CN109543222B - 一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法 - Google Patents

一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法，在通用的压水堆核电机组仿真模型下，加入调速器和汽轮机，再根据实际情况引入旁路蒸汽控制系统和汽门快速关闭系统两种保护装置，在此基础上对多个功率水平下运行的核电机组进行甩负荷仿真试验，作为实际中核电机组甩负荷试验的参考；通过仿真试验，验证了本发明所搭建的压水堆核电机组仿真模型的准确性和实用性，同时验证了旁路蒸汽控制系统和汽门快速系统能够对有效降低甩负荷对机组的冲击，显著提高核电机组的甩负荷性能，有利于核电机组安全稳定运行，并提出了机组甩负荷保护措施与策略。

Description

一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法
技术领域
本发明属于甩负荷试验方法技术领域，尤其涉及一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法。
背景技术
由于核电机组往往带基荷运行，具有单机容量大、参数低、易超速的特点。一旦发生甩负荷孤岛运行这种极端工况，机组安全稳定将面临较大的威胁。甩负荷特性是衡量发电机组安全稳定运行能力的一项重要指标，较为常见的有机组从100％额定功率甩负荷至厂用电或至空载。而在现实状况下，核电机组并不都是以100％额定功率满发运行，除此之外还存在不同功率水平下运行的工况。例如广西的防城港核电1号机在投运前经历了30％功率水平跳机不跳堆、50％甩空载、50％甩负荷至厂用电等试验；中广核宁德核电2号机组也完成了30％、50％和75％功率水平试验；还有部分核电机组由于各种原因被迫降功率运行或是长期低功率运行。因此，研究核电机组在不同功率水平下的甩负荷过程及其保护措施具有重要的现实意义。
目前已有部分涉及机组甩负荷及其保护的研究。廖诗武、曾凯文等提出的火电快速甩负荷机组动态仿真建模，王立地、姚金环提出的FCB功能的成功应用与一种新的实现方案，以及冯伟忠提出的1000MW级火电机组旁路蒸汽控制系统作用及配置都是针对快速甩负荷机组提出了一系列的保护措施并进行仿真试验，但这些文献仅仅局限于火电机组；吴文超、王子奇等提出的AP1000汽轮发电机组甩负荷试验研究，周修铭、干福麟等提出的适用于分析大扰动下机网相互影响的压水堆核电站数学模型研究，王梦、丁剑等提出的考虑核电接入的大电网严重故障下孤网高频问题及协调控制措施，高慧敏、孙蓉等提出的田湾核电机组动态模型研究及其对江苏电网系统扰动的响应分析，以及王宝生、王冬青等提出的压水堆核电厂蒸汽排放控制系统实时仿真研究，这些文献研究了核电机组满发甩负荷至厂用电、甩负荷至空载两种工况，而没有对其他功率水平下运行的核电机组进行试验，也缺少对核电机组内部变量的监测；朱军.提出的某核电厂甩负荷孤岛运行试验及问题分析，以及胡彦令提出的M310核电机组调试前准备过程探究，这两篇文献提出了核电机组多个功率水平甩负荷试验条件和方法，但未进行具体试验研究。目前尚无核电机组在多功率水平甩负荷的模型及相关仿真数据，也缺少对核电机组甩负荷保护的针对性研究。
基于此，本发明提出一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法，针对1000MW等级大型压水堆核电机组，基于电力系统分析综合程序PSASP的用户自定义模型建立了核反应堆热力学模型，在此基础上加入调速器、汽轮机，并根据实际情况引入旁路蒸汽模型、快速关闭汽门两种典型的保护装置，对多个功率水平下运行的核电机组进行甩负荷仿真研究。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法，包括以下几个步骤：
步骤1：压水堆核电机组仿真模型的建立；
将实际核电机组的动力学、热力学过程量化后，经过一系列的简化得到通用的压水堆核电机组仿真模型，具体的压水堆核电机组仿真模型包括堆芯燃料和冷却剂热量传递模型、热线温度模型、冷线温度模型、蒸汽发生器模型、中子动态模型、反应堆功率控制系统、一回路平均温度模型、调速器模型以及汽轮机模型；
步骤2：保护装置的引入；
在所述步骤1的压水堆核电机组仿真模型基础上，引入旁路蒸汽控制系统和汽门快速关闭系统两种保护装置，避免旁通阀频繁开闭以及触发汽门快速关闭系统动作；
步骤3：不同功率水平下甩负荷保护的仿真试验；
在不同功率水平下，采用所述步骤2的压水堆核电机组仿真模型模拟甩负荷保护仿真试验；选取具有代表性的机组参数进行监测，通过压水堆核电机组仿真模型获得其波形，观察各具有代表性机组参数在不同功率水平下甩负荷时的变化情况。
进一步的，所述步骤1中，调速器模型是由调节系统、电液伺服系统和原动机组成。
进一步的，所述调节系统的传递函数表达式为：
Figure BDA0001835325650000031
其中，K表示转速放大倍数，KP表示PID控制比例环节系数，KD表示PID控制微分环节系数，KI表示PID控制积分环节系数，T1表示转速测量时间常数，TR表示电磁功率测量时间常数，K2表示负荷控制前馈系数，△ω表示机组转速偏差值，Pref表示发电机组的功率整给定值，PE表示电磁功率，PCV表示汽门开度指令值。
进一步的，所述电液伺服系统的传递函数表达式为：
当汽门关闭时，表达式为：
Figure BDA0001835325650000032
当汽门打开时，表达式为：
Figure BDA0001835325650000041
其中，TC表示油动机关闭时间常数，TO表示油动机开启时间常数，T2表示反馈环节时间常数，KP表示PID控制比例环节系数，KD表示PID控制微分环节系数，KI表示PID控制积分环节系数，PCV表示汽门开度指令值，PGV表示电液伺服系统的汽门开度输出值。
进一步的，所述步骤1中，汽轮机模型的传递函数表达式为：
Figure BDA0001835325650000042
其中，TCH表示蒸汽容积时间常数，TRH表示再热器时间常数，TCO表示交叉管时间常数，FHP表示高压缸占比，FIP表示中压缸占比，FLP表示低压缸占比，PS表示一回路输出的主蒸汽压力，λ表示高压缸功率自然过调系数，μ表示汽门开度，PM表示汽轮机输出的机械功率。
进一步的，所述步骤2中，旁路蒸汽控制系统安装在汽轮机的进汽阀前，能够把一部分蒸汽通过旁路阀门直接导入冷凝器，在一定程度上缓和主蒸汽压力激增的同时降低进汽量，从而减小汽轮机输出的机械功率。
进一步的，所述旁路蒸汽控制系统包括蒸汽发生器、冷凝器、再热器、发电机以及高压缸、中压缸和低压缸；所述蒸汽发生器的蒸汽排出口经主汽门和高压汽门后与所述高压缸连接，所述高压缸与再热器连接；所述再热器经过中压汽门与所述中压缸连接，所述中压缸经连接管道与低压缸连接；所述冷凝器还通过旁通阀与主蒸汽管连接；所述发电机与高压缸、中压缸以及低压缸连接。
进一步的，所述步骤2中，触发汽门快速关闭系统动作的条件为：甩负荷信号、功率偏差越限或者转速越限，这三个触发信号中任何一项均能触发汽门快速关闭系统动作；汽门快速关闭系统通过对汽轮机内部高压汽门和中压汽门的快速关闭，减小机组输出的机械功率从而限制机组转速过快上升；
在机组发生甩负荷、解列或是孤岛运行时，汽门快速关闭系统在功率偏差超过30％阈值的情况下触发动作；功率偏差恢复之后，由转速偏差信号承担对汽门快速关闭系统的控制直到机组转速回到103％额定转速以下，最终调速器重新承担起转速控制的功能。
进一步的，所述步骤3中，具有代表性的机组参数包括冷却剂平均温度、主蒸汽压力、机组转速以及反应堆功率变化量。
与现有技术相比，本发明所提供的不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法，在通用的压水堆核电机组仿真模型下，加入调速器和汽轮机，再根据实际情况引入旁路蒸汽控制系统和汽门快速关闭系统两种保护装置，在此基础上对多个功率水平下运行的核电机组进行甩负荷仿真试验，作为实际中核电机组甩负荷试验的参考；通过仿真试验，验证了本发明所搭建的压水堆核电机组仿真模型的准确性和实用性，同时验证了旁路蒸汽控制系统和汽门快速系统能够对有效降低甩负荷对机组的冲击，显著提高核电机组的甩负荷性能，有利于核电机组安全稳定运行，并提出了机组甩负荷保护措施与策略。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，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的附图。
图1是本发明压水堆核电机组仿真模型的结构框图；
图2是本发明调节系统的传递函数结构框图；
图3是本发明电液伺服系统的传递函数结构框图；
图4是本发明汽轮机模型的传递函数结构框图；
图5是本发明旁路蒸汽控制系统的结构示意图；
图6是本发明旁路蒸汽控制系统的具体控制模型图；
图7是本发明汽门快速关闭系统的控制逻辑图；
图8是本发明30％PN功率水平负荷阶跃试验，其中，图8(a)为负荷阶跃输入信号PG/MW，图8(b)为汽轮机输出功率PM/MW，图8(c)为二回路主蒸汽压力PS/MPa；
图9是本发明30％、50％、100％PN功率水平甩负荷仿真，其中，图9(a)为机组输出电磁功率PG，图9(b)为汽轮机输出机械功率PM，图9(c)为机组转速ω，图9(d)为主蒸汽压力PS，图9(e)为反应堆堆芯功率变化△N，图9(f)为冷却剂平均温度Tav；
图10是本发明旁路蒸汽控制系统、汽门快速关闭系统作用下的机组甩负荷，其中，图10(a)为冷却剂平均温度Tav，图10(b)为主蒸汽压力PS，图10(c)为机组转速ω，图10(d)为反应堆功率变化量△N；
图11是本发明旁路蒸汽控制系统、汽门快速关闭系统作用下的机组参数波动峰值，其中，图11(a)为转速波动峰值ωmax，图11(b)为冷却剂平均温度波动峰值Tav max，图11(c)为主蒸汽压力波动峰值PS max。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
本发明所提供的一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法，包括以下几个步骤：
步骤1：压水堆核电机组仿真模型的建立；
传统的压水堆核电站由反应堆堆芯、一回路、二回路以及一些辅助回路构成。一回路包括冷却剂循环和蒸汽循环的回路，也就是核电机组的热力系统；其主要功能在于由通过冷却剂的流动将反应堆输出的能量以热能的形式带出，冷却剂处于高压高沸点的状态下，由冷却机泵带动循环流动。吸收了反应堆热量的冷却剂在蒸汽发生器处释放热能产生蒸汽，经过热交换之后的冷却剂再回流至反应堆芯处，继续吸收反应堆热量以达到密闭循环将核反应热量不断送出的目的。吸收冷却剂热量的高压蒸汽进入汽轮机做功，带动发电机输出功率，做功结束后产生的乏蒸汽经过冷凝器，加热器之后回到蒸汽发生器，实现了完整的一回路循环。核电机组二回路包括汽轮机发电机组、冷凝器、凝结水泵等装置，与传统火电机组相似，不再赘述。
将实际核电机组的动力学、热力学过程量化后，经过一系列的简化得到通用的压水堆核电机组仿真模型，具体的压水堆核电机组仿真模型包括堆芯燃料和冷却剂热量传递模型、热线温度模型、冷线温度模型、蒸汽发生器模型、中子动态模型、反应堆功率控制系统、一回路平均温度模型、调速器模型以及汽轮机模型，如图1所示。
在图1中，△THL和△TCL分别表示热线和冷线温度偏差值；△Tav表示冷却剂平均温度偏差值；ΔTe和△Tθ2分别表示与堆芯热交换前和热交换后的冷却剂温度偏差值；△ρext表示控制棒组引入的反应性偏差值；△N表示中子通量偏差值；△TP表示蒸汽发生器处热交换管的温度偏差值；μ和△μ表示汽门开度实际值和偏差值；PM和△PM分别表示机组输出机械功率的实际值和偏差值。
根据某核电站的实际情况，本发明中核电机组的调速器模型是由调节系统、电液伺服系统和原动机组成，其中，如图2所示，调节系统的传递函数表达式为：
Figure BDA0001835325650000071
其中，K表示转速放大倍数，KP表示PID控制比例环节系数，KD表示PID控制微分环节系数，KI表示PID控制积分环节系数，T1表示转速测量时间常数，TR表示电磁功率测量时间常数，K2表示负荷控制前馈系数，△ω表示机组转速偏差值，Pref表示发电机组的功率整给定值，PE表示电磁功率，PCV表示汽门开度指令值。
如图3所示，电液伺服系统的传递函数表达式为：
当汽门关闭时，表达式为：
Figure BDA0001835325650000081
当汽门打开时，表达式为：
Figure BDA0001835325650000082
其中，TC表示油动机关闭时间常数，TO表示油动机开启时间常数，T2表示反馈环节时间常数，KP表示PID控制比例环节系数，KD表示PID控制微分环节系数，KI表示PID控制积分环节系数，PCV表示汽门开度指令值，PGV表示电液伺服系统的汽门开度输出值
在本实施例中，调速系统的参数如表1所示：
表1调速系统参数
Figure BDA0001835325650000083
其中，ε表示调节死区，PIDMAX表示PID环节输出最大值，PIDMIN表示PID环节输出最小值，μmax表示汽门开度最大值，μmin表示汽门开度最小值。
如图4所示，汽轮机模型的传递函数表达式为：
Figure BDA0001835325650000091
其中，TCH表示蒸汽容积时间常数，TRH表示再热器时间常数，TCO表示交叉管时间常数，FHP表示高压缸占比，FIP表示中压缸占比，FLP表示低压缸占比，PS表示一回路输出的主蒸汽压力，λ表示高压缸功率自然过调系数，μ表示汽门开度，PM表示汽轮机输出的机械功率。
在本实施例中，汽轮机的参数如表2所示：
表2汽轮机参数
Figure BDA0001835325650000092
步骤2：保护装置的引入；
在步骤1的压水堆核电机组仿真模型基础上，引入旁路蒸汽控制系统和汽门快速关闭系统两种保护装置，避免旁通阀频繁开闭以及触发汽门快速关闭系统动作。
旁路蒸汽控制系统安装在汽轮机的进汽阀处，能够把一部分蒸汽通过旁路阀门直接导入冷凝器，在一定程度上缓和主蒸汽压力激增的同时降低进汽量，从而减小汽轮机输出的机械功率。旁路蒸汽控制系统的旁通阀正常情况下处于关闭状态，主要在以下两种情况下动作：(1)机组负荷出现超过10％的阶跃下降；(2)汽轮机高功率运行时，突然脱扣或是发生甩负荷。
如图5所示，旁路蒸汽控制系统包括蒸汽发生器、冷凝器、再热器、发电机以及高压缸、中压缸和低压缸；蒸汽发生器的蒸汽排出口经主汽门和高压汽门后与高压缸连接，高压缸与再热器连接；再热器经过中压汽门与中压缸连接，中压缸经连接管道与低压缸连接；冷凝器还通过旁通阀与主蒸汽管连接；发电机与高压缸、中压缸以及低压缸连接。
应用于核电机组的旁路蒸汽控制系统主要通过温度控制。冷却剂平均温度Tav经过超前滞后校正环节后与平均温度的定值比较，由产生的偏差信号来控制旁通阀的开度，当偏差值减小到死区以内，旁通阀处于关闭状态，避免了旁通阀频繁开闭。其中，平均温度的定值由汽轮机输出功率决定，两者成线性关系；旁路蒸汽控制系统的具体模型如图6所示。
汽门快速关闭系统通过对汽轮机内部高压汽门和中压汽门的快速关闭，减小机组输出的机械功率从而限制机组转速过快上升。
在机组发生甩负荷、解列或是孤岛运行时，汽门快速关闭装置在功率偏差超过30％阈值的情况下触发动作。功率偏差恢复之后，由转速偏差信号承担对汽门快速关闭系统的控制直到机组转速回到103％额定转速以下，最终调速器重新承担起转速控制的功能。触发汽门快速关闭动作的条件按照动作速度从快到慢依次有甩负荷信号、功率偏差越限、转速越限，三个触发信号有一项就能够触发汽门快速关闭保护动作，其控制逻辑如图7所示。
步骤3：不同功率水平下甩负荷保护的仿真试验；
在不同功率水平下，采用所述步骤2的压水堆核电机组仿真模型模拟甩负荷保护仿真试验；选取具有代表性的机组参数进行监测，通过压水堆核电机组仿真模型获得其波形，观察各具有代表性机组参数在不同功率水平下甩负荷时的变化情况。
30％PN功率水平负荷阶跃试验：
用压水堆核电机组仿真模型模拟以下工况：带有汽门快速关闭系统和旁路蒸汽控制系统保护的机组以30％PN运行，在220s降负荷至15％PN，然后在750s时刻升负荷至27％PN功率水平，升降负荷均以阶跃的形式，得到结果如图8(a)、8(b)和8(c)所示，通过与实测录波的对比，机组功率和主蒸汽压力的变化情况吻合，验证了本发明搭建的压水堆核电机组仿真模型的准确性与实用性。
30％、50％、100％PN功率水平甩负荷仿真分析：
甩负荷对于核电机组的内部参数会造成较大的扰动，过大冲击会危害机组运行，或是触发机组保护导致紧急停堆，如冷却剂平均温度Tav过高会导致冷却剂接近沸腾，所要求的一回路压力过高导致超出稳压器限度；主蒸汽压力PS过高会增加蒸汽发生器和汽轮机的负担；反应堆功率N变化过快会引起反应控制棒的过快动作导致磨损或是意外损坏，减少使用寿命，同时引起过快的堆芯温度变化会危害核燃料的完整性；机组转速ω飞升过快会危害汽轮机转子。
国际原子能机构对这些机组参数有相关的规范要求，用于保证核电机组的安全稳定运行，如表3所示。
表3国际原子能机构规范要求
Figure BDA0001835325650000111
因此选取上述几个有代表性的机组参数——冷却剂平均温度Tav、主蒸汽压力PS、机组转速ω、反应堆功率变化量△N进行监测，通过仿真模型获得其波形，观察各参数在不同功率水平下甩负荷时的变化情况，如图9所示。
由图9可知，在甩负荷的工况下，各功率水平运行的核电机组输出功率PG瞬间从初始值跌落到5％PN的厂用电，如图9(a)所示；通过调速系统的调节作用，机组输出的机械功率PM缓慢下降，经过约50s到达5％PN，与PG一致，如图9(b)所示；甩负荷初期PM与PG有较大的差值，引起机组的转速ω飞升，如图9(c)所示；机组甩负荷引起主汽门迅速关闭，蒸汽总量变化速率相对缓慢，引起了甩负荷初期主蒸汽压力PS的迅速上升，后随着核反应堆反应程度的下降，蒸汽量减少，主蒸汽压力回落，如图9(d)所示；反应堆堆芯功率在甩负荷初期较快地下降一部分，最后以非常缓慢的速率继续下降至与目标负荷5％PN的厂用电相适应，如图9(e)；由于机组输出功率瞬间减小较多，反应堆功率短时间内仍处在原来的水平，一回路通过热交换送出功率减少导致冷却剂平均温度Tav迅速上升，后随着反应堆功率下降，Tav也开始缓慢下降，如图9(f)所示。
总体上看，随着核电机组所处功率水平的上升，其甩负荷至厂用电带来的核电机组各项参数扰动也增大。在核电机组投运前的调试过程中，从小扰动到大扰动、从低功率水平到高功率水平的调试顺序有其合理性。
结合图9和表3，核电机组在30％额定功率甩负荷试验中，各项参数能够保持在规范要求范围内，允许不加入保护措施，但PS为7.6MPa(1.07pu)，二回路压力仍然较大；在50％额定功率甩负荷试验中，PS的峰值达到了7.75MPa，超过108％的阈值；在100％功率水平甩负荷情况下，机组转速ω达到1.040pu，达到了触发超速保护的阈值1.03pu，Tav的峰值达到324℃，接近紧急停堆的触发值325℃，PS达到了8.4MPa(1.18pu)，严重越限。因此，为满足各种功率水平下核电机组甩负荷工况的安全性要求，需要提出合适的保护策略并投入相应的保护措施。
带旁路、带汽门快速关闭系统核电机组甩负荷仿真：
在压水堆核电机组模型中添加旁路蒸汽排放装置和汽门快速关闭系统，以100％功率水平甩负荷工况为例进行仿真试验，仿真结果如图10所示。
由图10可知，在旁路蒸汽控制系统和汽门快速关闭系统的共同作用下，机组转速ω的峰值从1.04pu降至1.032pu；冷却剂平均温度Tav的上升得到一定程度的抑制，其峰值从324℃下降至314℃；主蒸汽压力PS的峰值从1.18pu抑制到1.105pu；反应堆功率△N的下降速率显著减小。虽然在保护装置的作用下机组参数得到了较大程度的抑制，但是PS的峰值仍然处在停堆保护阈值以上，因此在实际运行中应当尽量避免出现满发机组瞬时甩负荷至厂用电。
通过带保护核电机组100％功率水平甩负荷仿真试验，初步验证了旁路蒸汽控制系统和汽门快关系统对机组的保护作用。
为了更进一步研究旁路蒸汽控制系统和汽门快速系统对核电机组的作用特点，对不同功率水平、不同保护装置投入方案下的核电机组甩负荷特性分别进行试验。选择记录试验过程中机组转速ω、冷却剂平均温度Tav、主蒸汽压力PS的波动峰值；经过统计，结果如图11所示。
其中横坐标A表示不装设机组保护；B表示装设旁路蒸汽控制系统而不装设汽门快速关闭系统；C表示装设汽门快速关闭装置而不装设旁路蒸汽控制系统；D表示同时装设旁路蒸汽控制系统和汽门快速关闭系统。
根据图11可知，旁路蒸汽控制系统和汽门快速关闭系统对核电机组的保护作用具有一定针对性。旁路蒸汽控制系统对机组一回路参数Tav、PS波动有显著的抑制作用，而其对二回路参数汽轮机转速ω的限制作用不明显；汽门快速关闭系统对ω飞升有明显的抑制作用，而对Tav、PS的限制作用不明显。从原理上看，由于旁路蒸汽控制系统通过打开排气阀直接作用于主蒸汽压力PS，又因为PS对循环蒸汽的温度有重要影响，是核电机组热力学部分的重要反馈量，所以旁路蒸汽控制系统对机组一回路有较显著的影响；汽门快速关闭系统直接作用于减小汽门开度μ从而减小汽轮机出力PM，因此能够显著减小功率差值进而抑制机组转速飞升从而保护机组二回路。
基于上述特点，核电机组的甩负荷保护可以采取以下策略：当机组一回路的冷却剂温度过高、堆芯功率和堆芯温度变化过快转速飞升不明显时，优先选择增大旁路阀门的开度或是提升旁路蒸汽控制系统动作的灵敏度；当汽轮机超速严重而一回路参数扰动较小时，优先选择提升汽门关闭的速度，缩短汽门关闭时间。
根据本发明所述的甩负荷保护仿真方法可知：
(1)核电机组在不同功率水平下的甩负荷特性不同，随着所处功率水平的上升，机组内部各重要参数受到的扰动增大。如果在较高功率水平下甩负荷，未装设保护装置的核电机组内部会出现参数越限甚至引发紧急停堆。实际运行中应当尽量避免满功率运行压水堆核电机组甩负荷至厂用电。
(2)旁路蒸汽控制系统和汽门快速关闭系统能够对有效降低甩负荷对机组的冲击，显著提高核电机组的甩负荷性能，有利于核电机组安全稳定运行。
(3)根据试验结果，旁路蒸汽控制系统对核电机组一回路参数的保护作用较为明显，汽门快速关闭系统对机组二回路保护作用较为明显。实际运行中可利用这一特点有针对性地制定合理有效的保护策略。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤1：压水堆核电机组仿真模型的建立；
将实际核电机组的动力学、热力学过程量化后，经过一系列的简化得到通用的压水堆核电机组仿真模型，具体的压水堆核电机组仿真模型包括堆芯燃料和冷却剂热量传递模型、热线温度模型、冷线温度模型、蒸汽发生器模型、中子动态模型、反应堆功率控制系统、一回路平均温度模型、调速器模型以及汽轮机模型；
步骤2：保护装置的引入；
在所述步骤1的压水堆核电机组仿真模型基础上，引入旁路蒸汽控制系统和汽门快速关闭系统两种保护装置；旁路蒸汽控制系统安装在汽轮机的进汽阀前；
所述旁路蒸汽控制系统包括蒸汽发生器、冷凝器、再热器、发电机以及高压缸、中压缸和低压缸；所述蒸汽发生器的蒸汽排出口经主汽门和高压汽门后与所述高压缸连接，所述高压缸与再热器连接；所述再热器经过中压汽门与所述中压缸连接，所述中压缸经连接管道与低压缸连接；所述冷凝器还通过旁通阀与主蒸汽管连接；所述发电机与高压缸、中压缸以及低压缸连接；旁路蒸汽控制系统主要通过温度控制，冷却剂平均温度Tav经过超前滞后校正环节后与平均温度的定值比较，由产生的偏差信号来控制旁通阀的开度，当偏差值减小到死区以内，旁通阀处于关闭状态，避免了旁通阀频繁开闭； 其中，平均温度的定值由汽轮机输出功率决定，两者成线性关系；
触发汽门快速关闭系统动作的条件为：甩负荷信号、功率偏差越限或者转速越限；在机组发生甩负荷、解列或是孤岛运行时，汽门快速关闭装置在功率偏差超过30％阈值的情况下触发动作； 功率偏差恢复之后，由转速偏差信号承担对汽门快速关闭系统的控制直到机组转速回到103％额定转速以下，最终调速器重新承担起转速控制的功能； 触发汽门快速关闭动作的条件按照动作速度从快到慢依次有甩负荷信号、功率偏差越限、转速越限，三个触发信号有一项就能够触发汽门快速关闭保护动作；
步骤3：不同功率水平下甩负荷保护的仿真试验；
在不同功率水平下，采用所述步骤2的压水堆核电机组仿真模型模拟甩负荷保护仿真试验；选取具有代表性的机组参数进行监测，通过压水堆核电机组仿真模型获得其波形，观察各具有代表性机组参数在不同功率水平下甩负荷时的变化情况。
2.如权利要求1所述的一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法，其特征在于，所述步骤1中，调速器模型是由调节系统、电液伺服系统和原动机组成。
3.如权利要求2所述的一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法，其特征在于，所述调节系统的传递函数表达式为：
Figure FDA0003775161610000021
其中，K表示转速放大倍数，KP表示PID控制比例环节系数，KD表示PID控制微分环节系数，KI表示PID控制积分环节系数，T1表示转速测量时间常数，TR表示电磁功率测量时间常数，K2表示负荷控制前馈系数，△ω表示机组转速偏差值，Pref表示发电机组的功率整给定值，PE表示电磁功率，PCV表示汽门开度指令值。
4.如权利要求2所述的一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法，其特征在于，所述电液伺服系统的传递函数表达式为：
当汽门关闭时，表达式为：
Figure FDA0003775161610000031
当汽门打开时，表达式为：
Figure FDA0003775161610000032
其中，TC表示油动机关闭时间常数，TO表示油动机开启时间常数，T2表示反馈环节时间常数，KP表示PID控制比例环节系数，KD表示PID控制微分环节系数，KI表示PID控制积分环节系数，PCV表示汽门开度指令值，PGV表示电液伺服系统的汽门开度输出值。
5.如权利要求1所述的一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法，其特征在于，所述步骤1中，汽轮机模型的传递函数表达式为：
Figure FDA0003775161610000033
其中，TCH表示蒸汽容积时间常数，TRH表示再热器时间常数，TCO表示交叉管时间常数，FHP表示高压缸占比，FIP表示中压缸占比，FLP表示低压缸占比，PS表示一回路输出的主蒸汽压力，λ表示高压缸功率自然过调系数，μ表示汽门开度，PM表示汽轮机输出的机械功率。
6.如权利要求1所述的一种不同功率水平下压水堆核电机组甩负荷保护仿真方法，其特征在于，所述步骤3中，具有代表性的机组参数包括冷却剂平均温度、主蒸汽压力、机组转速以及反应堆功率变化量。
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