核电厂蒸发器的液位控制方法及系统

摘要

本发明提供一种核电厂蒸发器的液位控制方法，包括如下步骤：当核电厂蒸发器的液位控制系统由手动模式切换到自动模式时，获取液位偏差信号；获取汽水失配信号；根据所述液位偏差信号及所述汽水失配信号计算当前的汽水失配状态；识别所述当前的汽水失配状态为积极作用或者消极作用；当所述汽水失配状态为消极作用时，对所述核电厂蒸发器的液位进行前馈补偿。本发明还提供一种核电厂蒸发器的液位控制系统。本发明提供的核电厂蒸发器的液位控制方法及系统，能够加快蒸发器液位调节速度，减少超调，提高了系统的自动化水平，降低人因失误风险，保证了机组的安全运行。

说明书

【技术领域】

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种核电厂蒸发器的液位控制方法及系统。

【背景技术】

核电厂中，蒸汽发生器(蒸发器)是连接压水堆一、二回路的重要热交换设备，主要功能是把一回路冷却剂从反应堆堆芯带走的热量经蒸发器管壁传给二回路中的水，使之产生蒸汽，带动汽轮机作功，蒸发器水位的高低直接影响出口蒸汽的品质和蒸发器的安全，因此设计了液位阈值报警、跳机跳堆等相关监控和保护措施。

蒸发器的水位调节通过控制进入蒸发器的给水流量来完成，每台蒸发器的正常给水回路设置有两条并列管线，主管线上的主给水调节阀用于高负荷(大于20％FP)运行工况下的水位调节，旁路管线上的旁路调节阀则是应用于低负荷(小于20％FP)及启、停机阶段的运行工况。

在高负荷(大于20％FP)的运行工况下，旁路调节阀(旁路阀)处于全开状态，主给水调节阀(主阀)承担蒸发器液位调节的功能，主阀调节系统包括一个闭环调节通道和一个开环调节通道，闭环调节通道控制器称液位控制器(主调)，输入为二回路总蒸汽负荷表征的蒸发器液位整定值与液位测量值之偏差，输出为给水流量整定值，开环调节通道控制器称流量控制器(副调)，其中主给水流量实测值与校正后的蒸汽流量值相比较产生汽水失配信号，汽水失配信号与液位控制器输出的给水流量整定值经副调处理后输出对应主阀的开度信号。由于汽水失配信号反映水位变化的趋势远比水位偏差灵敏，所以是一种前馈，它的引入大大增加了给水流量的调节速度。

请参阅图1，图1为现有技术中核电厂蒸发器的液位控制方法的过程模拟简图，为实现给水流量调节阀由手动切换至自动的无扰切换，蒸发器液位控制系统设计了复制回路，液位控制方法具体为：在高负荷(大于20％FP)运行工况下，当主阀在手动模式时，此时，复制回路选择模块打到位置2，复制汽水失配信号，液位控制器(主调)在开环状态(即跟踪模式)，主调跟踪输出汽水失配信号，使得流量控制器(副调)输入偏差信号始终为0；主阀在手动模式时，副调也在开环状态(跟踪模式)，副调跟踪输出主阀手动指令；主阀由手动模式切到自动模式时，主调切到闭环状态(即自动运算模式)，输出在切换时汽水失配信号的基础上开始进行运算，输出信号为汽水失配信号+自动运算信号，其作为副调的负向输入；然而，主阀由手动模式切到自动模式时，副调也切到闭环状态(即自动运算模式)，正向输入的汽水失配信号(即前馈信号)被主调输出的信号抵消，从而无法发挥对汽水失配进行快速调节的前馈作用，蒸发器的液位主要依靠主调的作用进行调节，导致调节迟钝。

因此，现有的核电厂蒸发器液位控制系统复制回路的设计，均存在手动模式切换自动模式时前馈信号被抵消，进而失去对汽水失配快速调节的前馈作用，导致出现了液位调节迟钝的问题，在各核电基地也均出现过操作员手动干预蒸发器液位调节投自动后，液位调节迟钝、超调过大而引发机组运行事件，甚至产生跳机、跳堆等严重后果，给机组运行带来很大风险。

鉴于此，实有必要提供一种新型的核电厂蒸发器的液位控制方法及系统以克服上述缺陷。

【发明内容】

本发明的目的在于：提供一种核电厂蒸发器的液位控制方法及系统，能够加快蒸发器液位调节速度，减少超调，提高了系统的自动化水平，降低人因失误风险，保证了机组的安全运行。

为了实现上述发明目的，第一方面，本发明提供一种核电厂蒸发器的液位控制方法，包括如下步骤：当核电厂蒸发器的液位控制系统由手动模式切换到自动模式时，获取液位偏差信号；获取汽水失配信号；根据所述液位偏差信号及所述汽水失配信号计算当前的汽水失配状态；识别所述当前的汽水失配状态为积极作用或者消极作用；当所述汽水失配状态为消极作用时，对所述核电厂蒸发器的液位进行前馈补偿。

在一个优选实施方式中，所述当所述汽水失配状态为消极作用时，对所述核电厂蒸发器的液位进行前馈补偿的步骤，还包括如下步骤：将流量控制器切换至闭环状态；将复制回路中复制的所述汽水失配信号调节为复制信号0％FFR；将所述核电厂蒸发器的液位控制系统由手动模式切换到自动模式的自动模式信号延时预定时间后发送至所述液位控制器；所述液位控制器在延时的预定时间内，跟踪输出所述复制信号0％FFR；所述复制信号0％FFR进入所述流量控制器后，将所述汽水失配信号调节至平衡状态；所述液位控制器在预定时间后接收所述自动模式信号，并根据所述平衡状态的汽水失配信号运算所述核电厂蒸发器的液位。

在一个优选实施方式中，所述液位偏差信号为所述蒸发器的液位测量值与液位整定值的差值。

在一个优选实施方式中，所述汽水失配信号为所述蒸发器的蒸汽流量与主给水流量的差值。

在一个优选实施方式中，所述汽水失配状态为所述液位偏差信号与所述汽水失配信号的乘积值。

在一个优选实施方式中，当所述乘积值小于零，则识别当前汽水失配状态为消极作用。

在一个优选实施方式中，所述预定时间为10秒。

第二方面，本发明还提供一种核电厂蒸发器的液位控制系统，包括：第一获取模块，用于当核电厂蒸发器的液位控制系统由手动模式切换到自动模式时，获取液位偏差信号；第二获取模块，用于获取汽水失配信号；计算模块，用于根据所述液位偏差信号及所述汽水失配信号计算当前的汽水失配状态；识别模块，用于识别所述当前的汽水失配状态为积极作用或者消极作用；及补偿模块，用于当所述汽水失配状态为消极作用时，对所述核电厂蒸发器的液位进行前馈补偿。

在一个优选实施方式中，所述补偿模块包括：切换单元，用于将流量控制器切换至闭环状态；调节单元，用于将复制回路中复制的所述汽水失配信号调节为复制信号0％FFR；延时单元，用于将所述核电厂蒸发器的液位控制系统由手动模式切换到自动模式的自动模式信号延时预定时间后发送至所述液位控制器；输出单元，用于所述液位控制器在延时的预定时间内，跟踪输出所述复制信号0％FFR；平衡单元，用于所述复制信号0％FFR进入所述流量控制器后，将所述汽水失配信号调节至平衡状态；及运算单元，所述液位控制器在预定时间后接收所述自动模式信号，并通过所述运算单元根据所述平衡状态的汽水失配信号运算所述核电厂蒸发器的液位。

在一个优选实施方式中，所述计算模块为乘法模块。

相比于现有技术，本发明提供的核电厂蒸发器的液位控制方法及系统，当由手动模式切换至自动模式时，能够根据液位偏差信号和汽水失配信号识别当前汽水失配状态是积极作用还是消极作用(即定性识别)，并针对消极作用的汽水失配状态对其进行自动前馈补偿(即定量调节)，快速将汽水失配调节至平衡状态，预定时间后再将主调投入闭环状态，最终达到加快蒸发器液位调节速度、减少超调的目的，提高了系统的自动化水平，降低人因失误风险，保证了机组的安全运行。

为使发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有技术中核电厂蒸发器的液位控制方法的过程模拟简图；

图2为本发明提供的核电厂蒸发器的液位控制方法的流程图；

图3为本发明提供的核电厂蒸发器的液位控制方法的过程模拟简图；

图4为本发明提供的核电厂蒸发器的液位控制方法的步骤S50的子步骤流程图；

图5为本发明提供的核电厂蒸发器的液位控制系统的原理框图；

图6为本发明提供的核电厂蒸发器的液位控制系统的补偿模块的原理框图。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2，其为本发明提供的核电厂蒸发器的液位控制方法的流程图。所应说明的是，本发明的方法并不受限于下述步骤的顺序，且其他实施例中，本发明的方法可以只包括以下所述步骤的其中一部分，或者其中的部分步骤可以被删除。

请结合图2及图3，图3为本发明提供的核电厂蒸发器的液位控制方法的过程模拟简图。可以理解，在图1及图3中，MU代表乘法功能块；ZO代表加法功能块；GD代表函数发生器；RG代表控制器，具体的，402RG为流量控制器，401RG为液位控制器；XU代表阈值模块。

本发明提供的核电厂蒸发器的液位控制方法，包括如下步骤：

步骤S10：当核电厂蒸发器的液位控制系统由手动模式切换到自动模式时，获取液位偏差信号。具体的，所述液位偏差信号为所述蒸发器的液位测量值与液位整定值的差值，本实施方式中，液位整定值由二回路蒸汽负荷经过函数发生器进行表征；液位偏差信号还与给水温度校正系数进行相乘，以对其实现校正。

步骤S20：获取汽水失配信号。具体的，所述汽水失配信号为所述蒸发器的蒸汽流量与主给水流量的差值，本实施方式中，蒸汽流量通过蒸汽压力的校正单元校正后再与主给水流量进行作差运算，以提高精确度。

步骤S30：根据所述液位偏差信号及所述汽水失配信号计算当前的汽水失配状态。具体的，所述汽水失配状态为所述液位偏差信号与所述汽水失配信号的乘积值，计算过程即将汽水失配信号(蒸汽流量-主给水流量)与蒸发器液位偏差信号(液位测量值-液位整定值)相乘，得出乘积值，该乘积值即代表当前的汽水失配状态。

步骤S40：识别所述当前的汽水失配状态为积极作用或者消极作用。具体的，当所述乘积值小于零，表示保持当前汽水失配状态将使蒸发器液位更加偏离整定值，则识别当前汽水失配状态为消极作用，如所述乘积值大于零，表示保持当前汽水失配状态将使蒸发器液位更加接近整定值，则判断当前汽水失配状态为积极作用。

步骤S50：当所述汽水失配状态为消极作用时，对所述核电厂蒸发器的液位进行前馈补偿。可以理解，消极作用的汽水失配状态将使蒸发器液位更加偏离整定值，为了将汽水失配调节至平衡状态，需要进行前馈补偿。如判断当前汽水失配状态为积极作用，则不进行前馈补偿。

进一步地，请结合图3及图4，图4为本发明提供的核电厂蒸发器的液位控制方法的步骤S50的子步骤的流程图。具体的，步骤S50还包括如下子步骤：

步骤S501：将流量控制器切换至闭环状态，闭环状态也即自动运算模式。

步骤S502：将复制回路中复制的所述汽水失配信号调节为复制信号0％FFR。具体的，将复制回路的选择模块打到位置1，即由手动模式切换为自动模式，并产生自动模式信号。

步骤S503：将所述核电厂蒸发器的液位控制系统由手动模式切换到自动模式的自动模式信号延时预定时间后发送至所述液位控制器。具体的，所述预定时间为10秒。

步骤S504：所述液位控制器在延时的预定时间内，跟踪输出所述复制信号0％FFR。具体的，自动模式信号延时10秒送至液位控制器(主调)，使其依然保持开环状态(即跟踪模式)，跟踪输出所述复制信号0％FFR。

步骤S505：所述复制信号0％FFR进入所述流量控制器后，将所述汽水失配信号调节至平衡状态。具体的，0％FFR进入副调后将快速调节汽水失配信号至平衡状态，达到前馈补偿的目的。

步骤S506：所述液位控制器在预定时间后接收所述自动模式信号，并根据所述平衡状态的汽水失配信号运算所述核电厂蒸发器的液位。具体的，手动模式切换自动模式10秒后，自动模式信号送至主调，此时主调也进入闭环状态(即自动运算模式)，开始运算液位偏差信号。

图3所示的核电厂蒸发器的液位控制方法的具体过程如下：当汽水失配信号(蒸汽流量-主给水流量)与蒸发器液位偏差信号(液位测量值-液位整定值)相乘，如乘积值小于0，表示保持当前汽水失配状态将使蒸发器液位更加偏离整定值，则判断当前汽水失配状态为消极作用，此时XU输出为1；如乘积值大于0，表示保持当前汽水失配状态将使蒸发器液位更加接近整定值，则判断当前汽水失配状态为积极作用，此时XU输出为0。KU打手动模式时，输出为0，打自动模式时，输出为1；KU由手动切到自动时，流量控制器(副调)立即切到闭环状态(自动运算模式)，复制回路选择模块打到位置1，复制信号由汽水失配信号切至0％FFR。如手自动切换后，XU输入为0(积极状态)，则自动模式信号立即送至液位控制器(主调)，使得主调迅速切到闭环状态，无需前馈补偿；如手自动切换后，XU输出为1(消极状态)，则自动模式信号在XU输出变为0时(10秒内)或延时10秒送至液位控制器(主调)，使其手自动切换后一段时间内(不超过10s)依然保持开环状态(跟踪模式)，输出跟踪复制回路信号0％FFR，0％FFR进入副调后将快速调节汽水失配信号至平衡状态，达到前馈补偿的目的。

为了验证本发明提供的核电厂蒸发器的液位控制方法的技术效果，以阳江核电厂4号机组50％FP功率平台TP RRC 56(反应堆控制系统高流量下蒸发器水位与流量控制闭环回路试验)在2号蒸发器和3号蒸发器试验为说明：

(1)对比例(即图1的方案在2号蒸发器中应用)：试验开始前2号蒸发器液位在0米左右，液位控制器(主调)输出在0％FFR左右，将主给水流量调节阀4ARE032VL打到手动状态后，将开度由24.54％增加至27.5％，给水流量由838.7t/h左右迅速上升至931.9t/h左右，产生汽水失配信号，汽水失配信号约为-4.50％FFR，主调输出跟踪复制回路信号(即此时汽水失配信号)，当液位由0米上升至0.18米(5％)时，将主阀由手动投自动，此时，主调输出在液位偏差的作用下迅速响应，主阀开度迅速下降至23.17％后逐步回调稳定，但由于主调在手自动切换时的计算基准为汽水失配信号(约-4.50％FFR)，导致前馈作用被抵消，进而导致蒸发器液位调节非常迟钝，整个调节过程约35分钟。

(2)实施例(即图1的方案在2号蒸发器中应用)：试验开始前3号蒸发器液位在0米左右，液位控制器(主调)输出在0.13％FFR左右，将主给水流量调节阀4ARE033VL打到手动状态后将开度由23.04％增加至26.0％，给水流量由841t/h左右迅速上升至916t/h左右，产生汽水失配，汽水失配信号约为-4.09％FFR，主调输出跟踪复制回路信号(汽水失配信号)，当液位由0米上升至0.18米(5％)时，将主阀开度手动降至初始开度23.04％，主给水流量迅速下降，汽水流量恢复平衡，汽水失配信号趋近于0，主调的输出也接近0(此时，主调依然复制汽水失配信号)，10秒后将主阀由手动投自动，主阀开度由23％迅速下降至19.71％后逐步回调稳定，整个调节过程非常迅速，不到5分钟。

由对比例及实施例的试验结果可知，本发明提供的核电厂蒸发器的液位控制方法，当由手动模式切换至自动模式时，实施例的方案蒸发器的液位调节速度快，减小了超调，保证了机组的安全运行。

因此，本发明提供的核电厂蒸发器的液位控制方法，当由手动模式切换至自动模式时，能够根据液位偏差信号和汽水失配信号识别当前汽水失配状态是积极作用还是消极作用(即定性识别)，并针对消极作用的汽水失配状态对其进行自动前馈补偿(即定量调节)，快速将汽水失配调节至平衡状态，预定时间后再将主调投入闭环状态，最终达到加快蒸发器液位调节速度、减少超调的目的，提高了系统的自动化水平，降低人因失误风险，保证了机组的安全运行。

请参阅图5，本发明还提供一种核电厂蒸发器的液位控制系统100，包括第一获取模块10，用于当核电厂蒸发器的液位控制系统由手动模式切换到自动模式时，获取液位偏差信号；第二获取模块20，用于获取汽水失配信号；计算模块30，用于根据所述液位偏差信号及所述汽水失配信号计算当前的汽水失配状态；识别模块40，用于识别所述当前的汽水失配状态为积极作用或者消极作用；及补偿模块50，用于当所述汽水失配状态为消极作用时，对所述核电厂蒸发器的液位进行前馈补偿。具体的，所述计算模块30为乘法模块。

进一步地，请参阅图6，所述补偿模块50包括：切换单元501，用于将流量控制器切换至闭环状态；调节单元502，用于将复制回路中复制的所述汽水失配信号调节为复制信号0％FFR；延时单元503，用于将所述核电厂蒸发器的液位控制系统由手动模式切换到自动模式的自动模式信号延时预定时间后发送至所述液位控制器；输出单元504，用于所述液位控制器在延时的预定时间内，跟踪输出所述复制信号0％FFR；平衡单元505，用于所述复制信号0％FFR进入所述流量控制器后，将所述汽水失配信号调节至平衡状态；及运算单元506，所述液位控制器在预定时间后接收所述自动模式信号，并通过所述运算单元根据所述平衡状态的汽水失配信号运算所述核电厂蒸发器的液位。

需要说明的是，本发明提供的核电厂蒸发器的液位控制方法的所有实施例均适用于本发明提供核电厂蒸发器的液位控制系统100，且均能够达到相同或相似的有益效果。

综上，本发明提供的核电厂蒸发器的液位控制方法及系统100，当由手动模式切换至自动模式时，能够根据液位偏差信号和汽水失配信号识别当前汽水失配状态是积极作用还是消极作用(即定性识别)，并针对消极作用的汽水失配状态对其进行自动前馈补偿(即定量调节)，快速将汽水失配调节至平衡状态，预定时间后再将主调投入闭环状态，最终达到加快蒸发器液位调节速度、减少超调的目的，提高了系统的自动化水平，降低人因失误风险，保证了机组的安全运行。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。