用于增压水反应器蒸汽发生器的给水控制系统和方法

现有的80+系统给水控制系统(FWCS)在5％至100％功率范围内 自动控制蒸汽发生器的给水流量。但是，低于5％功率时手工操作控制 给水。现有的给水控制系统(FWCS)利用蒸汽流量输入信号、给水流 量输入信号和蒸汽发生器功率级输入信号产生输出信号，该输出信号 控制给水阀门的位置和给水泵的转速。

系统中有大的节流器给水阀门，小的排水管给水阀门和非常小的启 动给水阀门。启动给水控制阀处于与排水管给水阀门并联的位置。大 的节流器给水控制阀在20％至100％功率范围内由上述给水控制系统 的三个信号自动控制。而小的排水管给水阀门在5％至20％功率范围 内仅由给水控制系统的蒸汽发生器功率级信号自动控制。此外，当功 率级在0％至5％之间时，由操作人员手工控制非常小的启动给水阀 门。

本发明的一个目的是简化给水控制系统的设计，使得系统更可靠， 并减小它的主要操作费用，在现有给水控制系统中，根据所处的功率 级，有两个自动操作系统和一个人工操作系统。本发明的另一目的是 通过扩大现有的小排水管阀门和大节流器给水阀门的工作范围，提供 比现有技术特别是80+系统的给水控制系统更可靠的给水系统。本发明 的再一目的是增加自动控制给水工作范围到0％功率级，由此解放在功 率级小于5％工作时监视和操作给水控制系统的操作人员。

上述要求和其它要求可由增压水蒸汽发生系统的给水控制系统来 满足，该给水控制系统包括蒸汽发生器，至少一个接收给水控制系统 输出信号的给水泵，节流器给水控制阀和排水管给水控制阀，该节流 器给水控制阀接收输出信号并且当给水控制系统的功率级在第一预定 范围时自动控制蒸汽发生器的给水流量，该第一预定范围优选为大约 10％至100％之间，该排水管给水控制阀接收输出信号并且当功率级在 第二预定范围时自动控制蒸汽发生器的给水流量，该第二预定范围优 选为0至大约10％之间。各节流器给水控制阀和排水管给水控制阀的 最大阀门调节率为50。

给水控制系统还包括第一输入信号，第二输入信号和第三输入信 号，该第一输入信号由蒸汽发生器的给水流量确定，该第二输入信号 由蒸汽发生器的蒸汽流量确定，该第三输入信号由蒸汽发生器的功率 级确定。第一，第二和第三信号结合起来确定第一预定功率级范围内 的输出信号，而在第二预定功率级范围内则由第三输入信号单独确定 输出信号。

本发明的给水控制系统的一个好处是能够自动从结合第一、第二 和第三输入信号转换到仅仅由第三输入信号来确定在预定功率级，即 在大约10％功率时的输出信号。本发明的另一好处是使用的阀门更 少。

上述要求和其它要求也可由控制增压水反应器中蒸汽发生器的 给水供给的方法来满足，该方法包括以下步骤：将给水控制系统的输 出信号提供给至少一个给水泵、节流器给水控制阀和排水管给水控制 阀；当给水控制系统的功率级在第一预定范围时自动控制从给水泵供 给蒸汽发生器的给水流量，该第一预定范围优选为大约10％至100％ 之间；以及当功率级在第二预定范围时自动控制从排水管给水控制阀 供给蒸汽发生器的给水流量，该第二预定范围优选为0至大约10％之 间。此方法中，各节流器给水控制阀和排水管给水控制阀的最大阀门 调节率为50。

本方法还包括以下步骤：提供由蒸汽发生器的给水流量确定的第 一输入信号，提供由蒸汽发生器的蒸汽流量确定的第二输入信号，提 供由蒸汽发生器功率级确定的第三输入信号，在第一预定功率级范围 内结合第一，第二和第三输入信号来确定输出信号，以及在第二预定 功率级范围内仅由第三输入信号确定输出信号。

本方法还包括这一步骤：自动从在第一预定功率级范围内结合第 一、第二和第三输入信号来确定输出信号的步骤转换到在第二预定功 率级范围内仅仅由第三输入信号来确定输出信号的步骤。

图1所示为根据本发明原理，扩大工作范围的自动给水控制的工 作结构图。

图2所示为根据本发明原理的给水控制系统的电路图。

这样的系统可以满足上述要求，该系统能够在反应器功率从0到 100％的全范围内自动控制供给增压水反应器(PWR)蒸汽发生器的给 水量。

蒸汽供给系统，例如ABB核能燃烧工程(Combustion Engineering Nuclear Power)(ABB-CENP)核能蒸汽供给系统，有两个基本相同的 给水控制系统，一个供给蒸汽发生器A10，一个供给蒸汽发生器B11， 如图1所示。图2为各给水控制系统的控制逻辑(control logic) 的实例。

给水控制系统通过处理传感器发出的信号并控制泵和阀门来控 制给水流量，如图1所示。首先，各给水控制系统接收不同信号源的 输入信号，该信号在图2中用数字表示。这些信号传送的数据包括蒸 汽发生器给水流量13，蒸汽发生器蒸汽流量12和蒸汽发生器功率级 14。蒸汽发生器功率级14由功率级传感器22提供并在信号处理单元 16中进行处理。给水流量信号由总给水流量传感器23提供。蒸汽发 生器蒸汽流量信号12由蒸汽流量传感器24提供。给水流量信号13 和蒸汽流量信号12信号在处理单元15中结合并进行处理。当反应器 功率级大于10％时，给水流量信号和蒸汽流量信号12，13的结合信 号再与蒸汽发生器的功率级信号结合。

接收和处理这些信号后，控制器17产生输出的流量需求(FD) 信号18。FD信号18再被处理成输出信号，该输出信号分别由给水泵 19a，节流器给水控制阀20和排水管给水控制阀21接收。

当给水泵工作时各给水控制系统可以处于自动模式，控制阀能够 控制给水流量，这样就可以保持稳定的SG水位。不过，在已有的给 水控制系统中，如ABB-CENP FWCS，反应器功率级和蒸汽负荷必须近 似为5％或者更高才能建立这种自动控制模式，通常是15％到20％。

为了在反应器功率级和蒸汽负荷小于5％时对SG水位自动控制， 去掉了存在于现有发生器中的启动给水控制阀。从0％功率到大约10 ％功率时，根据SG水位自动控制排水管给水控制阀以取代启动给水 控制阀。

在0％功率时，确定为工作中的零功率状态，四个主给水反应器 冷却泵19a(各蒸汽发生器只表示了一个)都工作。反应器冷却泵产 生17MWt的泵热(即全功率工作的0.4％)。全功率工作时产生相当于 3931MWt的热量。

假定通过给水流量控制阀的额定压降为40磅/平方英寸(psi)， 并采用零功率工作条件下为了除去17MWt的泵热所需的给水流量，利 用标准的工程方法，很容易计算出所需的阀门流量系数(Cv)为每个 蒸汽发生器8.2。排水管给水控制阀21在其控制的最大功率状态需要 流过10％功率级的流量，利用相同的流动条件，排水管给水控制阀 21所需的Cv为305。这样，排水管阀门的调节率为305/8.2＝37。阀 门调节率是标准工程术语，定义为最大流量条件时的Cv除以最小流量 条件时的Cv。目前用于给水流量控制的阀门调节率可达到为50。因此 排水管阀门调节率为37是合理的。

节流器阀门所需的流量范围要求由10％功率流量条件和全功率 流量条件下的节流器阀门开启度来确定。采用上述同样的工程方法， 系统80+的全功率Cv要求大约为2750，10％功率时Cv为194。因此导 致调节率为14，这非常合理。额外的调节余量允许两个阀门在10％ 功率点时同时打开，此时节流器阀门打开，排水管阀门仍然打开。在 10％功率这一过渡点上，排水管阀门自动部分关闭，以使得这一功率 级所需的给水流量的大部分流过节流器阀门。

人工操作的启动给水阀门是用于在冷停车(cold shutdown)过程 中不能用自动给水控制系统时提供供给蒸汽发生器的能力，而根据本 发明的原理，去掉了该启动给水阀门。本发明中，新的排水管阀门能 够以每个蒸汽发生器大约300加仑/分钟的流量来供给蒸汽发生器。 这个流量适于供给蒸汽发生器。在这一流量下需要供给每个蒸汽发生 器大约三个小时。因此，在冷停车状态下，本发明也有供给蒸汽发生 器的工作能力。

因此，本发明包括通过扩大当前系统80+设计中已有的排水管阀 门和节流器给水阀门的工作范围来省略小型的人工操作的启动给水 阀门。同时，本发明还包括从0到100％的功率范围内对蒸汽发生器 给水自动控制。因此，这一改进简化了给水控制系统的设计，提供了 更可靠的系统，增加了自动给水控制的工作范围，同时减小了给水控 制系统的主要费用。

通过对本发明实施例的描述，应当知道本发明并不拘泥于这里所 描述的实施例的限制。本领域技术人员实施的各种变化和改进都没有 脱离由附加的权利要求所限定的本发明的精神和范围。