一种核电厂主给水系统及主给水系统控制方法

技术领域

本发明涉及核电厂运行和安全技术领域，更具体地说，涉及一种核电厂主给水系统及主给水系统控制方法。

背景技术

在某类型压水堆核电厂中，主给水系统采用的技术方案为设置三台主给水泵运行，三台主给水泵从冷凝水箱抽水，通过给水加热器送往两台蒸汽发生器。进入每台蒸汽发生器的主给水流量由各自给水管道的主给水调节阀调节控制。

根据核电厂运行经验，主给水泵存在相对较高的故障率。在采用三台主给水泵配置技术方案的核电厂中，如果一台主给水泵发生故障，输送到蒸汽发生器的主给水流量将会减少；如果汽轮机维持满负荷运行(蒸汽流量不变)，由于汽轮机从蒸汽发生器抽汽量大于主给水泵输送到蒸汽发生器的给水量，蒸汽发生器的水位将会降低；持续的水位降低将会触发反应堆保护系统的“蒸汽发生器水位低”紧急停堆信号。为了避免反应堆紧急停堆，该类型核电厂的控制逻辑设置为：检测到一台主给水泵停运信号后，控制系统自动启动汽轮机降负荷运行。汽轮机将快速降负荷至额定值的70％，其抽汽量将重新与剩余两台主给水泵的输送水量达到平衡。在第三台主给水泵修复之前，核电厂将维持70％的负荷运行。这将降低核电厂可用率，导致经济效益受损。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种核电厂主给水系统及主给水系统控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电厂主给水系统，包括：多个主给通路，以及备用通路、给水加热装置、主给水调节装置、蒸汽发生装置、汽轮机和控制装置；

所述主给通路和所述备用通路用于连接一供水装置，且

所述主给通路和所述备用通路依次经所述给水加热装置与所述主给水调节装置连接所述蒸汽发生装置，用于为所述蒸汽发生装置供水；

所述蒸汽发生装置连接所述汽轮机，用于为所述汽轮机提供工作蒸汽；

所述控制装置连接所述主给通路、所述备用通路、所述主给水调节装置和所述汽轮机，用于执行以下过程：

监测所述主给通路的工作状态，在任一所述主给通路发生关断时，触发所述备用通路启动，并触发所述主给水调节装置为最大流量状态；

监测所述备用通路的工作状态，在延时预设时间后判断所述备用通路是否进入正常工作状态，

若是，维持所述汽轮机的当前工作状态，并触发所述主给水调节装置为默认流量状态；

若否，降低所述汽轮机的工作负荷。

优选地，在本发明所述的核电厂主给水系统中，所述主给通路包括：主给水泵、第一回流调节通路和第一止回装置；

所述主给水泵的输入端用于连接所述供水装置，所述主给水泵的输出端连接所述第一回流调节通路的输入端和所述第一止回装置的输入端，所述第一回流调节通路的输出端连接所述供水装置，所述第一止回装置的输出端连接所述给水加热装置的输入端，所述给水加热装置的输出端连接所述主给水调节装置的输入端。

优选地，在本发明所述的核电厂主给水系统中，所述备用通路包括：备用给水泵、第二回流调节通路和第二止回装置；

所述备用给水泵的输入端用于连接所述供水装置，所述备用给水泵的输出端连接所述第二回流调节通路的输入端和所述第二止回装置的输入端，所述第二回流调节通路的输出端连接所述供水装置，所述第二止回装置的输出端连接所述给水加热装置的输入端，所述给水加热装置的输出端连接所述主给水调节装置的输入端；

所述控制装置用于在任一所述主给通路发生关断时，触发所述备用给水泵工作以触发所述备用通路导通。

优选地，在本发明所述的核电厂主给水系统中，所述备用通路还包括电动隔离装置；

所述电动隔离装置的输入端连接所述备用给水泵的输出端，所述电动隔离装置的输出端连接所述第二止回装置的输入端，所述电动隔离装置的控制端连接所述控制装置；

所述控制装置用于在任一所述主给通路发生关断时，触发所述电动隔离装置导通，以触发所述备用通路导通。

优选地，在本发明所述的核电厂主给水系统中，所述控制装置还用于在大于一个主给通路发生关断时，触发生成报警信号。

优选地，在本发明所述的核电厂主给水系统中，所述控制装置还用于在所述主给通路中给水流量降低时，获取所述给水流量的降低程度，以根据所述降低程度控制所述主给水调节装置的流量状态。

优选地，在本发明所述的核电厂主给水系统中，所述核电厂为三代非能动核电厂，所述预设时间为30s。

优选地，在本发明所述的核电厂主给水系统中，所述多个主给通路包括三个主给水通路。

优选地，在本发明所述的核电厂主给水系统中，所述控制装置降低所述汽轮机的工作负荷时，降低所述汽轮机的工作负荷为所述汽轮机额定负荷的70％。

本发明还构造一种核电厂主给水系统控制方法，应用于如上面任意一项所述的核电厂主给水系统；所述控制方法包括：

监测所述主给水系统中的主给通路的工作状态，在任一所述主给通路发生关断时，触发所述主给水系统中的备用通路启动，并触发所述主给水系统中的主给水调节装置为最大流量状态；

监测所述主给水系统中的备用通路的工作状态，在延时预设时间后判断所述备用通路是否进入正常工作状态，

若是，维持所述主给水系统中的汽轮机的当前工作状态，并触发所述主给水系统中的主给水调节装置为默认流量状态；

若否，降低所述汽轮机的工作负荷。

实施本发明的一种核电厂主给水系统及主给水系统控制方法，具有以下有益效果：能够有效提高核电厂可用率，并保证核电厂的运行可靠性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一种核电厂主给水系统一实施例的结构示意图；

图2是本发明一种核电厂主给水系统控制方法一实施例的程序流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，在本发明的一种核电厂主给水系统第一实施例中，包括：多个主给通路110，以及备用通路120、给水加热装置130、主给水调节装置140、蒸汽发生装置150、汽轮机220和控制装置(图中未示出)；所述主给通路110和所述备用通路120用于连接一供水装置210，且所述主给通路110和所述备用通路120依次经所述给水加热装置130与所述主给水调节装置140连接所述蒸汽发生装置150，用于为所述蒸汽发生装置150供水；所述蒸汽发生装置150连接所述汽轮机220，用于为所述汽轮机220提供工作蒸汽；所述控制装置连接所述主给通路110、所述备用通路120、所述主给水调节装置140和所述汽轮机220，用于执行以下过程：监测所述主给通路110的工作状态，在任一所述主给通路110发生关断时，触发所述备用通路120启动，并触发所述主给水调节装置140为最大流量状态；监测所述备用通路120的工作状态，在延时预设时间后判断所述备用通路120是否进入正常工作状态，若是，维持所述汽轮机220的当前工作状态，并触发所述主给水调节装置140为默认流量状态；若否，降低所述汽轮机220的工作负荷。具体的，核电厂主给水系统中，通过设置多个主给通路110从供水装置210中抽取给水并通过给水加热器进行加热，并通过主给水调节装置140根据流量需求开启以控制蒸汽发生装置150的蒸汽量，匹配汽轮机220的工作负荷。并设置备用通路120，其中备用通路120的工作过程通过控制装置控制。其中，主给水系统正常工作时，通过控制装置检测所有主给通路110的工作状态，判断主给通路110是否出现关断。只有在主给通路110出现异常发生关断时，触发备用通路120启动，并同时触发主给水调节装置140为最大流量状态，此时相当于主给水系统进入一个运行瞬态过程，通过设置主给水调节装置140避免核电厂维持满负荷运行时给水流量快速降低，维持在备用通路120启动过程中汽轮机220的工作状态。控制装置同备用通路120的工作状态，并对触发备用通路120启动的时长进行计时，判断延时预设时间后备用通路120是否进入了正常工作状态。即该预设时间为汽轮机220能够维持正常工作的时间。在该预设时间之前包括预设时间备用通路120进行正常工作，此时对汽轮机220工作状态不会造成影响，此时可以维持汽轮机220的当前工作状态，即满负荷运行。同时在备用通路120进入正常工作状态时，调节主给水调节装置140恢复至默认流量状态，即此时不需要设置主给水调节装置140为最大流量状态。若在预设时间之后，备用通路120没有进入正常工作状态，则可以理解为备用通路120接入失败，此时汽轮机220在满负荷条件下带走的蒸汽流量将高于给水流量，蒸汽发生器水位将持续降低直至触发蒸汽发生器低水位信号，导致紧急停堆。因此此时需要降低汽轮机220的工作负荷使得汽轮机220能够工作而不造成紧急停堆。

可选的，所述主给通路110包括：主给水泵111、第一回流调节通路112和第一止回装置113；所述主给水泵111的输入端用于连接所述供水装置210，所述主给水泵111的输出端连接所述第一回流调节通路112的输入端和所述第一止回装置113的输入端，所述第一回流调节通路112的输出端连接所述供水装置210，所述第一止回装置113的输出端连接所述给水加热装置130的输入端，所述给水加热装置130的输出端连接所述主给水调节装置140的输入端。具体的，主给通路110中，通过主给水泵111从供水装置210中抽水，并通过第一回流调节通路112调节主给水泵111出水进入给水加热器的水量，第一止回装置113用来防止水回流。在一实施例中，监测主给通路110的工作状态可以为监测主给水泵111的工作状态，在主给水泵111的转速迅速降低为零时，判断主给通路110发生关断。

可选的，所述备用通路120包括：备用给水泵121、第二回流调节通路122和第二止回装置123；所述备用给水泵121的输入端用于连接所述供水装置210，所述备用给水泵121的输出端连接所述第二回流调节通路122的输入端和所述第二止回装置123的输入端，所述第二回流调节通路122的输出端连接所述供水装置210，所述第二止回装置123的输出端连接所述给水加热装置130的输入端，所述给水加热装置130的输出端连接所述主给水调节装置140的输入端；所述控制装置用于在任一所述主给通路110发生关断时，触发所述备用给水泵121工作以触发所述备用通路120导通。具体的，备用通路120中，通过备用给水泵121从供水装置210中抽水，并通过第二回流调节通路122调节备用给水泵121出水进入给水加热器的水量，第二止回装置123用来防止水回流。在一实施例中，触发备用通路120启动为触发备用水泵启动工作。其中监测备用通路120的工作状态包括监测备用水泵的启动状态。即确认备用水泵的转速是否达到正常要求。

可选的，所述备用通路120还包括电动隔离装置124；所述电动隔离装置124的输入端连接所述备用给水泵121的输出端，所述电动隔离装置124的输出端连接所述第二止回装置123的输入端，所述电动隔离装置124的控制端连接所述控制装置；所述控制装置用于在任一所述主给通路110发生关断时，触发所述电动隔离装置124导通，以触发所述备用通路120导通。具体的，在备用通路120中还设置电动隔离装置124，以防止备用水泵被错误触发启动时备用通路120被打开，提高控制过程的可靠性。其可以理解，当控制装置正常的控制备用水泵启动时，同时会触发电动隔离装置124导通以使得备用通路120被启动，任何一个装置被误触发启动都不会造成备用通路120的导通接入。在一实施例中，电动隔离装置124中包括出口隔离阀，通过控制出口隔离阀导通或关断控制备用通路120的导通或关断。

可选的，所述控制装置还用于在大于一个主给通路110发生关断时，触发生成告警信号。具体的，当控制装置判断有大于一个主给通路110发生关断时，此时无法通过控制装置控制供水系统的工作状态进行故障缓解，将会由蒸汽发生器水位低信号直接触发紧急停堆保护信号。此时直接生成告警进行故障告警。

可选的，所述控制装置还用于在所述主给通路110中给水流量降低时，获取所述给水流量的降低程度，以根据所述降低程度控制所述主给水调节装置140的流量状态。具体的，控制装置还用于在对主给通路110的给水流量进行，当给水流量降低时，获取给水流量的降低程度，根据该降低程度控制主给水调节装置140的流量状态。在一实施例中，其通常设置主给水调节阀正常运行的开度一般在80％左右，如果当主给通路110中主给水泵111性能降低，则对应的主给水调节阀会根据控制信号增加阀门开度增加流量。

可选的，所述核电厂为三代非能动核电厂，所述预设时间为30s。具体的，其中，针对当前主流的三代非能动核电厂，其在汽轮机220在满负荷条件下带走的蒸汽流量将高于给水流量，蒸汽发生器水位将持续降低直至触发蒸汽发生器低水位信号，导致紧急停堆的时间为大于30s，因此可以设置在30s之后判断是否出现备用水泵未进入正常工作状态。其中可以理解，设置备用水泵和出口隔离阀能够在30S以内设置完成，例如。在一实施例中，备用水泵启动到满转速时间约为6秒，出口隔离阀完全打开时间选型设置为5秒。这两个时间均能够满足核电厂维持满负荷运行的给水流量需求。

可选的，所述多个主给通路110包括三个主给水通路。基于当前的三代非能动核电厂，其中主供水系统中设置三个主给谁通路进行正常供水。

可选的，所述控制装置降低所述汽轮机220的工作负荷时，降低所述汽轮机220的工作负荷为所述汽轮机220额定负荷的70％。具体的，控制装置在因为备用通路120不能进入正常工作状态而降低汽轮机220的工作负荷时，降低汽轮机220的工作负荷为汽轮机220额定负荷的70％，以维持核电厂的正常工作。

另，如图2所示，本发明的一种核电厂主给水系统控制方法中，其应用于如上面任意一项所述的核电厂主给水系统；所述控制方法包括：S1、监测所述主给水系统中的主给通路110的工作状态，在任一所述主给通路110发生关断时，触发所述主给水系统中的备用通路120启动，并触发所述主给水系统中的主给水调节装置140为最大流量状态；S2、监测所述主给水系统中的备用通路120的工作状态，在延时预设时间后判断所述备用通路120是否进入正常工作状态，若是，维持所述主给水系统中的汽轮机220的当前工作状态，并触发所述主给水系统中的主给水调节装置140为默认流量状态；若否，降低所述汽轮机220的工作负荷。具体的，核电厂主给水系统中，通过设置多个主给通路110从供水装置210中抽取给水并通过给水加热器进行加热，并通过主给水调节装置140根据流量需求开启以控制蒸汽发生装置150的蒸汽量，匹配汽轮机220的工作负荷。并设置备用通路120，其中备用通路120的工作过程通过控制装置控制。其中，主给水系统正常工作时，通过控制装置检测所有主给通路110的工作状态，判断主给通路110是否出现关断。只有在主给通路110出现异常发生关断时，触发备用通路120启动，并同时触发主给水调节装置140为最大流量状态，此时相当于主给水系统进入一个运行瞬态过程，通过设置主给水调节装置140避免核电厂维持满负荷运行时给水流量快速降低，维持在备用通路120启动过程中汽轮机220的工作状态。控制装置同备用通路120的工作状态，并对触发备用通路120启动的时长进行计时，判断延时预设时间后备用通路120是否进入了正常工作状态。即该预设时间为汽轮机220能够维持正常工作的时间。在该预设时间之前包括预设时间备用通路120进行正常工作，此时对汽轮机220工作状态不会造成影响，此时可以维持汽轮机220的当前工作状态，即满负荷运行。同时在备用通路120进入正常工作状态时，调节主给水调节装置140恢复至默认流量状态，即此时不需要设置主给水调节装置140为最大流量状态。若在预设时间之后，备用通路120没有进入正常工作状态，则可以理解为备用通路120接入失败，此时汽轮机220在满负荷条件下带走的蒸汽流量将高于给水流量，蒸汽发生器水位将持续降低直至触发蒸汽发生器低水位信号，导致紧急停堆。因此此时需要降低汽轮机220的工作负荷使得汽轮机220能够工作而不造成紧急停堆。

可选的，在本发明的一种核电厂主给水系统控制方法中，还包括，在大于一个主给通路110发生关断时，触发生成告警信号。具体的，当控制装置判断有大于一个主给通路110发生关断时，此时无法通过控制装置控制供水系统的工作状态进行故障缓解，将会由蒸汽发生器水位低信号直接触发紧急停堆保护信号。此时直接生成告警进行故障告警。

可选的，在本发明的一种核电厂主给水系统控制方法中，还包括，在所述主给通路110中给水流量降低时，获取所述给水流量的降低程度，以根据所述降低程度控制所述主给水调节装置140的流量状态。具体的，控制装置还用于在对主给通路110的给水流量进行，当给水流量降低时，获取给水流量的降低程度，根据该降低程度控制主给水调节装置140的流量状态。在一实施例中，其通常设置主给水调节阀正常运行的开度一般在80％左右，如果当主给通路110中主给水泵111性能降低，则对应的主给水调节阀会根据控制信号增加阀门开度增加流量。

可选的，在本发明的一种核电厂主给水系统控制方法中，还包括，降低所述汽轮机220的工作负荷时，降低所述汽轮机220的工作负荷为所述汽轮机220额定负荷的70％。具体的，控制装置在因为备用通路120不能进入正常工作状态而降低汽轮机220的工作负荷时，降低汽轮机220的工作负荷为汽轮机220额定负荷的70％，以维持核电厂的正常工作。

本发明中，通过在“三运零备”类型核电厂现有主给水系统中增设一台备用的主给水泵111，并配置合理可行的启动和控制逻辑，保证该备用泵能够在一台运行给水泵故障的场景中，提供及时和足够的给水流量，维持核电厂在满负荷状态持续运行。此外，当主给水泵111误启动时，由于出口电动隔离阀为常闭阀，额外的给水流量将无法进入给水加热器。

本发明同时也考虑了备用泵启动失败的应对策略。在极端的情况下，一台运行的主给水泵111发生故障，备用泵也无法按要求启动。此时核电厂需要转变运行策略：从保满负荷运行转换为避免紧急停堆。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。