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浅谈蒸汽发生器水位控制

【摘要】通过对核电厂蒸汽发生器水位控制原理的介绍，分析虚假水

位的产生机理及影响，结合一些运行实际操作，对影响蒸发器水位变化的

主要因素研究和分析，找到对水位控制切实可行的方法。

【关键词】蒸发器;虚假水位;核功率;手动干预

1蒸发器水位控制原理

秦山核电一厂30万机组的两台蒸发器都配有以调节蒸发器水位稳定

在程序水位上目的的单冲量调节系统和三冲量调节系统。为克服低功率时

主给水调节阀小开度控制上的困难，及给水与蒸汽流量测量上的困难，设

置了与主给水调节阀并联的旁路给水调节阀。单冲量调节适用于低功率水

平下，主蒸汽流量在18%额定蒸汽流量下的调节，此阶段主给水调节阀全

关，由旁路给水调节阀接受单冲量调节器输出进行调节。三冲量调节适用

于主蒸汽流量大于18%至满功率，此阶段旁路给水调节阀全关，由主给水

调节阀接受三冲量调节器输出进行调节。

由于受测量仪表精度的限制，低功率时，采用单冲量调节器工作，核

功率的变化率信号作为单冲量调节器的前馈信号，蒸发器水位信号为反馈

信号。当水位改变时，由反馈调节来保证被调水位等于给定值。另一方面

当功率变化时，还未等到水位发生变化，前馈量核功率的变化率信号就向

旁路给水调节阀给出了动作信号，及时消除了核功率的扰动影响，进而达

到快速响应的目的。

三冲量控制是一种稳定的动态响应串级控制系统。三冲量调节系统由

主调节器和副调节器组成。主调节器也叫水位调节单元，它的功能是根据

水位来改变给水量。副调节器也叫给水调节单元，它的功能是保持给水和

蒸汽的质量平衡。三路实际水位中值经一阶惯性环节与程序水位的偏差信

号，通过主调节器比例加积分环节，该输出信号作为副调节器比例加积分

环节的设定，三路蒸汽流量、给水流量的中值偏差信号作为副调节器比例

加积分环节的反馈，通过副调节器的比例加积分环节改变给水量，保持给

水与蒸汽质量平衡，实现蒸发器水位保持在程序水位上。

1.1蒸发器水位控制困难的原因

1.1.1设计不合理

SG水位很不合理，正常运行时负荷由低至高，程序水位为9.9m～

10.4m;而蒸发器水位保护的定值：高高水位停机是10.90m;低低水位停堆

是9.31m。正常滿功率运行时水位控制范围仅0.5m，且蒸发器高水位报警

定值是10.7m，这就给调节系统出了很大的难题，一旦调节系统出现故障

或者机组出现瞬态引起蒸发器水位异常上涨，即便想去切至手动干预，从

判断到作出正确响应，存在很大的时间压力。

1.1.2虚假水位

在瞬态工况或负荷变化率较大时，蒸汽流量的变化会引起蒸发器水位

的变化，但这种变化可能会引起的给水流量的变化是反方向的。例如：负

荷突然增加时，蒸汽流量增加，蒸汽流量的增加从质量平衡的关系来讲应

该增加给水量，但是蒸汽发生器管束的沸腾段产生更多的汽泡，使循环流

动的阻力压头增加，循环流量减小，给水将聚积在下降通道的上部环形空

间内，水位上升。另外，蒸汽流量增加，被汽水分离器分离出的再循环流

量也增加，使水位进一步上升，这种现象称为“水位肿胀现象”（即所谓

的虚假液位），它会进而引起给水流量的减小。反之，当负荷突然减小时

会出现’水位收缩现象”。

而三冲量调节系统能在一定程度上克服虚假水位的影响。利用实际测

量的水位信号，经过一阶惯性环节，使水位膨胀期间瞬变信号被延时，而

使蒸汽流量——给水流量的偏差信号能够增加给水量，达到正确动作的目

的。另一方面是利用水位调节单元输出的流量误差和蒸汽流量信号的变化

趋势相反的这一特点来实现消除虚假液位的影响。例如：汽轮机功率上升，

一方面蒸汽流量增加，蒸汽流量的信号上升，另一方面由于膨胀作用水位

调节单元输出的流量误差信号下降，这两个信号求和的结果是相互抵消，

使得给水流量在蒸发器水位“膨胀”期间能保持不变，虽然待“虚假液位”

过后，蒸汽流量信号将占主导作用，接受实际的水位信号也起作用。三冲

量调节系统并不能很好的在克服虚假水位的影响，无论是应对突升负荷还

是突降负荷，给水调节阀的响应还是出现了较大的反向调节，以致使蒸发

器水位在虚假水位峰值之后出现了第二次反向峰值。

1.1.3低功率运行期间水位不稳定因素

在正常功率运行期间，系统参数变化平稳，蒸汽发生器内汽水之间的

相对稳定，蒸发器水位调节系统能够很好的控制水位稳定。但是在低功率

运行期间，由于系统的释热与储热都较低，从而会使核功率、一回路平均