吳愛民　李志軍

【摘要】在電站正常運(yùn)行和事故工況，一回路壓力控制是機(jī)組控制的核心內(nèi)容之一。通過對CAP1000和CPR1000機(jī)組在各種工況下一回路壓力控制方式和手段的對比分析，能夠更加全面了解CAP1000和CPR1000機(jī)組的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對CAP1000機(jī)組作為第三代壓水堆的安全性和先進(jìn)性有更深入的理解。

【關(guān)鍵詞】壓力控制；水實(shí)體；穩(wěn)壓器雙相；事故工況

1.引言

CAP1000和CPR1000機(jī)組作為1000MW級壓水堆代表堆型，在一回路壓力控制方面有很多相似之處。本文將分別從一回路水實(shí)體工況、一回路雙相運(yùn)行工況和事故工況三個(gè)方面對CAP1000和CPR1000機(jī)組的一回路壓力控制進(jìn)行對比分析。

2.一回路水實(shí)體工況

在機(jī)組啟動(dòng)初期和停運(yùn)后期的一回路水實(shí)體工況，主要通過控制流出一回路的冷卻劑的流量控制一回路壓力。

CAP1000機(jī)組通過化學(xué)與容積控制系統(tǒng)（CVS）的下泄流量控制閥控制一回路的壓力。在一回路水實(shí)體工況，控制信號來自下泄管線測量的壓力信號，通常維持在2.15MPa；在下泄控制出現(xiàn)異常時(shí)，主控觸發(fā)下泄壓力高/低報(bào)警，當(dāng)壓力低于1.86MPa時(shí)，發(fā)出停反應(yīng)堆冷卻劑泵的信號。

在CPR1000機(jī)組中，通過化學(xué)容積控制系統(tǒng)（RCV）下泄流量調(diào)節(jié)閥來控制一回路的壓力，控制信號來自RCP037MP測出的壓力信號，壓力整定值由操縱員手動(dòng)設(shè)定，通常維持在2.4MPa至2.8MPa。在主泵運(yùn)行時(shí)，當(dāng)一回路壓力下降到2.3MPa，主控會觸發(fā)“主泵運(yùn)行且一回路壓力低低報(bào)警”，需要操縱員手動(dòng)停運(yùn)主泵。

在CPR1000機(jī)組中，運(yùn)行主泵的1號軸封裝置的壓差必須大于1.4 MPa，對應(yīng)的一回路壓力必須維持在2.4MPa以上，否則主泵1號軸封的動(dòng)靜環(huán)的水膜無法建立，可能導(dǎo)致主泵軸封磨損。同時(shí)，由于主泵無法調(diào)頻，主泵的汽蝕余量要求較高，因此，在水實(shí)體工況，對一回路壓力控制要求更高。

在CAP1000機(jī)組中，主泵軸封的動(dòng)靜環(huán)的水膜建立通過控制主泵轉(zhuǎn)速或倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速來保證，同時(shí)由于主泵可以調(diào)頻，對汽蝕余量要求相對較低，因此，通過控制下泄管線的壓力，間接控制一回路壓力。

3.一回路雙相工況

在機(jī)組運(yùn)行中發(fā)生的運(yùn)行瞬態(tài)，將使反應(yīng)堆產(chǎn)生的功率和二回路的輸出功率之間產(chǎn)生不平衡（不匹配），這將導(dǎo)致環(huán)路中和反應(yīng)堆內(nèi)的冷卻劑熱脹冷縮。這種由于體積變化而產(chǎn)生的壓力波動(dòng)通過穩(wěn)壓器壓力控制系統(tǒng)進(jìn)行控制[1]。

在正常的運(yùn)行瞬態(tài)情況下，穩(wěn)壓器壓力控制系統(tǒng)使穩(wěn)壓器的壓力維持或恢復(fù)到額定值，防止壓力超過限值。當(dāng)壓力升高時(shí)，系統(tǒng)將增加噴淋閥的開度，使蒸汽冷凝，降低壓力。當(dāng)壓力降低時(shí)，系統(tǒng)將增加電加熱器的功率，加熱穩(wěn)壓器內(nèi)的水，使其更多地汽化，以升高壓力。

在CAP1000機(jī)組中，穩(wěn)壓器壓力控制系統(tǒng)設(shè)置一組比例加熱器，一組備用加熱器和一組（兩只）噴淋閥。穩(wěn)壓器壓力控制通道包括一個(gè)比例積分（PI）調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將由壓力傳感器測量的穩(wěn)壓器壓力P與設(shè)置的整定值Pref（15.4MPa.g）相比較，形成壓力偏差信號。偏差信號經(jīng)PI（比例-積分）調(diào)節(jié)器補(bǔ)償后的信號，用于調(diào)節(jié)比例噴淋閥或電加熱器來抑制冷卻劑系統(tǒng)壓力擾動(dòng)。當(dāng)壓力偏差信號大于0.172MPa時(shí)，開啟噴淋閥，偏差信號至0.517MPa時(shí)，噴淋閥全開；當(dāng)偏差信號小于0.103 MPa時(shí)，投入比例電加熱器，偏差信號小于-0.103MPa時(shí)，比例式電加熱器滿功率運(yùn)行。當(dāng)偏差信號小于-0.172MPa，用于投入備用電加熱器；當(dāng)偏差信號大于-0.117MPa時(shí)，備用加熱器退出運(yùn)行。

在CPR1000機(jī)組中，控制過程與CAP1000機(jī)組基本相同，只是在比例加熱器，通斷加熱器和噴淋閥的控制定值存在差異。

4.事故工況的一回路壓力控制

在事故工況下，通過對一回路的壓力進(jìn)行控制，維持一回路冷卻劑在欠飽和狀態(tài)，保證堆芯持續(xù)冷卻。由于針對不同的事故工況，一回路的壓力控制的策略和手段不同，在本文中，以冷卻劑喪失事故（LOCA）小破口為例，對CAP1000機(jī)組和CPR1000機(jī)組的一回路壓力控制進(jìn)行分析。

在CAP1000機(jī)組中，一旦發(fā)生小破口事故，穩(wěn)壓器壓力下降，反應(yīng)堆緊急停堆，安全驅(qū)動(dòng)信號啟動(dòng)堆芯補(bǔ)水箱（CMT）高壓注射，隨著CMT液位降低，自動(dòng)泄壓系統(tǒng)（ADS）啟動(dòng)，進(jìn)行一回路卸壓。當(dāng)RCS完全卸壓，安全殼內(nèi)換料水箱和安全殼再循環(huán)地坑提供低壓注射，排出堆芯產(chǎn)生的熱量，保持堆芯被淹沒。

對于CPR1000機(jī)組，一旦發(fā)生小破口事故，通過高壓安注泵將濃硼水注入堆芯，保證堆芯的持續(xù)冷卻。當(dāng)高壓安注的補(bǔ)水流量與一回路破口損失流量平衡時(shí)，一回路壓力穩(wěn)定。隨著一回路的冷卻劑溫度下降，一回路冷卻劑的飽和裕度余量滿足要求時(shí)，允許停運(yùn)一臺高壓安注泵，并將另一臺高壓安注泵由安注模式轉(zhuǎn)為上充模式，通過調(diào)節(jié)上充流量控制一回路壓力。在一回路壓力下降到余熱導(dǎo)出系統(tǒng)（RRA）允許投入壓力后，將余熱導(dǎo)出系統(tǒng)投入運(yùn)行，維持堆芯的持續(xù)冷卻。

CAP1000機(jī)組采用非能動(dòng)安全系統(tǒng)，在事故工況下，主要依靠重力、壓差等作為驅(qū)動(dòng)壓頭，保證對堆芯反應(yīng)性控制和堆芯熱量的導(dǎo)出，對廠外電源和應(yīng)急柴油機(jī)的可靠性要求較低。CPR1000機(jī)組采用能動(dòng)安全系統(tǒng)，在事故工況下，只有中壓安注箱可以依靠壓差作為驅(qū)動(dòng)壓頭，對于高壓安注和低壓安注則需要廠內(nèi)外電源的支持，對廠外電源和應(yīng)急柴油機(jī)可靠性要求較高。

5.結(jié)論

通過對CAP1000和CPR1000機(jī)組的一回路壓力控制的對比分析可以看出，在一回路水實(shí)體工況，CPR1000機(jī)組主泵運(yùn)行對一回路最小壓力有嚴(yán)格的要求，一回路水實(shí)體壓力控制區(qū)間較小。在穩(wěn)壓器雙相運(yùn)行工況，CAP1000與CPR1000機(jī)組一回路壓力控制方式基本相同。在事故工況，CAP1000機(jī)組采用非能動(dòng)安全系統(tǒng)，通過自動(dòng)卸壓系統(tǒng)，降低一回路壓力；CPR1000機(jī)組采用能動(dòng)安全系統(tǒng)，通過控制高壓安注泵的運(yùn)行方式，控制向一回路注入含硼水的流量，來控制一回路的壓力。由于CPR1000機(jī)組采用能動(dòng)安全系統(tǒng)，在發(fā)生LOCA事故疊加全廠失電工況時(shí)，CPR1000機(jī)組的應(yīng)對事故的能力存在明顯不足。

參考文獻(xiàn)

[1]西屋公司.三門核電一期工程1&2機(jī)組技術(shù)規(guī)格書[R].2010，（05）.