CN102543235B - 核电站主给水控制阀转移期间控制蒸汽发生器水位的*** - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种***和方法，用于根据定时器经过时间来变换比例积分(PI)控制器的增益和积分时间常数，以减小当反应堆功率在低功率段和高功率段之间转移时由于下水管给水阀和节水器给水阀打开程度的突然变化而引起的蒸汽发生器水位过流现象。因此，在反应堆功率在低功率段和高功率段之间转移时的转移时间，减小了蒸汽发生器水位的过流现象。因此，减小了由蒸汽发生器水位的过流现象而引起反应堆停止的可能性，以减轻操作者的负担，并且改善核电站的操作速率和经济可行性。

Description

核电站主给水控制阀转移期间控制蒸汽发生器水位的***

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2010年12月30日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请No.10-2010-0138442的权益，将其公开整体结合在此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种在核电站的主给水控制阀转移(transfer)期间控制蒸汽发生器(steam generator)中的主给水(feed-water)水位(level)的***，以防止蒸汽发生器中主给水的水位过高。

背景技术

核电站通常包括100个或者更多分别具有独立功能的***。将这些***主要分类为基于核反应堆的核蒸汽供应***(NSSS)、向其供应蒸汽以操作发电机产生电力的涡轮机/发电机***、以及其他辅助设施。当前作为核电站主要部分的增压水反应堆(PWR)包括：基于反应堆的主***；次***，包括蒸汽发生器、涡轮机、发电机和冷凝器、预防事故的工程安保***、电力传输和供应***、仪表及控制***、其他辅助***。

反应堆中产生的热水循环通过蒸汽发生器的传热管(通过冷却剂管与反应堆相连)，以将热传递到通过另一个管道流入蒸汽发生器的给水中，然后回到反应堆。为了易于执行蒸汽发生器的这种功能，应该适当地维持蒸汽发生器中给水的水位。核电站的给水控制***统一地控制蒸汽发生器中的给水水位。

发明内容

本发明提出了一种控制主给水的***，根据定时器经过时间来变换比例积分(PI)控制器的增益和积分时间常数，以减小当反应堆功率在低功率段和高功率段之间转移时由于下水管给水阀和节水器给水阀打开程度的突然变化而引起的蒸汽发生器中给水的过高水位。

根据本发明的一个方面，提供了一种控制主给水泵和主给水控制阀的***，以控制核电站的蒸汽发生器水位，所述主给水控制阀包括下水管给水阀和节水器给水阀，所述***包括：比例积分(PI)控制器，所述PI控制器对于根据蒸汽发生器水位和蒸汽发生器的水位设置点之间的偏差而产生的补偿蒸汽发生器误差信号执行PI操作，并根据PI操作的结果产生流需求信号；功率确定器，所述功率确定器在低功率段和高功率段之间确定反应堆功率所属的功率段，并确定当所确定的功率段发生转移时的转移时间；主给水控制器，所述主给水控制器根据所述流需求信号和所确定的功率段产生主给水控制信号，用于控制所述主给水泵和所述主给水控制阀；信息提供器，所述信息提供器提供PI信息，所述PI信息包括根据反应堆功率设定的增益和积分时间常数；以及信息变换器，所述信息变换器向所述PI控制器提供PI信息，并且在转移时间时只在预定的定时器时间内向所述PI控制器提供变换的PI信息，所述变换的PI信息包括变换的增益和变换的积分时间常数。

信息变换器可以包括：变换信息提供器，所述变换信息提供器向所述PI控制器提供变换的增益和变换的积分时间常数；以及第一定时器，所述第一定时器向所述PI控制器提供PI信息，并且在所述转移时间从低功率段转移到高功率段时的第一转移时间时，只在预定的第一定时器时间内向所述PI控制器提供所述变换的PI信息。

可以将变换的增益设置为比根据反应堆功率设置的增益大的值，并且可以将变换的积分时间常数设置为比根据反应堆功率设置的积分时间常数小的值。

变换的增益和变换的积分时间常数可以随定时器时间而变化。

附图说明

通过参考附图详细描述本发明的示例实施例，本发明的以上和其他特征和优点将变得更加清楚，其中：

图1是示出了根据本发明实施例的用于控制核电站的蒸汽发生器中主给水水位的***的视图；

图2是详细示出功率确定器的视图；

图3是示出了根据反应堆的功率段而分配通过下水管给水阀和节水器给水阀的给水比例的表；

图4是详细示出了信息提供器和信息变换器的视图；

图5和图6是分别示出了基于反应堆功率信号预设的增益和积分时间常数的曲线；

图7是示出了在反应堆功率从高功率段转移为低功率段时的第二转移时间蒸汽发生器中给水水位变化的曲线；

图8是示出了在反应堆功率从低功率段转移为高功率段时的第一转移时间蒸汽发生器中给水水位变化的曲线；

图9和图10是分别示出了相对于定时器经过时间的变换增益和变换积分时间常数的曲线；以及

图11和图12是分别示出了本发明在第一和第二转移时间时的效果的曲线。

具体实施方式

现在将参考附图更加充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例实施例。图中相同的附图标记代表相同的元件，因此省略其描述。

本发明提供了一种在主给水控制阀转移期间控制核电站的蒸汽发生器中给水的过高水位的***和方法。

图1是示出了根据本发明实施例的用于控制核电站的蒸汽发生器中主给水水位的***100的视图。

参考图1，***100包括比例积分(PI)控制器110、信息提供器120、信息变换器(transformer)130、功率确定器140和主给水控制器150。

所述PI控制器110对蒸汽发生器的补偿蒸汽发生器水位误差信号执行PI控制，并且根据PI控制的结果产生流需求信号。如随后所述，PI控制器110所使用的比例增益和积分时间常数由信息提供器120和信息变换器130提供。

核电站的***100还可以包括误差信号提供器111，该误差信号提供器111安装在PI控制器110之前，并且提供补偿蒸汽发生器水位误差信号。误差信号提供器111接收与蒸汽发生器水位相对应的水位信号以及与蒸汽发生器水位设置点相对应的水位设置点信号之间的差，并且向PI控制器110提供补偿蒸汽发生器水位误差信号，该补偿蒸汽发生器水位误差信号是水位信号和水位设置点信号之间的差。

将由PI控制器110产生的流需求信号提供给主给水控制器150。主给水控制器150基于流需求信号产生主给水控制信号，用于控制主给水泵和主给水控制阀。

主给水控制信号包括泵速度需求信号、下水管(downcomer)阀门位置需求信号和节水器(economizer)阀门位置需求信号中至少之一。在本发明中，主给水控制阀包括下水管给水阀和节水器给水阀。

下水管给水阀是用于控制下水管给水阀的位置和打开程度的阀门。节水器给水阀是控制节水器给水阀的位置和打开程度的阀门。

因此，主给水控制器150基于流需求信号，产生泵速度需求信号、下水管阀门位置需求信号和节水器阀门位置需求信号。

为此目的，主给水控制器150包括：泵速度控制器160，控制主给水泵的速度；下水管阀门控制器170，控制下水管给水阀的位置；以及节水器阀门控制器180，控制节水器给水阀的位置。

泵速度控制器160产生泵速度需求信号，用于控制主给水泵的速度。下水管阀门控制器170产生下水管阀门位置需求信号，用于控制下水管给水阀的打开程度。节水器阀门控制器180产生节水器阀门位置需求信号，用于控制节水器给水阀的打开程度。通过泵速度需求信号、下水管阀门位置需求信号和节水器阀门位置需求信号，分别控制主给水泵的速度、下水管给水阀的位置和节水器给水阀的位置，从而控制蒸汽发生器中的给水水位。

主给水控制器150根据反应堆功率的功率段(section)和功率段的转移时间，来改变其控制方法。反应堆功率的功率段及转移时间的参考点是反应堆功率为约20％的点。如果反应堆功率属于约20％或以下的低功率段，主给水控制器150按照低功率控制模式来控制主给水控制阀。如果反应堆功率属于约20％或以上的高功率段，主给水控制器150按照高功率控制模式来控制主给水控制阀。

功率确定器140接收与反应堆功率相对应的反应堆功率信号，并且确定反应堆功率所属的功率段以及反应堆功率的功率段发生转移时的转移时间。将由功率确定器140确定的反应堆功率的功率段的功率段信号提供给主给水控制器150。将在反应堆功率的功率段发生转移时的转移时间处产生的转移信号提供给信息变换器130。

如上所述，在本发明中，根据反应堆功率改变主给水控制器150的控制方法。换句话说，根据反应堆功率控制通过下水管和节水器提供的给水的流量和分布比例。

因为主给水泵在反应堆功率是约20％或以下的低功率段中以最低速度工作，在低功率段中实际给水流量控制功能由下水管给水阀来执行。换句话说，在反应堆功率从启动操作开始在20％或以下的低功率段中，所有给水量只通过下水管给水嘴来提供给蒸汽发生器。

在反应堆功率是约20％或以上的高功率段中，将下水管给水阀的位置固定到能够使与总给水流量(反应堆功率是100％时的给水流量)的约10％相对应的给水流量通过的位置。此外，控制节水器给水阀的位置，以通过节水器向蒸汽发生器提供其余的给水流量。

因此，将下水管给水阀和节水器给水阀控制为在反应堆功率是约20％的点处自动转移。如果反应堆功率达到反应堆功率下降至约20％的点，控制节水器给水阀完全关闭，并且只通过下水管向蒸汽发生器供应给水。此外，如果反应堆功率达到反应堆功率增加至约20％的点，下水管给水阀的位置迅速改变为与在100％功率操作期间所要求的给水流量的约10％相对应的阀门位置。与此同时，控制节水器给水阀向蒸汽发生器提供其余的给水流量。

用于对反应堆功率的功率段进行划分的参考点不局限于上述参考点，而是可以使用各种方法确定。可以如上所述将用于对反应堆功率的功率段进行划分的参考点设置为20％。然而如在以下示例中所述，可以不同地设置反应堆功率增加时的参考点和反应堆功率减小时的参考点。

例如，如果反应堆功率增加，可以将用于将反应堆功率的功率段划分为低功率段和高功率段的参考点设置为当反应堆功率是约20％时的点。如果反应堆功率降低，可以将参考点设置为当反应堆功率是约18％时的点。在这种情况下，如果反应堆功率增加，当反应堆功率是约20％时的点是低功率段转移到高功率段时的转移时间。如果反应堆功率降低，当反应堆功率是约18时的点是高功率段转移到低功率段时的转移时间。

图2是详细示出功率确定器140的视图。

参考图2，功率确定器140包括功率比较器141和转移时间确定器143。

功率比较器141接收与反应堆功率相对应的反应堆功率信号，基于反应堆功率信号确定当前反应堆功率的功率段，并产生所确定功率段的功率段信号。反应堆功率的功率段意味着当前反应堆功率所属的低功率段和高功率段之一。

如果基于约20％的点反应堆功率低于约20％，功率比较器141确定反应堆功率的功率段为低功率段，产生低功率段信号TL，并且将该低功率段信号TL提供给节水器阀门控制器180。如果基于约20％的点反应堆功率高于或者等于20％，功率比较器141确定反应堆功率的功率段为高功率段，产生高功率段信号TH，并且将该高功率段信号TH提供给下水管阀门控制器170。

转移时间确定器143在反应堆功率从低功率段转移为高功率段时的第一转移时间产生第一转移信号TLH，并且将该第一转移信号TLH提供给信息变换器130。转移时间确定器143还在反应堆功率从高功率段转移为低功率段时的第二转移时间产生第二转移信号THL，并且将该第二转移信号THL提供给信息变换器130。

用于将反应堆功率的功率段划分为低功率段和高功率段的参考点是当反应堆功率是约20％时的点。然而如上所述，在反应堆功率增加时和在反应堆功率减小时可以不同地设置参考点。

以下描述将回到图1。

泵速度控制器160接收流需求信号，并且基于流需求信号产生泵速度需求信号来控制主给水泵的速度。将泵速度需求信号提供给主给水泵，用于控制主给水泵的给水速度。

下水管阀门控制器170接收流需求信号和高功率段信号TH，并且基于流需求信号和高功率段信号TH产生下水管阀门位置需求信号来控制下水管给水阀的位置。下水管给水阀根据下水管阀门位置需求信号，控制下水管给水阀的位置，以控制其打开程度。

下水管阀门控制器170包括下水管分配器171、第一转移逻辑172和下水管***(fixer)173。

下水管分配器171根据流需求信号，计算通过下水管供应的给水流量。

如果反应堆功率处于高功率段，则下水管***173向第一转移逻辑172提供偏置信号。该偏置信号是指用于固定下水管给水阀的位置以通过下水管供应与总给水水流量(在反应堆功率是100％时的给水流量)的约10％相对应的给水流量。

如果第一转移逻辑172从功率确定器140接收到高功率段信号TH，则第一转移逻辑172根据下水管***173的偏置信号，产生下水管阀门位置需求信号，所述下水管阀门位置需求信号用于固定下水管给水阀的位置，以供应与100％功率操作期间的给水流量的约10％相对应的给水流量。如果第一转移逻辑172没有接收到高功率段信号TH，则第一转移逻辑172根据流需求信号产生下水管阀门位置需求信号，以通过下水管供应给水。

因此在低功率段，下水管阀门控制器170根据流需求信号控制总给水流量通过下水管来供应。在高功率段，下水管阀门控制器170控制与100％功率操作期间的总给水流量的约10％相对应的给水流量通过下水管来供应。

节水器阀门控制器180包括节水器分配器181、第二转移逻辑182和关闭***183。

节水器分配器181根据流需求信号，计算通过节水器供应的给水流量。

如果反应堆功率处于低功率段，则关闭***183向第二转移逻辑182提供关闭信号。该关闭信号是指用于将节水器给水阀的位置固定到关闭位置使得根本不通过节水器供应给水的信号。

如果第二转移逻辑182从功率确定器140接收到低功率段信号TL，则第二转移逻辑182根据关闭信号，产生节水器阀门位置需求信号，所述节水器阀门位置需求信号用于固定节水器给水阀的位置以关闭节水器给水阀。如果第二转移逻辑182没有接收到低功率段信号TL，则第二转移逻辑182根据流需求信号产生节水器阀门位置需求信号，以通过节水器供应给水。

因此在低功率段，节水器阀门位置控制器180控制节水器给水阀关闭。在高功率段，节水器阀门控制器180控制总给水流量中除了通过下水管供应的给水流量之外的其余给水流量通过节水器来供应。

图3是示出了根据反应堆的功率段而分配通过下水管给水阀和节水器给水阀的给水比例的表。

参考图3，根据反应堆的功率段，将给水流量分配通过下水管给水阀和节水器给水阀。

图4是详细示出了信息提供器120和信息变换器130的视图。

信息提供器120将包括根据反应堆功率设置的增益和积分时间常数的PI信息提供给PI控制器110。为此目的，信息提供器120接收与反应堆功率相对应的反应堆功率信号，并且将有关增益和积分时间常数的信息提供给PI控制器110，其中基于反应堆功率信号设置增益和积分时间常数。

图5和图6是分别示出了基于反应堆功率信号设置的增益和积分时间常数的曲线。

参考图5和图6，PI控制器110的增益和积分时间常数是用于防止在全功率时可能发生的几种过流现象的优化设置点。在低功率情况下增益较低，并且积分时间常数相对较高。

在反应堆功率从高功率段转移为低功率段时的第二转移时间，完全关闭节水器给水阀。此外，下水管给水阀(定位到与100％反应堆功率操作期间需求流量的约10％的给水流量相对应的阀门位置)迅速上升到与20％反应堆功率的流需求信号相对应的阀门位置。因此，可能发生蒸汽发生器水位迅速增加的过流现象。

图7是示出了在反应堆功率从高功率段转移为低功率段时的第二转移时间蒸汽发生器水位变化的曲线.

参考图7，在第二转移时间时发生蒸汽发生器水位从44％上升至61％(即上升约15％)的过流现象，其中44％与正常水位相对应。由于在第二转移时间时蒸汽发生器水位的过度上升，一些核电站手动控制下水管给水阀，以防止反应堆由于蒸汽发生器的高水位而停止。近年来已经频繁报道了手动操作增加操作者负担的例子。

图8是示出了在反应堆功率从低功率段转移为高功率段时的第一转移时间蒸汽发生器水位变化的曲线。

在反应堆功率从低功率段转移到高功率段时的第一转移时间，下水管给水阀迅速转移为与100％反应堆功率操作期间需求流量的约10％的给水流量相对应的阀门位置，并且节水阀给水阀迅速移动到与20％反应堆功率的流需求信号相对应的阀门位置。因为下水管给水阀迅速转移，蒸汽发生器水位在初始阶段降低，然后由于节水器给水阀的迅速打开而增加。

参考图8，在第一转移时间时发生蒸汽发生器的给水水位从44％降低到34％(即降低约10％)的过流现象，其中44％与蒸汽发生器的正常水位相对应。在第一转移时间，下水管给水阀的打开程度根据蒸汽发生器的压力而不同。因此，由于在阀门转移之后节水器给水阀迅速地打开，反应堆可能由于蒸汽发生器的高水位而停止。

然而，因为***100在PI控制器110的低增益和高积分时间常数的情况下具有相对慢的响应特性，可能难以减轻蒸汽发生器水位的过流现象。

因此，如果主给水控制阀转移，需要防止蒸汽发生器水位的过流现象，以便减轻由于蒸汽发生器水位的过流现象而导致的操作者负担并且减小反应堆停止的可能性。

以下描述将回到图4。

信息变换器130在反应堆功率的功率段转移时间时只在预定定时器时间内向PI控制器110提供变换的PI信息，所述变换的PI信息包括关于变换的增益和变换的积分时间常数的信息。

信息变换器130包括定时器131和变换信息提供器132。

当定时器131从功率确定器140接收到转移信号时，定时器131只在预定定时器时间内向PI控制器110提供变换的PI信息。在预定定时器时间过去之后，定时器131向PI控制器110提供从信息提供器120提供的增益和积分时间常数。

因为在第一和第二转移时间时可以不同地设置定时器时间和变换的PI信息，定时器131包括第一和第二定时器1311和1312。

当第一定时器1311从功率确定器140接收到第一转移信号时，第一定时器1311只在预定的第一定时器时间内向PI控制器110提供变换的PI信息。在预定的第一定时器时间过去之后，第一定时器1311向PI控制器110提供从信息提供器120提供的增益和积分时间常数。

当第二定时器1312从功率确定器140接收到第二转移信号时，第二定时器1312只在预定的第二定时器时间内向PI控制器110提供变换的PI信息。在预定的第二定时器时间过去之后，第二定时器1312向PI控制器110提供从信息提供器120提供的增益和积分时间常数。

换句话说，第一和第二定时器1311和1312向PI控制器110提供从信息提供器120提供的增益和积分时间常数，并且如果接收到转移信号，则只在预定的定时器时间内向PI控制器110提供变换的PI信息。

变换信息提供器132提供变换的增益和变换的积分时间常数。因为在第一和第二转移时间可以不同地设置变换的PI信息，变换信息提供器132包括第一和第二变换信息提供器1321和1322。

从信息提供器131提供的增益和积分时间常数是预设为根据反应堆功率而变化的值。然而，从变换信息提供器132提供的变换增益和变换积分时间常数是预设为随时间而不是随反应堆功率而变化的值。

图9和图10是分别示出了相对于定时器经过时间的变换增益和变换积分时间常数的曲线。

只有当具有确定的恒定(可变)时间的定时器131操作时，将图9和图10所示的变换增益和变换积分时间常数提供给PI控制器110。在定时器131的操作完成之后，将从信息提供器120提供的增益和积分时间常数提供给PI控制器110。只在转移时间时在定时器131的恒定定时器时间内应用该逻辑，并且定时器131的操作条件只限于下水管给水阀和节水器给水阀达到转移功率(与约20％相对应的反应堆功率)的时刻。

变换的增益、变换的积分时间常数和定时器时间不局限于图9和图10曲线的实施例，而是可以适当地设置以控制转移时间时蒸汽发生器水位增加或降低的程度。

图11和图12是分别示出了本发明在第一和第二转移时间时的效果的曲线。

在图11和图12中，情况A是示出了当信息提供器120向PI控制器110提供包括增益和积分时间常数的PI信息时蒸汽发生器的给水水位变化的曲线。情况B是示出了当信息变换器130在转移时间时只在预定的定时器时间内向PI控制器110提供包括变换增益和变换积分时间常数的变换PI信息时蒸汽发生器的给水水位变化的曲线。

参考图11和图12，在情况B，迅速应对了在第一和第二转移时间时蒸汽发生器水位的增加或降低，以减轻蒸汽发生器水位的过流现象。因此，减小了由转移时间时蒸汽发生器水位的过度变化而引起的反应堆停止的可能性，以减轻操作者的负担并且改善核电站的操作速度和经济可行性。

如上所述，根据本发明，在反应堆功率在低功率段和高功率段之间的转移时间，减轻了蒸汽发生器水位的过流现象。因此，减小了由于蒸汽发生器水位的过流现象引起的反应堆停止的可能性，以减轻操作者负担，并且改善核电站的操作速率和经济可行性。

尽管已经参考本发明示例实施例具体地示出和描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该理解的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种变化。

Claims (5)

1.一种控制主给水泵和主给水控制阀的***，以控制核电站的蒸汽发生器水位，所述主给水控制阀包括下水管给水阀和节水器给水阀，所述***包括：

比例积分控制器，所述比例积分控制器对于根据蒸汽发生器水位和蒸汽发生器的水位设置点之间的偏差而产生的补偿蒸汽发生器误差信号执行比例积分操作，并根据比例积分操作的结果产生流需求信号；

功率确定器，所述功率确定器在低功率段和高功率段之间确定反应堆功率所属的功率段，并确定当所确定的功率段发生转移时的转移时间；

主给水控制器，所述主给水控制器根据所述流需求信号和所确定的功率段产生主给水控制信号，用于控制所述主给水泵和所述主给水控制阀；

信息提供器，所述信息提供器提供比例积分信息，所述比例积分信息包括根据反应堆功率设置的增益和积分时间常数；以及

信息变换器，所述信息变换器向所述比例积分控制器提供比例积分信息，并且在转移时间时只在预定的定时器时间内向所述比例积分控制器提供变换的比例积分信息，所述变换的比例积分信息包括变换的增益和变换的积分时间常数。

2.根据权利要求1所述的***，其中所述信息变换器包括：

变换信息提供器，所述变换信息提供器向所述比例积分控制器提供变换的增益和变换的积分时间常数；以及

第一定时器，所述第一定时器向所述比例积分控制器提供比例积分信息，并且在所述转移时间从低功率段转移到高功率段时的第一转移时间时，只在预定的第一定时器时间内向所述比例积分控制器提供所述变换的比例积分信息。

3.根据权利要求1所述的***，其中所述信息变换器包括：

变换信息提供器，所述变换信息提供器向所述比例积分控制器提供变换的增益和变换的积分时间常数；以及

第二定时器，所述第二定时器向所述比例积分控制器提供比例积分信息，并且在所述转移时间从高功率段转移到低功率段时的第二转移时间时，只在预定的第二定时器时间内向所述比例积分控制器提供所述变换的比例积分信息。

4.根据权利要求1所述的***，其中将所述变换的增益设置为比根据反应堆功率设置的增益大的值，并且将所述变换的积分时间常数设置为比根据反应堆功率设置的积分时间常数小的值。

5.根据权利要求4所述的***，其中所述变换的增益和所述变换的积分时间常数随定时器时间而变化。