一种钠冷快堆直流蒸发器出口钠温全过程自动控制的方法

技术领域

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种钠冷快堆直流蒸发器出口钠温全过程自动控制的方法。

背景技术

钠冷快堆的冷却剂回路是由一回路主冷却系统、二回路主冷却系统和水/蒸汽(三回路)系统构成。一、二回路主冷却系统是由相互独立的两条环路组成。一回路主冷却系统是将堆芯核裂变产生的热量带出，通过中间热交换器的壳程将热量传输给二回路主冷却系统。二回路主冷却系统在蒸汽发生器模块的壳侧，把热量传输给管侧的水/蒸汽(三回路)系统，产生汽轮机所需要的蒸汽，并将热能转换为动能，带动发电机发电。钠冷快堆热量传导的关键是直流蒸发器出口钠温的控制，他是堆机协调控制的关键一环。快堆直流蒸发器出口钠温很难进行自动控制，主要原因是一、直流蒸汽发生器出口钠温具有很大的惯性环节、滞后性；二是快堆直流蒸汽发生器模块较多、测点多平均温度难控制；三是直流蒸发器内部没有缓冲，当出现给水流量波动或者二回路波动时容易产生震荡；四是直流蒸发器内部流阻在不同功率平台变化较大，在整个系统流阻中占比较大，很难参考压水堆对快堆的水汽母管差压进行控制既而稳定调阀前后差压；五是当发生瞬态工况时直流蒸发器出口钠温波动大，容易发散，很难进行控制；六是快堆直流蒸汽发生器出口温度有过热度保护，当直流蒸汽发生器出口过热度较低时将会隔离相应的蒸汽发生器模块；七是快堆直流蒸汽发生器出口温度在低功率时控制直流蒸汽发生器出口钠温的目标参数值主要为285℃，高功率控制直流蒸汽发生器出口钠温目标参数值为308℃。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种钠冷快堆直流蒸发器出口钠温全过程自动控制的方法，解决了快堆直流蒸发器出口钠温难以控制，容易震荡、发散，堆机无法协调配合的问题，实现了快堆直流蒸发器出口钠温全过程自动控制。

本发明提供了一种钠冷快堆直流蒸发器出口钠温全过程自动控制的方法，包括：控制主给水调节阀前后压差以及通过主给水调节阀对直流蒸发器出口钠温进行控制；

控制主给水调节阀前后压差的方法为：

主给水调节阀前后压差调节回路根据主给水调节阀前后压差设定值与测量值的偏差计算出主给水泵转速的设定值，主给水泵转速调节回路根据计算出的主给水泵转速的设定值，主给水泵转速的设定值与主给水泵转速实测值之差，经过主给水泵转速调节回路控制器计算后输出勺管开度指令，实现主给水泵转速的控制；

通过主给水调节阀对直流蒸发器出口钠温进行控制包括：

根据主给水大阀和主给水小阀的流量特征曲线，拟合成一个总阀；

在低功率下，直流蒸发器出口钠温目标设定值与直流蒸发器出口钠温实测值的偏差经过主调节回路控制器计算出总阀开度指令，由总阀开度指令转换为主给水大阀和主给水小阀的开度指令并驱动相应的阀门，实现主给水流量自动调节；

在高功率或者瞬态情况下，二回路钠泵转速和过热入口钠温通过前馈控制器计算阀门的初始开度；

直流蒸发器出口钠温目标设定值与直流蒸发器出口钠温实测值的偏差经过副调节回路控制器计算出副调输出值；

所述初始开度输出值与副调输出值之和，记为总阀开度指令；

由总阀开度指令转换为大主给水大阀和主给水小阀的开度指令并驱动相应的阀门，实现主给水流量自动调节。

所述控制主给水调节阀前后压差时，

主给水调节阀前后压差调节回路根据主给水调节阀前后压差设定值减去测量值，经过主给水调节阀前后压差调节回路控制器计算后输出主给水泵转速的设定值，控制器计算公式为：

所述主给水泵转速调节回路控制器计算的公式为：

其中K

所述在高功率或者瞬态情况下，

副调节回路控制器计算的公式为：

K

前馈控制器计算的计算公式为；

初始开度＝二环路钠泵转速*(入口钠温-308℃)，初始开度的数值与总阀开度形成函数对应关系。

所述在低功率下，

主调节回路控制器计算的公式为：

其中K

所述主调节回路控制器处于工作状态时，副调节回路控制器处于跟踪模式；

所述副调节回路控制器处于工作状态时，主调节回路控制器处于跟踪模式。

所述总阀开度指令与主给水大阀以及主给水小阀的开度分别形成函数关系F(X)1及F(X)2；

由上述的2个函数关系将总阀开度指令转换为主给水大阀和主给水小阀的开度指令并驱动相应的阀门，实现主给水流量自动调节。

所述总阀开度指令0-35时小阀在调节，总阀指令在35-40之间时，小阀、大阀在重叠区内调节，总阀指令在40-100之间时，小阀已经全开，大阀在调节。

所述低功率为低于28％核功率，所述高功率为28％核功率到100％核功率。

与现有技术相比，本发明的一种钠冷快堆直流蒸发器出口钠温全过程自动控制的方法，具有如下有益效果：

(1)采用钠冷快堆直流蒸发器出口钠温全过程自动控制的技术手段，奠定钠冷快堆堆机协调的基础，增强了钠冷快堆的安全性、稳定性、系统抗扰动性的技术效果；

(2)采用了钠冷快堆直流蒸发器出口钠温前馈控制的技术手段，实现了在瞬态工况下能够将钠冷快堆直流蒸发器出口钠温稳定在要求的范围内，避免瞬态工况恶化为紧急停堆的工况的技术效果；

(3)采用了钠冷快堆直流蒸发器出口钠温前馈控制的技术手段，实现了在紧急停堆下能够将钠冷快堆直流蒸发器出口钠温稳定在要求的范围内，避免正常保护紧急停堆工况恶化为双环路切除紧急停堆工况的技术效果；

(4)采用了主给水流量控制的主给水大阀、主给水小阀通过拟合曲线成总阀对钠冷快堆直流蒸发器出口钠温进行控制的技术手段，实现了主给水流量控制的主给水小阀、主给水大阀自动投切对钠冷快堆直流蒸发器出口钠温进行稳定控制的技术效果；

(5)采用了主给水流量控制的主给水大阀、主给水小阀通过拟合曲线成总阀对钠冷快堆直流蒸发器出口钠温进行控制的技术手段，实现了主给水流量控制的主给水大阀、主给水小阀可以单独进行自动控制或者进行整体自动控制的技术效果；

(6)采用了一种钠冷快堆直流蒸发器出口钠温控制设置主调、副调单个进行控制，同时另一个无扰跟踪的技术手段，实现了钠冷快堆直流蒸发器出口钠温可全过程控制无扰切换的技术效果；

(7)采用了一种二回路钠泵转速、过热器入口钠温计算前馈的技术手段，实现了钠冷快堆直流蒸发器出口钠温全过程自动控制的技术效果。

附图说明

图1表示钠冷快堆三回路水汽回路流程图；

图2表示钠冷快堆主给水泵自动控制主给水调节阀前后压差流程图；

图3表示钠冷快堆直流蒸汽发生器出口钠温全过程自动控制流程图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明的实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明的限制。

快堆二回路为热钠，热钠先经过过热器，再经过直流蒸发器。快堆三回路水汽回路流程图见图1，三回路有两个环路，每个环路各有一套主给水大阀和主给水小阀。以给水泵为起点的工艺流程为：给水泵从除氧器取水，将190℃到210℃的给水送到直流蒸发器中，在直流蒸发器中完成换热后，进入过热器进行换热，随后变成高温高压的蒸汽进入汽轮机中发电。上述整个过程的关键是给水从直流蒸发器、过热器中带有热量，稳定蒸发器出口钠温在308℃(低功率时为285℃)，同时保证直流蒸发器出口过热度大于20℃。

在0％到7％之间核功率，直流蒸发器出口钠温控制的目标值从250℃逐步到285℃，从7％到28％之间核功率，直流蒸发器出口钠温控制的目标值为285℃，28％核功率平台主蒸汽联箱压力升压后，直流蒸发器出口钠温从285℃到308℃，28％核功率到100％核功率，直流蒸发器出口钠温控制的目标值为308℃。瞬态过程中直流蒸发器出口钠温控制的目标值为瞬态前的直流蒸发器出口钠温控制的目标值。

本发明的实施例公开了一种钠冷快堆直流蒸发器出口钠温全过程自动控制的方法，包括：控制主给水调节阀前后压差以及通过主给水调节阀对直流蒸发器出口钠温进行控制；

如图2所示，控制主给水调节阀前后压差的方法为：

主给水调节阀前后压差调节回路根据主给水调节阀前后压差设定值与测量值的偏差计算出主给水泵转速的设定值，

具体为：

所述主给水调节阀前后压差调节回路根据主给水调节阀前后压差设定值减去测量值，经过主给水调节阀前后压差调节回路控制器计算后输出主给水泵转速的设定值，控制器计算公式为：

主给水泵转速调节回路根据计算出的主给水泵转速的设定值，主给水泵转速的设定值与主给水泵转速实测值之差，经过主给水泵转速调节回路控制器计算后输出勺管开度指令，实现主给水泵转速的控制，主水泵转速控制实现了主给水调节阀前后压差控制；

所述主给水泵转速调节回路控制器计算的公式为：

其中K

K

所述主给水调节阀为主给水大阀或者主给水小阀；

主给水泵自动控制所述主给水调节阀前后压差在一个定值，能够有效保证主给水调节阀在最佳的线性调节区间内；

如图3所示，通过主给水调节阀对直流蒸发器出口钠温进行控制包括：

根据主给水大阀和主给水小阀的流量特征曲线，拟合成一个总阀；

在低功率下，直流蒸发器出口钠温目标设定值与直流蒸发器出口钠温实测值的偏差经过主调节回路控制器计算出总阀开度指令，由总阀开度指令转换为主给水大阀和主给水小阀的开度指令并驱动相应的阀门，实现主给水流量自动调节；

所述低功率为低于28％核功率，

主调节回路控制器计算的公式为：

其中K

所述总阀开度指令与主给水大阀以及主给水小阀的开度分别形成函数关系F(X)1及F(X)2；

由上述的2个函数关系将主调输出值转换为主给水大阀和主给水小阀的开度指令并驱动相应的阀门，实现主给水流量自动调节。

如所述总阀开度指令0-35时小阀在调节，总阀指令在35-40之间时，小阀、大阀在重叠区内调节，总阀指令在40-100之间时，小阀已经全开，大阀在调节。

在高功率或者瞬态情况下，二回路钠泵转速和过热入口钠温通过前馈控制器计算阀门的初始开度；

直流蒸发器出口钠温目标设定值与直流蒸发器出口钠温实测值的偏差经过副调节回路控制器计算出副调输出值；

所述初始开度与副调输出值之和，记为总阀开度指令；

由总阀开度指令转换为大主给水大阀和主给水小阀的开度指令并驱动相应的阀门，具体地，总阀开度指令与主给水大阀以及主给水小阀的开度分别形成函数关系F(X)1及F(X)2，实现主给水流量自动调节。

所述高功率为28％核功率到100％核功率。

前馈控制器计算的计算公式为；

初始开度＝二环路钠泵转速*(入口钠温-308℃)，初始开度的数值与总阀开度形成函数对应关系。

副调节回路控制器计算的公式为：

K

当未投入前馈控制时，所述主调节回路控制器处于工作状态，副调节回路控制器处于跟踪模式，跟踪的值＝主调输出值-初始开度输出值，总阀输出值等于主调输出值，若此时前馈控制投入，副调因为之前一直处于跟踪模式，会直接输出主调输出值-初始开度输出值，随后再加初始开度输出值，最终等于主调的输出值，此过程没有扰动；

当投入前馈控制时，所述副调节回路控制器处于工作状态，主调节回路控制器处于跟踪模式，既而总阀输出值等于副调输出值，若此时前馈控制切除，主调因为之前一直处于跟踪模式，会直接输出跟踪时刻的副调的输出值，此过程没有扰动。

当不投入前馈控制时，直流蒸汽发生器出口钠温副调节回路控制器跟踪直流蒸汽发生器出口钠温副调节回路控制器。当投入前馈控制时，直流蒸汽发生器出口钠温副调节回路控制器跟踪直流蒸汽发生器出口钠温副调节回路控制器。通过主调、副调的相互跟踪确保在前馈投入或者切除过程中控制输出上没有扰动。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。