000稳压器电加热器控制及其特点

摘要：AP1000稳压器作为一回路稳压的重要设备，当一回路压力下降时可以提供压力补偿，当一回路压力升高时，可以提供喷淋降低压力。其中稳压器里的电加热器作为一回路压力补偿的重要手段，其对于系统的安全稳定运行起着至关重要的作用。

关键词：结构;电源;逻辑;控制

1 概述

稳压器电加热器（以下简称电加热器）在反应堆启动和停堆时，投入电加热器来满足反应堆冷却剂的升温和降温速率的要求，主要功能是：在核电厂额定工况和变负荷运行中，加热稳压器中的水，使其维持在满足运行压力的饱和温度，从而控制及调节反应堆冷却剂中的压力波动。

1.1 稳压器电加热器的结构

电加热器主要由电缆、绝缘隔板、套筒、包壳等构成。其中电加热器的包壳为A类设备，安全分类为SC-1级，抗震类别1级。电加热器的设计要求可以满足寿期60年的使用要求。

1.2 稳压器电加热器电源

稳压器电加热器安装在稳压器底封头的套管内，包括一组比例电加热器（功率370kW），4组备用电加热器（其中A/B组功率为246kW，C/D组功率为370kW），稳压器电加热器共包含78个电加热棒，每个MCC抽屜柜下对应3个电加热棒，所以共对应26个MCC抽屉柜，其中比例电加热器对应6个MCC抽屉柜，备用电加热器A/B组均对应4个MCC抽屉柜，备用电机热器C/D组均对应6个MCC抽屉柜。每个电加热棒功率为61.67kW，电加热器总功率为1600kW，由核岛1/2号中压母线下的MCC供电。失去全部厂外交流电源时，操纵员手动带载A、B两组备用电加热器至备用柴油发电机，如有必要可以手动带载C、D两组。

正常运行时，比例电加热器投入运行以补偿喷淋水的持续引入和向周围环境的热量损失，备用电加热器依据一回路压力自动投入运行。 运行原理是依据PHC机柜（稳压器电加热器控制机柜）内SCR（可控硅结构）的调压，从而实现比例电加热器功率的调节。因为SCR的调压会造成下游EC-142母线电压变化，故MCC断路器控制回路的220V交流电源没有取自母排本身，而是引自ECS-EA-1333。 备用电加热器没有调节功能，不存在PHC机柜，它只有通断功能。

2 电加热器控制逻辑及控制原理

2.1 电加热器控制逻辑

对于稳压器比例电加热器，来自PMS跳闸信号跳负荷中心馈线断路器ECS-EC-142（52）PLS跳闸信号（PMS送至PLS）跳MCC馈线断路器，PLS控制信号主要送PHC机柜。来自PMS跳闸信号主要有：CMT触发、PZR水位高3、PZR水位低2;来自PLS控制信号主要是稳压器电加热器与稳压器压力高低的连锁（压力高电加热器停运，压力低电加热器投入）。

2.2 电加热器控制原理

稳压器加热器有开关型和比例型两种，正常运行情况下，稳压器压力达到低设定值时，投用开关型或比例型加热器，升高稳压器压力。在控制系统中，稳压器的测量压力P，与参考压力P_ref（表压15.4Mpa）作比较，求得偏差压力△P作为加热器的控制输入，△P低于-0.172Mpa时，投用开关加热器。△P经过PI控制环节后（称为补偿压差△P_补）控制比例加热器的投用和喷淋阀的开度。△P_补-0.1到0.1之间变化时，比例加热器相应地线性输 出满功率到零功率。△P_补 在0.172到0.517之间变化时，喷淋阀对应的线性开度为0%到100%。稳压器液位如果低于20%，则需切除所有的加热器，防止加热器裸露时通电，损坏加热器;当出现CMT触发或稳压器液位高3时，切断所有加热器的供电电源，闭锁加热器投用。

3 稳压器电加热器控制方法的特点

3.1 采用PI控制比例加热器和喷淋阀

AP1000核电厂控制比例加热器和喷淋阀采用的是PI调节而没有参考M310堆型采用PID调节。微分环节的主要作用是提高控制系统的响应速度。机组运行期间，稳压器压力波动主要由主回路温度变化引起。温度升高引起稳压器压力升高，微分作用使喷淋阀的迅速动作，快速地降低稳压器压力。出现压力瞬态下降时，微分作用快速地增大加热器输出热功率，升高稳压器的压力，并维持稳压器的压力稳定。在AP1000中这种压力的瞬态冲击已经大大减小，原因是AP1000稳压器的容积55.9m³，远远大于M310稳压器的容积36m³。增大的稳压器容积可以有效地吸收温度引起的压力冲击，因此微分环节对系统调节性能的改善并不明显。同时微分的引入，将导致系统即使出现较小的压力正向波动，喷淋阀也会动作，容易出现喷淋阀的频繁动作。在西屋工厂试验中模拟的各种瞬态工况曲线也表明，采用PI环节能够有效地控制稳压器的压力。

3.2采用偏差压力直接控制开关加热器

M310采用PID调节后的偏差压力信号作为开关加热器投用和切除的条件。AP1000直接采用偏差压力作为开关加热器投用和切除的条件。系统出现大的压力下降时，两种方法在控制性能上并没有明显的不同，均能够提高稳压器的压力。系统出现较小的压力下降时，PID调节缩短了调节时间，弊端是增加了加热器投用的频率，对MCC的要求更高。取消PID环节后，减小了开关加热器投用的频率，对于可能出现的稳压器压力调节周期过长的情况。也可以通过减小比例加热器的积分时间来增大比例加热器的输出热功率，缩短调节的周期。

4 总结：

AP1000稳压器作为一回路稳压的重要设备，当一回路压力下降时可以提供压力补偿，当一回路压力升高时，可以提供喷淋降低压力。其中稳压器电加热器作为一回路压力补偿的重要手段，其对于系统的安全稳定运行起着至关重要的作用，AP1000稳压器电加热器的可靠控制保证了稳压器功能的实现。

参考文献

[1]李敏华，运行值班员常规岛岗位指南，中核集团三门核电有限公司，2016年;

[2]张中祥，稳压器加热器的控制特点分析及试验改进，中核集团三门核电有限公司，2014年;

[3]Westinghouse Electric Company，APP-PLS-J1-061，Rev. 2，AP1000 Pressurizer Pressure Control System Functional Requirements，2012;

[4]Westinghouse Electric Company，APP-PLS-J1-161，Rev. 2，AP1000 Functional Diagrams Pressurizer Pressure Control，2012;

作者简介：刘启东（1990年9月）、男、三门核电有限公317112、助理工程师、科员、大学本科、核电动力运行。

（作者单位：三门核电有限公司）