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Anordnung zur Regelung des Wasserpegels in dem Siedewasserreaktor
einer Atomkraftanlaget Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung
des Wasserpegels in dem Siedewasserreaktor einer Atomkraftanlage, die mindestens
zwei parallel geschaltete Dampfturbinen enthält mit zugehörigen Kondensatoren und
Speisewasserpumpen. Die Anordnung hat dabei außer für die Einhaltung des richtigen
Wasserpegels im Reaktor auch für eine sichere Dränierung des Kondensats von den
Kondensatoren zu sorgen.
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Eine solche Regelung muß die Haltung des richtigen Wasserpegels im
Reaktor und die sichere Dränierung des Kondensats unabhängig von -Änderungen der
Gesamtbelastung der Turbinen und des Belastungsverhältnisses zwischen den Turbinen
gewährleisten. Eine Form, dieses Problem zu lösen, besteht in der Anordnung eines
besonderen Speisewasserbehälters, an den die Kondensatpumpen der Kondensatoren angeschlossen
sind und
von dem eine einzige Speisewasserpumpe den Reaktor speist.
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Ein solcher Wasserbehälter verursacht jedoch erhebliche Mehrkosten,
ohne daß an anderen Teilen der Anlage Einsparungen ermöglicht werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das aufgezeigte Problem
ohne die Verwendung eines zusätzlichen 5peisewaserbehälters zu lösen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung eine Anordnung der
eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß für jede
Turbine ein Drehzahlregler für die Speisewasserpumpe und ein Indikator für die Turbinenbelastung
vorgesehen ist und daß der Indikator den Drehzahlregler der Pumpe in Abhängigkeit
von der Turbinenbelastung über ein Umschaltglied auf solche Weise steuert daß unterhalb
eines bestimmten Lastniveaus die Pumpe mit niedriger Drehzahl läuft und das Regelventil
gleichzeitig auf gewünschten Wasserfluß steuerbar ist, während oberhalb dieses Lastniveaus
das Regelventil geöffnet ist und die Drehzahl der Pumpe in Abhängigkeit des gewünschten
Wasserflußes steuerbar ist.
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Der Erfindung liegt also der Gedanke zugrunde, daß der Kreislauf für
jede Turbine für sich steuerbar ist, wobei die Art der Regelung unterschiedlich
ist, je-nachdem, ob
eine hohe oder' niedrige Belastung vorliegt.
Teils erfolgt die Regelung über die Regelventile zwischen den Speisewasserpumpen
und dem Siedewasserreaktor, teils über die Drehzahl der Pumpen. Die Regelung über
die Drehzahl ist am wirtschaftlichsten, sie ist jedoch bei niedriger Belastung wenig
stabil, während sich der normale Fluß schon bei einer Reduzierung der Drehzahl auf
80 - 75 0 um 5 - 10 P für jedes Prozent Drezahländerung ändert. Eine Regelung mit
Hilfe der Regelventile ist bedeutend stabil-er, verursacht jedoch große Druckverluste
in den Regelventilen. Bei der Anordnung nach der Erfindung wird der Speisewasserfluß
im hohen Belastungsbereich über die wirtschaftlichere Drehzahlsteuerung geregelt
und im niedrigen Belastungsbereich durch Steuerung der Regelventile.
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Die schlechtere Wirtschaftlichkeit spielt in diesem Bereich nur eine
geringere Rolle, und man erhält eine gute Stabilität und einen ausreichend guten
Wirkungsgrad über den gesamten Belastungsbereich.
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Im hohen Belastungsbereich erfolgt die Drehzahlsteuerung zweckmäßigerweise
direkt in Abhängigkeit von der Turbinenbelastung, indem man z.B. vom Dampffluß ausgeht.
Im niedrigen Belastungsbereich kann es schwierig sein, ein genaues Maß für die Belastung
zu erhalten. Deshalb kann es dort zweckmäßig sein, die Regelventile in çAbhägigkeit
vom Wasserpegel im Reaktor zu steuern.
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Da die Regelventile aufgrund ihres Aufbaus auch bei voller Öffnung
dem Fluß einen großen Widerstand entgegensetzen, ist es zweckmäßig, parallel zu
den Regelventilen Absperrventile mit geringem Strömungswiderstand vorzusehen. Diese
Absperrventile sind im hohen Belastungsbereich geöffnet und im niedrigen Belastungsbereich
geschlossen. Das Umstellen der Absperrventile kann von Hand erfolgen oder automatisch
zusammen mit der Umstellung von der Ventilsteuerung zur Drehzahlsteuerung.
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Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erlOutezt werden.
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Es zeigen Fig. 1 ein Übersichtsschaltbild der Erfindung zusammen mit
der Anlage, auf die sie sich bezieht, Fig. 2 ein Prinzipschaltbild der Regelungskreise
gemäß der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt eine Atomkraftanlage mit einem Siedewasserreaktor R,
der über Dampfleitungen L1 und L2 zwei Turbinen>T1, T2 antreibt. Der Dampffluß
in den Leitungen wird mit Flußindikatoren SF1 und SF2 bekannter Art gemessen. Jede
Turbine treibt einen an ein nicht gezeigtes Kraftstromnetz angeschlossenen Generator
G. Die Indexziffern 1, 2 der verschiedenen Komponenten beziehen sich auf die zu
den Turbinen T1
und T2 gehörenden zwei Kreise.
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Die Abgangsseite jeder Turbine ist an einen Eondensator K angeschlossen,
der mit einem Pegelindikator KN versehen ist.
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Auf der Abgangsseite des Kondensators ist eine Eondensatpumpe EP angeordnet,
auf die ein erster Vorwärmer FV folgt.
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Danach folgt die Speisewasserpumpe MP selbst, die mit einem Drehzahlregler
VR versehen ist, mit dessen Hilfe der Pumpenmotor auf die gewünschte Drehzahl gesteuert
wird. Nach der Pumpe MP folgt ein weiterer Vorwärmer FV und danach zwei parallelgeschaltete
Ventile, nämlich ein Regelventil RV und ein Absperrventil AV. An di e die Speisewasserleitungen.
sind hinter den Speisewasserpumpen Flußindikatoren VF angeschlossen.
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Der Siedewasserreaktor ist ebenfalls mit einem Pegelindikator RN versehen.
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Es wird angenommen, daß die Kondensatpumpen KP mit konstanter Drehzahl
betrieben werden uni eine solche Charakteristik haben, daB sie eine na u konstante
Druckzunahme unabhängig von der Flußmenge bewirken. Diese Pumpen nehmen also in
dem hier beschriebenen Beispiel nicht an der Flußregelung teil, die allein über
die Drehzahl der Speisepumpen MP und den Öffnungsgrad der Regelventile RV vorgenommen
wird. Die Kondensatpumpen wirken hier also nur als Drucksteigerer, Die Erfindung
schließt es indessen nicht aus, daß auch die gondensatpumpen aktiv an dem Regelungsablauf
teilnehmen.
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Der Regelungsablauf selbst geht aus dem in Fig. 2 gezeigten Kreisschema
näher hervor, wo die verschiedenen Indikatoren von Fig. 1 und die übrigen Kontrollorgane
zusammengeschaltet gezeigt werden. Das Schema zeigt, wie die verschiedenen Signale
und Regel- und Steuergrößen zusammenarbeiten, und man verwendet elektrische Signale
und Größen, jedoch ist der Erfindungsgedanke nicht auf elektrische Regelkreisglieder
beschränkt; es können z*B. auch pneumatische oder hydraulische Signale verwendet
werden, Die verschiedenen Signale werden in Additionsstellen S algebraisch addiert,
wobei die positive Aufschaltung durch einen Pfeil und die negative durch einen Kreis
gekennzeichnet ist. Solche Additionsstellen können bei digitalen Regelkreisen beispielsweise
ausvor- und rückwärts zählenden Zählern aufgebaut sein.
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Die Absperrventile AV werden von Betätigungsgliedern AM gesteuert,
die von digitalen Signalen gesteuert werden, die hier von den Kontakten OE 11 und
0K 21 der Umschaltorgane Ogl und Og2 symbolisiert werden. Diese Umachaltglieder
werden von der Turbinenbelastung gesteuert, z.B. wie diese von den Dampfflußindikatoren
SF angegeben wird, und die Umschaltglieder haben zweckmäßigerweise den Charakter
von Regelrelais, die bei einem gewissen Belastungsniveau umschalten, das die Grenze
zwischen dem hohen und niedrigen Belastungsbereich angibt. Dabei sprechen sie zweckmäßigerweise
10 % über diesem Niveau an und sperren bei 10 ffi unter diesem
Niveau.
In dem Schema sind beide Umschalter in eingeschalteter Lage gezeigt, was dem hohen
Belastungsbereich entspricht. Wie bereits erwähnt, wird das genannte Grenzniveau
zweckmäßigerweise von der unteren Grenze für eine stabile Drehzahlregelung des Wasserflusses
der Speisepumpen MP markiert. Dabei sollen die Regelventile RV so bemessen sein,
daß ihre volle Iurchströmungskapazität zumindestens genau so groß ist wie das genannte
Grenzniveau.
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Die Regelventile RV werden von Betätigungsgliedern RM gesteuert, die
von analogen Signalen gesteuert werden. Die Bedtigungsglieder RM sind mit Grenzwertgebern
versehen, die in der schematischen Darstellung mit Ausgängen a, b angegeben sind.
Diese Grenzwertgeber markieren zweckmäßigerweise die -oberen und unteren Grenzen
der Regelbereiche der Ventile und entsprechen z.B. 80 zeiger bzw. 10 ff/iger Öffnung
des Regelventils, so daß Signale auf -die Ausgänge a oder b gegeben werden, wenn
das Ventil die entsprechende Grenze erreicht.
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Der Regelungsablauf ist folgender, wenn man von links beginnt: Die
Signale von den Dampfflußindikatoren SF und Wasserflußindikatoren VF werden in den
Additionsstellen S1 und S3 subtrahiert. Das Differenzzignal wird auf den Drehzahlregler
VR der Speisepumpe MP gegeben, so daß, wenn sich die
Flußbalance
in der einen oder anderen Richtung ändert, die Drehzahl der Pumpe herauf- oder heruntergesteuert
wird, Weiter können die Signale von den Dampfflußindikatoren SF als Indikierung
der Belastung verwendet werden und die Umschaltorgane 0K steuern, wie dies bereits
beschrieben wurde.
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Die Signale der Flußdifferenz werden mit einem Signal ergänzt, das
die Abweichung des Reaktorpegels von einem Sollwert angibt. Wie in Fig. 1 gezeigt,
ist der Reaktor mit einem Indikator RN für den Istwert versehen, welcher Indikator
im Steuersystem mit einem Sollwertgeber RNB ergänzt wird. Dessen Signal wird in
einer Additionsstele S2 mit den Signalen von den Dampfflußgebern SF ergänzt, so
daß der Sollwert für den Reaktor belastungsabhängig wird. Bei hoher Belastung erhält
man also eine Zunahme des Sollwertes für den Reaktorpegel, während der Sollwert
bei niedriger Belastung niedrig ist, was der Betriebsweise üblicher Dampfkessel
entspricht. Das Differenzsignal für den Reaktorpegel wird in der Additionsstelle
S4 gebildt und in den Additionsstellen S5 bzw. S6 zu den Flußsignalen von S1 und
S3 addiert.
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Auf die Additionsstellen S5 und S6 wird auch ein Balancesignal für
die Kondensatorpegel von den Gebern KN gegeben, deren Signale in der Additionsstelle
S7 subtrahiert werden.
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Das Differenzsignal wird den Additionsstellen S5 und S6 mit entgegengesetzten
Vorzeichen zugeführt. Auf diese Weise
kann man die Pegel in den
Kondensatoren K einigermaßen gleichhalten.
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Die resultierenden Signale der Additionsstelle S5 und S6 werden bei
hoher Belastung über die Kontakte 0K 12 und 0K 22 sowie die Additonsstellen 510
und S11 den Drehzahl reglern VR der Speispumpen MP zugeführt.
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Wie erwähnt, ist es bei niedriger Belastung unbequem, die Flüsse durch
Drehzahlregelung zu regeln, und zwar wegen einer ungünstigen Drehzahl-Flußcharakteristik
unterhalb einer gewissen Grenze. Außerdem ist es-bei niedriger Belastung schwer,
mit den bekannten Flußindikatoren ein ausreichend genaues Maß für den Fluß zu erhalten.
Man macht daher bei niedriger Belastung die bereits genannte Umschaltung, bei der
die Kontakte OK 11, 0K 12 (OK 21,OK 22) unterbrochen werden, während OK 13 (0K 23)
geschlossen wird.
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Dabei werden die Flußindikatoren SF und FV und im großen und ganzen
die Signalkombinationen von S5 und S6-weggeschaltet.
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Außerdem werden die Absperrventile AV geschlossen.
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Der Speisewasserfluß wird also über die Regelventile RV gesteuert,
deren Betätigungsglied RM teils von dem Differenzsignal für den Reaktorpegelv teils
von den Signalen für die
Kondensatorpegel gesteuert werden, welche
Signale in den Additionsstellen S8 und S9 addiert werden.
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Für die Regelventile RV gilt, daß sie in der Regel in der Mitte des
Regelbereiches am besten arbeiten. Um sie in diesem Bereich zu halten, sind die
Betätigungsglieder RM mit Grenzwertgebern mit Ausgängen a und b versehen, wie bereits
erwähnt wurde. Dies bedeutet, daß, wenn ein Regelventil auf volle Öffnung gesteuert
wird, zu einem gewissen Zeitpunkt ein Signal über dem Ausgang a abgegeben wird,
welches Signal über die Additionsstelle S10 (sie) auf den entsprechenden Drehzahlregler
VR für die Speisepumpe MP gegeben wird, die folglich heraufgesteuert wird. Dabei
nimmt der Wasserfluß von der Pumpe zu, so daß das Regelventil etwas gedrosselt werden
kann. Entsprechend bedeutet ein hartes Drosseln des Regelventils, daß die Drehzahl
der Pumpe heruntergesteuert wird, so daß das Regelventil wieder geöffnet werden
kann. Im niedrigen Belastungsbereich erreicht man also eine Grobregelung des Flusses
durch eine Drehzahlregelung der Pumpe kombiniert mit einer Feinregelung mittels
des Regelventils innerhalb seines besten Regelbereichs. Auf diese Weise kann man
eine Zrtschaftliche und atabile Flußreglung über den ganzen Belastungsbereich erhalten.
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Die von den Betätigungsgliedern RN der Regelventile gesteuert te Drehzahlregelung
kann auch zum Umschalten zwischen hohem
und niedrigem Belastungsbereich
ausgenutzt werden. Dies ist in Fig. 2 mit gestrichelten Linien angedeutet. Danach
werden die Umschaltglieder 0K von den Ausgängen a der Betätigungsglieder PN oder
noch besser von den Ausgangssignalen von dem Drehzahlregler VR gesteuert. Auf diese
Weise kann das Umschalten direkt von dem Istwert der Pumpendrehzahl abhängig sein,
was in vielen Fällen gerade die Größe ist, die die Grenze für eine stabile Reglung
im hohen Belastungsbereich bildet.
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Hieraus geht hervor, daß Pumpenkapazität und -charakteristik, Regelventile
und Flußindikatoren so ;bemessen und gewählt werden müssen, daß die Grenzen für
ihre Arbeitsbereiche gut übereinstimmen.
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Außerdem geht aus Fig. 1 und 2 hervor, daß die beiden Turbinenkreise
vollkommen unabhängig voneinander arbeiten können.
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Dies ist ein Vorteil z.B. beim Ausfallen des einen Kreises oder bei
variierender Belastung,bei der man die.eine Turbine mit voller Belastung oder völlig
unbelastet fährt, während das Regeln durch die andere Turbine erfolgt. Bei über
halber Belastung läßt man dann z.B. den einen Kreis voll belastet und regelt den
anderen. Unter halber Belastung wird dann die letztere Turbine ganz heruntergesteuert,
während die erstere mit variierender Belastung läuft.