AP1000蒸汽发生器给水调节浅析

1.0 AP1000蒸汽发生器给水控制系统控制功能给水控制系统在较宽的范围内，在不需要操纵员干预的情况下，提供有效的给水控制。

它受控于高功率模式和低功率模式。

在低功率模式下，给水控制系统根据蒸汽发生器窄量程液位测量值偏离蒸汽发生器液位窄量程液位设定值的大小来控制主给水调节阀和启动给水控制调阀。

另外，宽量程蒸汽发生器液位测量值偏离额定液位作为前馈来改善控制性能，因为在低功率模式下很难对蒸汽流量进行测量。

在高功率模式下，根据蒸汽和给水流量的偏离量来调节给水流量。

低功率模式和高功率模式的切换是根据测得的给水流量是否超过设定的阈值来决定。

1.1 窄量程液位调节器（低功率模式）设置窄量程液位调节器（低功率模式）的目的是用来保持和恢复蒸汽发生器窄量程液位在窄量程液位设定值。

电站的功率水平给出了蒸汽发生器窄量程液位设定值，电站功率水平由汽机冲动级的压力决定。

经过筛选蒸汽发生器的窄量程液位通过一个滤波器，这个滤波器是用来修正蒸汽压力波动带来的扰动，再通过一个超前/滞后补偿单元，然后与蒸汽发生器窄量程设定值进行比较得到一个控制偏差信号。

蒸汽发生器窄量程液位偏差信号然后通过一个增益环节放大，这个增益环节系数根据来响应压力来变化，从而响应下降（启动或者停闭）操作，直到蒸汽发生器液位偏差回复到0。

蒸汽发生器窄量程液位偏差信号随后送入一个PID 调节器。

PID 调节器的输出叠加一个宽量程液位偏离来得到给水流量需求。

1.2 窄量程液位调节器（高功率模式）在高功率模式下，当蒸汽流量及给水流量测量变得可行时，高功率模式下的窄量程液位调节器将投入工作。

给水需求量由蒸汽发生器窄量程液位偏差信号以及一个汽水失配来得到。

高功率下的蒸汽发生器窄量程液位控制偏差与低功率下是类似的。

窄量程液位控制偏差信号然后叠加经过微分滞后环节后的汽水失配信号。

这个汽水失配误差信号经过一个增益环节进行调节，这个增益值f （x ）6随着汽水失配误差信号减少而减少。

窄量程液位偏差信号叠加汽水失配偏差误差信号后传递到一个PID 调节器，调节器的增益系数和积分系数是蒸汽流量的函数。

最后输出的是高功率给水流量需求。

1.3 给水流量需求计算（APP-PLS-J1-141）1) 低功率模式给水需求（窄量程液位调节器（低功率模式））低功率模式下的给水需求信号如图1所示，由于在低功率模式下，主控制偏差是蒸汽发生器的窄量程液位偏差信号。

由于在低功率模式下精确测量蒸汽流量是不可行的，所以采用了宽量程的液位偏差信号作为前馈信号，用来改善控制性能。

蒸汽发生器窄量程液位偏差信号是蒸汽发生器窄量程液位设定值－蒸汽发生器窄量程液位测量值得到的。

蒸汽发生器窄量程设定值由以下方式计算得到的：通过汽轮机冲动级压力的３个测点经过信号筛选、滤波后，经过以下算式计算得到汽轮机功率：2210)()(TP A TP A A P TU ++=式中P TU 为汽轮机功率；A 0 A 1 A 2为预先设定的系数；TP 为汽轮机冲动级压力。

宽量程汽轮机冲动室压力ＳＧ窄量程液位低功率模式给水需求图1得到的汽轮机功率经过一个函数转换成蒸汽发生器液位给定值，这个函数如图2：图2A 点为蒸汽发生器液位最高定值；B 点为零负荷状态下蒸汽发生器液位定值；C 点为液位定值变为A 时的汽轮机最小功率。

由液位定值计算模块转换得到的蒸汽发生器液位定值送到一个定值选择模块，通过这个模块可以实现了手动输入定值或者程序液位定值的选择。

蒸汽发生器液位定值减去窄量程液位测量值得到窄量程液位控制偏差。

C 汽轮机功率液位给定值窄量程液位控制偏差乘以一个蒸汽压力函数f （x ）12，然后通过一个预先设置的增益补偿后，最后经过一个PID 环节，最后与蒸汽发生器宽量程液位偏差相累加，即得到低功率模式下的蒸汽发生器给水流量需求。

PID 环节的传递函数中的系数由给水温度来计算得到，如图3所示，当通过主给水管线给水时，用主给水温度来计算相应的PID 环节系数，当通过启动给水管线来给水时，用启动给水温度来计算相应的系数。

图3PID 的传递函数可由如下式所示：)11(555454s K ττ++PID 传递函数τ54和K 54可分别由函数关于给水温度的函数f （x ）1和f （x ）2计算得到；τ55为已设定的微分系数。

2) 高功率模式下给水需求如图4所示，液位调节器的主控制偏差仍然是窄量程液位偏差信号，之后叠加汽水失配偏差信号来改善调节系统调节性能。

启动给水主给水汽轮机冲动室压力ＳＧ窄量程液位蒸汽流量号主给水流量传感器压差（高量程）高功率模式给水需求图4高功率模式液位偏差信号生成过程与低功率模式类似，由汽轮机冲动级压力计算得到的程序液位给定值或者操纵员手动输入定值，减去窄量程液位测量值经过滞后环节和一个超前滞后环节后得到的值。

超前滞后环节的传递函数如下式所示：ss 626111ττ++得到的液位偏差乘以一个主给水温度修正系数，这个系数由主给水温度相关的函数f （x ）5计算得到。

修正后的液位偏差经过一个分段的线性函数进行补偿修正后得到最终的液位控制偏差。

主给水流量W F 通过测得的主给水的压差d/p,通过如下公式计算得到。

p d K W F /44=式中，K 44为转换因数。

蒸汽流量测量，通过蒸汽流量传感器测得的压差，并结合蒸汽压力进行补偿计算得到。

计算公式如下：p d p K p p d W S /*)(),/(56ρ=式中，K 56为转换因数；p 为蒸汽压力；ρ（p ）为p 压力下的蒸汽密度；d/p 为蒸汽压差。

蒸汽流量减去给水流量为汽水失配量，通过一个微分滞后环节，后经过补偿环节f （x ）6与窄量程液位偏差信号叠加，最后通过一个PID 调节器得到高功率水平下的给水流量需求，PID 调节器的传递函数的系数由蒸汽流量通过相应的函数来计算得到的。

3) 高低功率模式下给水需求的切换高低功率下的给水需求在两个模式间的计算输出切换是由流量决定的。

可以看到，当主给水流量高于一定值时，FB 输出1，选择开关选择1，高功率模式给水需求通过选择开关输出；当主给水流量低于给定值减去回差，则低功率模式给水需求作为给水流量需求输出。

如图5所示。

图51.4 主给水与启动给水模式的选择给水通道的选择逻辑如图6所示，由图中逻辑可知，以下从机组升负荷和机组降负荷过程来解释主给水模式和启动给水模式的选择逻辑。

当升负荷过程中，初始由启动给水路径给SG 供给给水，当启动给水流量大于设定值后，延时输出高电平到RS 触发器的S 端，由图6所示，RS 触发器是R 优先，但此时R 端为0，所以此时RS 触发器将输出1，即主给水路径被选择，可知由于给水流量的增大到某个值，启动给水路径将切换至主给水。

由启动给水管线转换至主给水管线供水切换过程，只有当主给水调阀和启动给水调阀都处于自动模式下才会自动动作，否则将被闭锁。

在降负荷过程中，当主给水流量测量值小于一定值，同时此时RS 触发器输出1时（即此时是由主给水给蒸汽发生器供水时），将延时通过一个或门向RS 触发器输出1，RS 触发器是R 优先，所以RS 触发器输出0，转为由启动给水向蒸汽发生器供水。

这个转换过程，也要求主给水调阀和启动给水调阀处于自动模式下。

从图中可知，当出现停堆信号或者启动给水泵启动信号都会触发停止通过主给水给水通道给水而转由启动给水调阀供水。

图6主给水流量（高量程）低功率模式给水需求高功率模式给水需求给水需求主给水流量（低量程）启动给水流量停启动给管线供水1.5 给水调阀阀位需求计算阀位需求计算逻辑如图7所示。

可知，主给水路径被选择信号传到选择开关模块时，选择开关将选择1，即给水流量通过图中左边通道进入主给水调阀阀位计算模块，得到阀位值C vm ，图中右通道选择模块直接选择0值向下传递，主给水调阀通道通过一个自动/手动切换单元，实现给水调阀的阀位控制手动和自动的切换；如果选择调阀自动模式是，阀位计算值传递至另一个选择开关模块，这个模块的选择信号来自RTVO 。

正常情况下，RTVO 输出为0，即选择开关直接选择0位，即阀位值计算值直接向下传递输出；当RTVO 到来时，选择开关选择1位，阀位信号将输出0。

当主给水路径不被选择时，图中左边通道，即主给水调阀阀位计算通道将输出0。

右边通道，将通过选择开关打到0处，输入给水流量需求信号，随后通过启动给水调阀阀位计算模块，得到阀位值C vs ，其下输出过程类似主给水调阀阀位计算通道，不同点在于RTVO 信号在第二个选择开关起作用时，RTVO 信号到来的同时当蒸汽发生器窄量程液位低于一定值时才对选择开关选择信号输入1，使选择开关选择1位，向下传递预先设定的阀位值而不是计算得来的阀位需求值。

RTVO 是反应堆停堆信号产生的，用来提供在反应堆停堆后实现对蒸汽发生器的充注。

当出现反应堆停堆信号时，RTVO 信号产生，此时无论主给水调阀处于手动还是自动状态下，直接向主给水调阀阀位需求信号设为0，即此时停止通过主给水向蒸汽发生器供水，主给水调阀关闭的速度可以设定，当阀门全关后转为手动；当RTVO 信号到来同时蒸汽发生器液位低于一定值时，启动给水调阀阀位开到设定值。

RTVO 信号操纵员可以手动复位。

阀位需求阀阀位需求通过主给水管线给水RTVO窄量程液位偏差大于一-测量值）给水流量需求图7主给水调阀阀位需求值和启动给水调阀阀位需求值同时分别输送到f （x ）11和f （x ）10，对阀位需求信号作1/Cvm 和1/Cvs 反运算，得到相应的给水需求信号，输出两者的流量需求值的和，这个输出作为给水流量需求跟踪值。

流量跟踪值的设定是为了在给水控制系统处于手动或者RTVO 信号作用时，通过操纵员手动输入的阀位需求或者RTVO 需求的阀位需求来计算给水需求流量，使得在恢复自动模式或者RTVO 信号消失后，跟踪值不会突变。

主给水调阀阀位需求经过一个滞后环节与阀位实际测定值进行比较，得到的偏差送入一个比较器，当阀位偏差超过一定的限值时发出报警。

如图8所示。

主给水调阀/阀位需求主给水调阀/启动调阀图81.6 启动给水泵启动信号图9如图9所示，可以看到当任一个蒸汽发生器液位低于L1，或者液位低于L2且给水流量低于设定值时，启动给水泵将启动。

启动给水泵启动将发出信号关闭跨接启动给水路径和主给水路径管线上的阀门FWS-V097。

当1#和2#环路的主给水路径都被选择时，延时也输出关闭FWS-V097。

1#2#1#回路1#回路SG 液位低于L21#回路主给水流量偏差大于F2#回路2#回路SG 液位低于L22#回路主给水流量偏差大于F开启阀门可知，当两个环路都通过主给水向蒸汽发生器供水或者启动给水泵启动将要通过启动给水管线向蒸汽发生器供水时，将发信号关闭跨接阀门FWS-V097；当启动给水泵启动信号一旦消失并且两个回路中一个由启动给水路径给对应蒸汽发生器供水，跨接阀门FWS-V097将立刻开启。