CN1500238A - 控制核反应堆出口温度的方法和控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种控制堆芯出口冷却液的平均温度的方法。方法包括检测堆芯出口冷却液的实际平均温度，将堆芯出口冷却液的实际平均温度与一个基准温度比较从而产生一个偏差信号，和响应偏差信号调节堆芯出口冷却液的实际平均温度的步骤。本发明延伸到一种核反应堆出口温度控制系统10、一种用于核反应堆的级联控制器和一种核电站。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制核反应堆芯出口冷却液的平均温度的方法。本发明还涉及一种核反应堆出口温度控制系统以及核反应堆的级联控制器。
背景技术
在核反应堆设备中，总是希望反应堆不要变得过热。因此，必须控制中子产生的速率以及随之发生的裂变反应的速率，其中，裂变反应的能量表现为热。这是通过把可以插入到核反应堆芯中的中子吸收材料的控制棒定位到一个可变的插入深度实现的。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种控制核反应堆芯出口冷却液的平均温度的方法，包括步骤：
检测堆芯出口冷却液的实际平均温度；
将堆芯出口冷却液实际平均温度与基准温度比较，从而产生偏差信号；以及
响应偏差信号调节堆芯出口冷却液的实际平均温度。
调节冷却液实际平均温度可以包括将偏差信号、对应于反应堆的流体通量强度和中子通量强度的信号馈送到控制棒控制系统，以及响应这些信号控制控制棒的位置。
方法可以包括将温度偏差信号转换成通量强度信号，把如此转换的通量强度信号与测量的反应堆中子通量强度和测量的反应堆流体通量强度组合，从而产生控制信号，并根据这个控制信号调节堆芯出口冷却液的实际平均温度。
产生控制信号可以包括将通量强度偏差信号转换成控制棒调节信号，该通量强度偏差信号来自通量强度信号、测量的反应堆中子通量强度和测量的反应堆流体通量强度。
调节堆芯出口冷却液的实际平均温度可以包括将控制棒调节信号馈送到控制棒控制系统，并且响应这个信号调节控制棒插入深度。
根据本发明的另一方面，提供了一种核反应堆出口温度控制系统，包括：
一个用于检测堆芯出口冷却液的实际平均温度的检测器；
一个用于将检测器检测的堆芯出口冷却液的实际平均温度与堆芯出口冷却液的设定值温度比较并产生温度偏差信号的温度比较器；
用于将温度偏差信号变换成通量强度信号的温度偏差信号转换装置；和
用于接收通量强度信号和对应于反应堆中子通量强度和反应堆流体通量强度的信号，并且响应这些信号调节控制棒的位置的控制棒调节装置。
控制棒调节装置可以是一种控制控制棒插入到核反应堆芯中的深度的控制棒插入深度控制器。
控制棒调节装置可以包括一个比较测量的反应堆中子通量强度、测量的反应堆流体通量强度和通量强度信号，从而产生通量强度偏差信号的通量强度比较器。控制棒调节装置可以进一步包括把通量强度偏差信号转换成控制棒调节信号的通量强度偏差信号转换装置。
控制系统可以包括连接到比较器的、用于提供设定值温度的一种表示形式的基准装置。
控制系统可以进一步包括一个用于感测反应堆中子通量强度和产生其测量值的信号的反应堆中子通量强度传感系统，一个用于感测反应堆流体通量强度和产生其测量值的信号的反应堆流体通量强度传感系统。
通过反应堆中子通量强度可以知道堆芯中中子形成的速率，从而知道热产生的速率。因此，反应堆中子通量强度是一个从中子通量得到的变量。通过反应堆流体通量强度可以知道对反应堆工作流体的热传导速率。因此，反应堆流体通量强度是堆芯截面上温度梯度和通过堆芯的工作流体的质量流速率二者的函数。
调节控制棒插入深度导致中子产生速率的相应变化，因此导致裂变反应速率和反应堆中子通量强度的相应变化。中子通量强度的变化又导致堆芯出口冷却液平均温度的变化。
更具体地讲，本发明构成了核反应堆的一个级联控制器，该控制器具有一个内环路和一个外环路，内环路通过操纵反应堆控制棒的插入深度调节反应堆中子通量强度与反应堆流体通量强度之间的偏差，而外环路通过操纵内环路的偏差设定值调节堆芯出口冷却液的平均温度。
附图说明
以下参考附图并举实施例详细说明本发明，附图示出了根据本发明的一个核反应堆出口温度控制系统的示意图。
在附图中，参考标号10总体代表一个根据本发明的核反应堆出口温度控制系统。
具体实施方式
控制系统10包括一个用于检测堆芯出口处冷却液实际平均温度的检测器16。检测器16连接到一个温度比较器18。系统10进一步包括连接到比较器18的基准装置17，基准装置17提供了堆芯出口冷却液的希望的平均温度的表示形式，通常称为堆芯出口冷却液设定值温度。
在使用中，温度比较器18将检测器16检测的堆芯出口冷却液的实际平均温度与基准装置17表示的堆芯出口冷却液的设定值温度比较，并且根据比较结果产生一个温度偏差信号。
控制系统10包括用于将温度比较器18产生的温度偏差信号转换成一个通量强度信号的温度偏差信号转换装置20。
控制系统10进一步包括一个用于感测反应堆中子通量强度的反应堆中子通量强度传感器22，和一个用于感测反应堆流体通量强度的反应堆流体通量强度传感器24。控制系统10还包括一个通量强度比较器26，转换装置20和传感器22、24都连接到这个通量强度比较器26。
在使用中，通量强度比较器26比较传感器22检测的中子通量强度、传感器24检测的流体通量强度和来自转换装置20的通量强度信号，并且根据比较结果产生一个通量强度偏差信号。
控制系统10包括用于将比较器26产生的通量强度偏差信号变换成一个控制棒调节信号的通量强度偏差信号转换装置40。控制系统10包括控制棒插入深度控制器形式的控制棒调节装置30，用以接收从转换装置40发送的控制棒调节信号，并且响应控制棒调节信号调节核反应堆控制棒插入到堆芯中的插入深度。
控制系统10包括两个级联控制环路一个由参考标号12总体指示的外控制环路或温度控制环路，和一个由参考号标14总体指示的内控制环路或通量强度控制环路，即，外控制环路反过来又操作内控制环路。检测器16、基准装置17、比较器18和转换装置20一起形成了外控制环路12部分，反应堆中子通量强度传感器22、反应堆流体通量强度传感器24、比较器26和转换装置40共同形成了内控制环路14部分。外控制环路12的输出信号(即，通量强度信号)代表了堆芯出口冷却液实际平均温度与堆芯出口冷却液的设定值(或希望的)温度的偏差的函数。这个通量强度输出信号启动内控制环路14。内控制环路14反过来又根据外控制环路12输出的通量强度信号，通过控制棒位移，控制反应堆中子通量强度。
因此，外控制环路12的输入信号是堆芯出口冷却液的实际平均温度和堆芯出口冷却液的设定值温度。这两个输入信号的偏差被转换成通量强度信号，这个通量强度信号与反应堆中子通量强度传感器22感测的测量反应堆中子通量强度和反应堆流体通量强度传感器24感测的测量反应堆流体通量强度一起构成了外控制环路12的输出信号，并且又是内控制环路14的输入信号。
在使用中，控制系统10一般是在核反应堆处于备用模式或操作模式，以及在不同的操作模式之间的过渡期间启动。
本发明可以应用到包括根据本发明的控制系统的核电站。
在具有一个反应堆单元和一个动力转换单元的核电站中，反应堆单元将核能转化成传导到工作流体的热能，动力转换单元将热能转化成电力，堆芯出口冷却液的平均温度决定了工作流体的使反应堆单元和动力转换单元相互连接的闭环电路中的最高温度。根据本发明的控制系统10简化了这个闭环电路中的最高温度的调节。
此外，发明人注意到反应堆核动力(进而核反应堆芯出口温度)的摆动问题，这种摆动导致可能对核燃料造成损害的核动力幅度的峰值(或尖峰)。发明人相信，通过使用所述综合温度控制器，至少可以缓解摆动和尖峰的问题。
Claims (18)
1、一种控制堆芯出口冷却液的平均温度的方法，包括步骤：
检测堆芯出口冷却液的实际平均温度；
将堆芯出口冷却液的实际平均温度与基准温度比较，从而产生偏差信号；和
响应偏差信号调节堆芯出口冷却液的实际平均温度。
2、根据权利要求1所述的方法，其中调节冷却液的实际平均温度包括将偏差信号、对应于反应堆的流体通量强度和中子通量强度的信号馈送到一个控制棒控制系统，以及响应这些信号控制控制棒的位置。
3、根据权利要求1或2所述的方法，包括：
将温度偏差信号转换成通量强度信号；
将如此转换的通量强度信号与测量的反应堆中子通量强度和测量的反应堆流体通量强度组合，从而产生控制信号；以及
根据控制信号调节堆芯出口冷却液的实际平均温度。
4、根据权利要求3所述的方法，其中产生控制信号包括将从通量强度信号、测量的反应堆中子通量强度和测量的反应堆流体通量强度得到的通量强度偏差信号转换成控制棒调节信号。
5、根据权利要求4所述的方法，其中调节堆芯出口冷却液实际平均温度包括将控制棒调节信号馈送到一个控制棒控制系统，并且响应这个信号调节控制棒插入深度。
6、一种核反应堆出口温度控制系统，包括：
一个用于检测堆芯出口冷却液的实际平均温度的检测器；
一个用于将检测器检测的堆芯出口冷却液的实际平均温度与堆芯出口冷却液的设定值温度比较，并产生一个温度偏差信号的温度比较器；
用于将温度偏差信号转换成一个通量强度信号的温度偏差信号转换装置；和
用于接收通量强度信号和对应于反应堆中子通量强度和反应堆流体通量强度的信号，并且响应这些信号调节控制棒的位置的控制棒调节装置。
7、根据权利要求6所述的控制系统，其中控制棒调节装置是用于控制插入到核反应堆芯中的控制棒的插入深度的控制棒插入深度控制器。
8、根据权利要求6或7所述的控制系统，其中控制棒调节装置包括一个用于比较测量的反应堆中子通量强度、测量的反应堆流体通量强度和通量强度信号，从而产生一个通量强度偏差信号的通量强度比较器。
9、根据权利要求8所述的控制系统，其中控制棒调节装置包括用于将通量强度偏差信号转换成一个控制棒调节信号的通量强度偏差信号转换装置。
10、根据权利要求6至9中任何一个所述的控制系统，包括连接到比较器、用于提供设定值温度的一种表示形式的基准装置。
11、根据权利要求6至10中任何一个所述的控制系统，包括一个用于感测反应堆中子通量强度和产生对应于其测量值的信号的反应堆中子通量强度传感系统，一个用于感测反应堆流体通量强度和产生对应于其测量值的信号的反应堆流体通量强度传感系统。
12、一种用于核反应堆的级联控制器，控制器具有一个内环路和一个外环路，内环路通过操纵反应堆的控制棒的插入深度调节反应堆中子通量强度与反应堆流体通量强度之间的偏差，外环路通过操纵内环路的偏差设定值调节堆芯出口冷却液的平均温度。
13、一种包括一个根据权利要求6至11中任何一个所述的核反应堆出口温度控制系统的核电站。
14、根据权利要求1所述的方法，基本上如本文所描述和图示。
15、根据权利要求6所述的控制系统，基本上如本文所描述和图示。
16、根据权利要求12所述的级联控制器，基本上如本文所描述和图示。
17、根据权利要求13所述的核电站，基本上如本文所描述和图示。
18、一种控制堆芯出口冷却液的平均温度的新方法，一种新的核反应堆出口温度控制系统，一种新的核反应堆级联控制器或一种新的核电站，基本上如本文所描述。
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