CN101794634A - 压水堆核电站除氧器压力设定值数字化计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压水堆核电站除氧器压力设定值数字化计算方法，数字式给定值直接作为数字式甩负荷除氧器压力控制器的设定值输入，作用于数字式除氧器压力调节器，数字式除氧器压力调节器来控制调节机构带动新蒸汽输入阀门的调节作用，在其满足现有除氧器压力控制***的基本性能要求的基础上，增加了针对不同对象的参数可调的灵活设计，提高了控制的灵活适应性，同时提高了控制精度。

Description

压水堆核电站除氧器压力设定值数字化计算方法

技术领域

本发明涉及一种核电站数字化控制领域，特别涉及一种压水堆核电站除氧器控制***中除氧器压力设定值数字化算法。

背景技术

除氧器***是核电站常规岛部分的主要***，它对给水进行除氧和加热，向主给水泵连续提供合格的含氧量的给水，并且在不同工况下保证给水泵所需要的净正吸入压头，因此要求设计与不同工况相适应的除氧器压力控制***，来尽量维持除氧器压力在要求的值，并保持其稳定。核电站常规岛涉及的主要4种对除氧器压力有影响的运行工况中，汽机甩负荷工况，一般指汽机在100％-20％FP范围内甩负荷时，从高压缸来的抽汽量会突然下降。为了维持除氧器内的压力以满足主给水泵吸入压头的要求，需要有新蒸汽进入来维持除氧器压力，甩负荷除氧器压力控制***就是通过甩负荷时的除氧器压力要求值，与实际除氧器压力之差的偏差值，进入甩负荷除氧器压力控制器计算，计算所得控制量的输出，去操纵新蒸汽输入调节阀，通过控制新蒸汽的输入多少，维持甩负荷时的除氧器压力在要求的给定值上。

目前我国压水堆1000MW核电站常规岛除氧器压力控制***仍采用模拟式仪器仪表的控制装置实现，如图1所示，为除氧器甩负荷时除氧器压力调节***，它主要由除氧器压力设定值硬件回路，和模拟式调节器构成，整个***的硬件运算单元繁多复杂，客观存在着零点漂移、热噪声及元件老化对控制精度的严重影响，而且控制策略和调节参数的不能改变，使控制的灵活适应性差，而这些痼疾将随着数字化控制***的出现而彻底避免，与此同时随着我国核能作为重要新能源技术的开发使用，我国自主设计的大型核电站将向着数字化核电站的方向发展，是与信息化时代同步，是信息管理的必须。

发明内容

本发明是针对1000MW压水堆核电站除氧器压力控制精度差、灵活适应性差的问题，提出了一种压水堆核电站除氧器压力设定值数字化计算方法，在其满足基本性能要求的基础上，可根据工程要求增加了参数可调的范围，形成的数字式给定值可直接作为数字式甩负荷除氧器压力控制器的设定值输入，通过作用于数字式除氧器压力调节器，来操纵调节机构带动新蒸汽输入阀门的调节作用，使得实际除氧器压力跟踪数字式计算的给定值要求。

本发明的技术方案为：一种压水堆核电站除氧器压力设定值数字化计算方法，数字式给定值直接作为数字式甩负荷除氧器压力控制器的设定值输入，作用于数字式除氧器压力调节器，数字式除氧器压力调节器来控制调节机构带动新蒸汽输入阀门的调节作用，数字式给定值计算方法如下：

1)设定参数：T表示采用周期；K₀T为甩负荷时刻，K≥K₀；汽轮机高压缸排汽压力变送器测量值，f₃(KT)表示第K步的001MP值；除氧器压力变送器测量值，f₂(KT)表示第K步的003MP值；007SP：除氧器压力和高压缸排汽压力比较大小结果的逻辑值，当除氧器压力比高压缸排汽压力高0.016Mpa绝对值，即007SP的值为1，反之007SP的值为0，f₁(KT)表示第K步的007SP值：k为常数，为斜坡信号的斜率；H为常数，为高值比较器的高限值；A₂为常数，为偏置输入值；

2)当 $(\frac{f_3\left(\mathrm{KT}\right)-f_3\left((K-1)T\right)}{T}<H)$ 时，汽轮机高压缸排汽压力的变化速率小于一定速率H，除氧器的压力设定值SP输出等于现场实际的压力测量值003MP，即SP(KT)＝f₂(KT)，数字甩负荷除氧器压力调节器的输入偏差为0，除氧器压力调节阀不动作，除氧器压力维持在正常工况下所需的压力；

3)当

时，汽轮机是甩负荷工况，在0到50秒这段时间内，除氧器的压力设定值SP(KT)＝f₂(K₀T)，此时除氧器压力调节阀打开进入新蒸汽，使得除氧器压力升高；

3)当

时，汽轮机甩负荷50秒后，且除氧器压力比高压缸排汽压力高0.016Mpa绝对值之前，除氧器压力设定值SP(KT)＝-k*KT+(f₂(K₀T)+A₂)，为两个输入之和：一个是发生甩负荷时刻的除氧器压力值加上工程定值A2；

4)当

时，汽轮机甩负荷50秒后，且除氧器压力比高压缸排汽压力低0.016Mpa绝对值之后，除氧器压力的设定值SP(KT)＝0，，除氧器压力调节阀不动作，以后除氧器的压力靠抽汽保持在较低压力。

所述T取值范围：200～500ms；k取值范围：0.15Mpa/min～0.55Mpa/min；H取值范围：0.1bar/s～1bar/s；A₂取值范围：2.5bar～4.5bar。

本发明的有益效果在于：本发明压水堆核电站除氧器压力设定值数字化计算方法，在其满足现有除氧器压力控制***的基本性能要求的基础上，增加了针对不同对象的参数可调的灵活设计，提高了控制的灵活适应性，同时提高了控制精度。

附图说明

图1为现有技术甩负荷除氧器压力调节***模拟硬件装置结构；

图2为本发明压水堆核电站除氧器压力设定值数字化计算方法设定值曲线；

图3为本发明压水堆核电站除氧器压力设定值数字化计算方法模型图。

具体实施方式

压水堆核电站除氧器压力设定值数字化算法结构如下SP(KT)设定值表达式，它的算法输出给定值设定不仅可以达到模拟硬件装置的要求，如图2所示为该算法在数字仿真平台上的运行结果曲线，该曲线与图1现有技术中硬件给定值发生器产生的值一致，而且可根据工程要求增加了参数可调的范围，形成的数字式给定值可直接作为数字式甩负荷除氧器压力控制器的设定值输入，通过作用于数字式除氧器压力调节器，来操纵调节机构带动新蒸汽输入阀门的调节作用，使得实际除氧器压力跟踪数字式计算的给定值要求。

SP(KT)设定值表达式如下：

其中：T表示采用周期，取值为200～500ms；

K₀T为甩负荷时刻，表达式中K≥K₀；

001MP：汽轮机高压缸排汽压力变送器测量值，f₃(KT)表示第K步的001MP值；

003MP：除氧器压力变送器测量值，f₂(KT)表示第K步的003MP值；

007SP：-跨接在抽汽管和除氧器间的差压开关，表示除氧器压力和高压缸排汽压力比较大小结果的逻辑值，当除氧器压力比高压缸排汽压力高0.016Mpa(绝对)，即007SP的值为1，反之007SP的值为0，f₁(KT)表示第K步的007SP值：

k为常数，为斜坡信号的斜率，取值范围：0.15Mpa/min～0.55Mpa/min；

H为常数，为高值比较器的高限值，取值范围：0.1bar/s～1bar/s；

A₂为常数，为偏置输入值，取值范围：2.5bar～4.5bar。

图3为压水堆核电站除氧器压力设定值数字化计算方法模型图，该模型采用了基本数字算法为数字基础功能模块，按照与对应甩负荷不同阶段的给定值要求的SP(KT)设定值表达式，组合成整体给定值算法的数字实施策略。

本算法模型的三个输入可针对不同运行情况，进行数字式甩负荷除氧器压力给定值的算法计算，首先根据甩负荷情况和水泵吸入压头设计除氧器压力的给定值，当高压缸排汽压力(由001MP测取)的变化率(由数字微分环节(d/dt)计算)与数字高值比较器H(例如H＝0.3bar/s(绝对))比较，比较输出为逻辑数字量A。

一、汽轮机正常运行设定值数字计算模型：

A＝“0”，表示A为假，也就是表示汽轮机高压缸排汽压力(001MP)的变化速率小于一定速率(0.1bar/s～1bar/s可调，例如小于0.3bar/s(绝对)时)，即SP(KT)设定值表达式中当 $(\frac{f_3\left(\mathrm{KT}\right)-f_3\left((K-1)T\right)}{T}<H)$ 时则认为汽轮机是正常运行。此时的逻辑量A作用于数字式模拟切换开关T₁的计算结果，使除氧器的压力设定值(SP输出)就等于现场实际的压力测量值(003MP)SP(KT)＝f₂(KT)，这个压力设定值输入控制器后，使数字甩负荷除氧器压力调节器的输入偏差为0，除氧器压力调节阀不动作，除氧器压力维持在正常工况下所需的压力。

二、汽轮机甩负荷运行设定值数字计算模型：

A＝“1”，表示A为真，也就是表示汽轮机高压缸排汽压力(001MP)的变化速率大于一定速率(例如0.3bar/s(绝对)时)，即SP(KT)设定值表达式中当 $(\frac{f_3\left(\mathrm{KT}\right)-f_3\left((K-1)T\right)}{T}\&GreaterEqual;H$ 时，则认为汽轮机是甩负荷工况。此时的逻辑量A作用于数字式模拟切换开关T₁的计算结果，使除氧器的压力设定值(SP输出)就等于数字式模拟切换开关T₂的计算结果。

1、汽轮机甩负荷0到50秒期间：即

时

当汽轮机发生甩负荷后，在0到50秒这段时间内，数字算法延迟50S模块的输出B＝“0”，B信号为假时，数字式模拟切换开关T₂输出等于数字式模拟切换器T₅的输出，而此由于A＝“1”，T₅的输出等于甩负荷时实际的除氧器压力的测量值，SP(KT)＝f₂(K₀T)，此时除氧器压力调节阀会打开进入新蒸汽，使得除氧器压力升高。

2、汽轮机甩负荷50秒后，且除氧器压力比高压缸排汽压力高0.016Mpa(绝对)之前：即

时

此时数字式模拟切换开关T₂的输出等于数字式模拟切换开关T₃的输出，此时除氧器压力比高压缸排汽压力高0.016Mpa(绝对)，即007SP的值为真，此时数字式模拟切换开关T₃的输出等于求和∑2算法的输出，此时求和算法的两个输入：一个是发生甩负荷时刻的除氧器压力值(经过T₅算法实现)加上某一工程定值A2(2.5bar～4.5bar可调，例如3.6bar)，

另一个是对前一被加数的以一定斜率(0.15Mpa/min～0.55Mpa/min可调，例如0.25Mpa/min)的递减，斜率递减由数字算法V≯实现，最后∑2的输出将以甩负荷时刻除氧器值叠加上一个A2后为初始值，按设定速率递减，此输出值将为除氧器压力设定值，SP(KT)＝-k*KT+(f₂(K₀T)+A₂)此值与003MP实测值的偏差送调节器，除氧器压力调节阀动作。

3、汽轮机甩负荷50秒后，且除氧器压力比高压缸排汽压力低0.016Mpa(绝对)之后：即

时

此时数字式模拟切换开关T₂的输出等于数字式模拟切换开关T₃的输出，此时除氧器压力比高压缸排汽压力低0.016Mpa(绝对)，即007SP的值为假，此时数字式模拟切换开关T₃的输出等于A1的值，设定A1＝0，此时除氧器压力的设定值(SP输出)为0，SP(KT)＝0，除氧器压力调节阀不动作，以后除氧器的压力靠抽汽保持在较低压力。

按照图3的数字化实施方案，在数字化平台上进行软件组态，如图4所示，并在对应运行环境下运行的结果，如图2，验证达到本发明的要求结果。

此方案可基于微型计算机为基础的数字控制装置实施，对于核电站配套的常规岛控制***，若采用小型的微型机***作为数字除氧器控制***，此算法模型是通过相应语言工具的软件编程实现数字式除氧器压力设定值计算的依据，若采用计算机集散控制***为数字除氧器控制***，此算法模型是软件组态的依据。

Claims (2)

1.一种压水堆核电站除氧器压力设定值数字化计算方法，其特征在于，数字式给定值直接作为数字式甩负荷除氧器压力控制器的设定值输入，作用于数字式除氧器压力调节器，数字式除氧器压力调节器来控制调节机构带动新蒸汽输入阀门的调节作用，数字式给定值计算方法如下：

1)设定参数：T表示采用周期；K₀T为甩负荷时刻，K≥K₀；汽轮机高压缸排汽压力变送器测量值，f₃(KT)表示第K步的001MP值；除氧器压力变送器测量值，f₂(KT)表示第K步的003MP值；007SP：除氧器压力和高压缸排汽压力比较大小结果的逻辑值，当除氧器压力比高压缸排汽压力高0.016Mpa绝对值，即007SP的值为1，反之007SP的值为0，f₁(KT)表示第K步的007SP值：k为常数，为斜坡信号的斜率；H为常数，为高值比较器的高限值；A₂为常数，为偏置输入值；

2)当 $(\frac{f_3\left(\mathrm{KT}\right)-f_3\left((K-1)T\right)}{T}<H)$ 时，汽轮机高压缸排汽压力的变化速率小于一定速率H，除氧器的压力设定值SP输出等于现场实际的压力测量值003MP，即SP(KT)＝f₂(KT)，数字甩负荷除氧器压力调节器的输入偏差为0，除氧器压力调节阀不动作，除氧器压力维持在正常工况下所需的压力；

3)当

时，汽轮机是甩负荷工况，在0到50秒这段时间内，除氧器的压力设定值SP(KT)＝f₂(K₀T)，此时除氧器压力调节阀打开进入新蒸汽，使得除氧器压力升高；

3)当

时，汽轮机甩负荷50秒后，且除氧器压力比高压缸排汽压力高0.016Mpa绝对值之前，除氧器压力设定值SP(KT)＝-k*KT+(f₂(K₀T)+A₂)，为两个输入之和：一个是发生甩负荷时刻的除氧器压力值加上工程定值A2；

4)当

时，汽轮机甩负荷50秒后，且除氧器压力比高压缸排汽压力低0.016Mpa绝对值之后，除氧器压力的设定值SP(KT)＝0，，除氧器压力调节阀不动作，以后除氧器的压力靠抽汽保持在较低压力。

2.根据权利要求1所述的压水堆核电站除氧器压力设定值数字化计算方法，其特征在于，所述T取值范围：200～500ms；k取值范围：0.15Mpa/min～0.55Mpa/min；H取值范围：0.1bar/s～1bar/s；A₂取值范围：2.5bar～4.5bar。

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