仪表控制2.docx

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仪表控制2

第一章核电厂仪表与控制系统概述

1核电厂仪表与控制系统的功能有三种：

信息功能、控制功能、保护功能。

2核测量仪表的4个特点：

1核探测器输出信号幅值低，常需要一些特殊措施以提高信噪比；

2多数核探测器有很高的内阻，可以把它看成是一个电流源。

要求测量电路有很高的输入阻抗；

3要测量的中子注量率范围宽，用一种探测器和测量电路难于满足要求，须采用多种探测器。

脉冲电路的通频带很宽，这对测量电路和传输电路都有很高的要求；

4要求信号具有耐高温、抗辐照、抗干扰、低噪音和高绝缘等特性。

3安全级（简称1E级）的仪表及其供电设备，是完成反应堆安全停堆、安全壳隔离、堆芯冷却以及从安全壳和反应堆排出热量所必需的，或者是防止放射性物质向环境过量排放所必需的。

第二章核电厂核功率监测系统

1通过测量平均中子注量率而获得的反应堆功率叫反应堆的核功率。

2反应堆的热功率，就是由反应堆核燃料提供给冷却剂的总功率。

3这种带电粒子使物质原子分离形成离子对的过程，称为电离，或称原电离，所产生的自由电子叫做次级电子。

如果次级电子的能量足够大，它又可以使物质原子电离，这种电离称为次级电离。

4气体探测器的工作原理（这部分主要是理解气体探测器的工作原理和结构，几个区域稍微了解一下电极收集到的离子数与气体实际电离的离子数目之间的关系即可，主要是记住正比计数器和G-M计数器分别工作在正比区和G-M区）：

气体探测器是一个圆柱形内部充气的密闭容器，容器内有两个相互绝缘的电极，金属圆筒是阴极，圆筒中心的金属丝是阳极，两极之间加有直流高压，如图2-1所示。

当带电离子，如α粒子在穿过容器内的气体时，可以使其电离产生自由电子和正离子即离子对。

离子对在极间电场的作用下输出电信号，可以被测量。

信号大小能反应粒子能量的强弱。

图2-1气体探测器示意图

在外加电压V的作用下，电子和正离子分别向正、负电极漂移而被电极所收集。

但是，电极收集到的离子对数并不等于入射粒子在气体中产生的原电离离子对数N0，而是随着外加电压的变化而变化，如图2-2所示。

纵坐标表示电极收集到离子对的数目，横坐标表示电压的大小，曲线A、B分别表示两种不同粒子的情况。

图中分为、Ⅱ、……Ⅴ等几个区域。

图2-2收集的离子对数与外加电压的关系

复合区（）——当外加电压V为零时，离子进行不规则运动，复合效应是主要的，电极没有收到离子对。

因为离子复合损失随电压增大而减小，所以，电极收集到的离子对数N随着电压增大而增加，但是，总小于原电离离子对数N0。

饱和区（Ⅱ）——当外加电压增加到一定数值时，复合效应基本消失，原电离离子对数N0全部被电极收集，达到饱和。

而且在一定电压范围内，维持不变，反映了原电离的大小，这个电压范围叫饱和区。

衬硼电离室就工作在此区。

正比区（Ⅲ）——外加电压超过饱和区后，电极收集到离子对数N大于原电离离子对数N0。

这是因为在此区内，外加电场增强，电子在向中心电极运动不断获得能量，以至于有足够的能量产生二次电离、三次电离，使离子对数增长很快，形成气体放大作用，放大倍数为M=N/N0。

外加电压越高，M越大。

当V一定时，M是定值，即N正比于N0。

正比计数管就工作在此区。

有限正比区（Ⅳ）——当电压继续增高，气体放大倍数较大，产生大量的离子对滞留在气体空间形成空间电荷，它们所产生的电场部分抵消外加电场，从而限制气体放大作用。

收集到的离子对数N不再与原电离离子对数N0成正比。

此区为有限正比区。

通常，探测器的工作电压不选在该区。

盖格—弥勒区（Ⅴ）——外加电压继续增大，气体分子被激发的作用就不可忽视了，激发分子和原子在退激时发出光子，光子与阴极碰撞时击出光电子，光电子又会被电场加速产生另一次电离放大，如此反复，就会在中心电极附近迅速产生大量离子，即发生“雪崩”现象。

在此区域，收集到的离子对数与原电离离子对数N0无关。

G—M计数器工作在这一区域。

连续放电区——外加电压再增高，电极间的气体被电压击穿，气体连续放电，有光产生，电晕管、闪光室等工作在该区。

由上述可知，气体探测器可用于测量带电粒子。

而中子探测器，如涂硼电离室、涂硼正比计数管、裂变电离室等，它们是用来测量中子的，虽然它们的工作原理与气体探测器相近，但两者有区别。

由于中子不带电，中子在物质中不能直接引起电离。

它是通过中子与某种原子核相互作用，产生可以被测量的带电粒子，并记录这些带电粒子，这样就可以间接地测量中子了。

所以，中子探测器必须具有能与中子发生核相互作用产生被探测的粒子的物质。

这是中子探测器的特点。

5涂硼电离室：

它是一个密封的筒形容器，容器内充有以氩气为主的混合气体（1%氦+6%氮+93%氩），电级表面涂有硼（10B）。

如图2-3所示。

工作时两级之间加有直流电压。

图2-3涂硼电离室结构原理

入射热中子与10B发生（n，α）反应如下

由上式可知放出的就是α粒子，它和在穿过气体时使其电离生成离子对。

离子在外电场作用下运动形成电流信号。

通过测量这个电流的大小即可知道该电离室所处位置中子注量率的强弱。

当中子注量率一定时，电离室的输出电流随外加电压的增大有小的变化，这个电流缓慢变化的电压区域称为饱和区，也称坪。

如图2-4中V1到V2之间区域。

ΔV=V2-V1称为坪长。

中子注量率越高，坪长越窄。

显然，在饱和区内电流变化越小越好；用坪斜表示这个特性。

定义饱和区内输出的电流变化的百分数与坪长的比称为坪斜，即

坪斜=

图2-4涂硼电离室的伏-安特性

6压水堆常用的是涂硼正比计数管（记住堆芯外核测功率测量系统中，源量程通道用的就是涂硼正比计数管）。

7微型裂变室的电极表面覆盖一层高浓度的UO2，室内充有氩气，工作是两级间加有直流电压。

8自给能中子探测器是利用其中子活化材料的放射性衰变来产生电流信号的不需要外加电源。

它是由发射体、收集体、绝缘体和导线四部分组成的。

9通常把功率的测量范围分为三个区段来完成，即源量程、中间量程和功率量程。

源量程通道用是涂硼正比计数管,中间量程通道用的是r补偿电离室，功率量程中的四个测量通道用六段长电离室。

10堆芯中子注量测量系统的功能：

（可以归纳为六点，启堆的1和正常的1同，启堆的4和正常的4同）

ⅰ在启堆试验期间的功能

1检查寿期初堆芯功率分布是否与设计期望的功率分布相符；

2检查用于事故工况的热点因子是否是保守的；

3探测反应堆在装料中可能出现的差错；

4校准堆芯外核测量仪表测量通道。

ⅱ在正常运行期间的功能

1检查与燃耗对应的功率分布是否与设计期望的功率分布相符；

2监测各燃料组件的燃耗；

3探测堆芯是否偏离正常运行；

4校准堆芯外核测量仪表。

第三章自动控制与调节基本知识

1系统在初始为x0、y0状态下，在单位阶跃信号输入时，系统被控参数的响应曲线如图3-1所示。

图3-1系统的单位阶跃响应曲线

1最大动态偏差A和超调量Mp—Mp的定义是第一个波峰值y1与稳定值y（∞）之比，以百分数的形式给出，即

2调节时间Ts—也称过度过程时间，这是指响应曲线从输入信号开始，到最后进入偏离给定值的误差为±5%（或±2%）范围内，并且不再越出这个范围的时间，如图3-1中的

2设有一个线性n阶定常系统，它的微分方程为A式（掌握到四阶即可）

（A）

对其进行拉氏变换，由于初始条件为零，得

最后的传递函数为：

3两个传递函数的串联如下所示：

串联后的传递函数为：

4两个传递函数的并联如下所示：

并联后的传递函数为：

4在过程控制系统中，调节器采用的基本调节规律有比例（Proportioner）、微分（Differentiator）和积分（Integrator）简称PID调节器。

第四章核电厂控制系统概述

1压水堆的内部效应对反应性ρ的影响因素：

慢化剂反应性温度系数、燃料反应性温度系数、毒物对反应性的影响、空泡系数。

（毒物的名词解释：

热中子反应堆在运行中会产生许多裂变产物，其中有些裂变产物具有很大的热中子吸收截面，对反应性有明显的影响，称它们为毒物）

2核电厂稳态运行方案是指核电厂在稳态运行条件下，以负荷或反应堆功率为基础，各运行参数，如温度、压力和流量等与功率之间应遵循的相互关系的特性。

3压水堆运行方案的选择，（掌握冷却剂平均温度恒定运行方案和蒸汽发生器压力恒定运行方案，才能理解折衷时的选择原则）一般应考虑以下几方面的要求：

1一回路冷却剂平均温度Tav变化不能太大；

2蒸汽发生器出口蒸汽温度Ts不能太低；

3反应堆功率变化的速度必须满足在一定范围内跟踪负荷变化的要求；

4避免跟踪电网负荷变化时，控制棒组移动过大，造成反应堆功率分布畸变。

冷却剂平均温度恒定运行方案与蒸汽发生器压力恒定运行方案都不能同时满足上述几项要求，取其优点，克服缺点，现在大多数压水堆核电厂都选用了下式表示的折衷方案。

Tav=Tavo+KPr

式中：

Tavo为零功率时的平均温度；K为Tav与Pr成线性关系的斜率；Pr有%Pn表示的相对功率。

采用这种方案时，当输出功率变化时，允许Tav和Ts都有些变化，不利的因素由一回路与二回路共同承担，不致于对某一个回路的设备限制太强，要求过高。

4“机跟堆”的运行方式，简称A模式；负荷跟踪运行方式要求电厂机组的输出与电网需求相适应，这是一种“堆跟机”的运行方式，简称G模式。

第五章核电厂反应堆控制系统

1有效增值系数堆内某带种子数总数同前一代种子总数之比

2反应性表征反应堆偏离临界程度的参数，用以衡量反应堆功率变化的速率。

3影响反应性的因素：

燃耗的影响，温度效应，中毒效应。

4毒物的中毒效应：

毒物吸收中子而对反应性产生影响

5堆芯寿期：

从大于1逐渐降低到1，反应堆满功率运行的时间

6剩余反应性：

当所有控制毒物全部从反应堆芯中抽出后，反应堆具有的反应性，也称后备反应性，用表示。

7停堆深度：

把所有控制毒物都放入堆芯后，反应堆具有的负反应性，用表示。

8反应性控制能力：

全部控制毒物抽出反应堆堆芯到放入反应堆堆芯，所引起的反应性变化的绝对值就是全部控制毒物所具有的反应性价值，它表示全部控制毒物的反应性控制能力，用表示。

=+

9反应性的控制方法：

控制棒组件，可溶性毒物，可燃毒物棒

压水堆在第一次装料时，堆芯中全部燃料都是新的，堆的剩余反应性很大，所以采用可燃毒物棒，来补偿由于首次装料造成的过大的剩余反应性。

可燃毒物采用硼硅酸盐玻璃作为吸收体，要求可燃毒物燃耗释放出来的反应性基本上等于同时间燃料消耗所减小的反应性。

10控制棒组件分为黑棒组件和灰棒组件，组成控制棒的24根吸收体全部是Ag-In-Cd合金材料的叫黑棒组件；只有8根是Ag-In-Cd合金材料，其余16根是不锈钢材料的成为灰棒组件。

11控制棒的反应性价值：

控制棒所能控制的反应性，即某一根控制棒全部从全部提出堆芯倒全部插入堆内所引起的反应性变化称为该控制棒的反应性价值。

12控制棒插入堆芯某一高度所引起总的反应性变化，称为该控制棒在这一高度的积分价值。

13控制棒在队内移动单位长度所引起的反应性变化，称为控制棒的微分价值，单位pcm/步。

14控制棒正常提升时，各线圈的通断顺序详见P70

15控制棒正常下降时，各线圈的通断顺序详见P72

16控制棒位置监测系统

棒位传感器的工作原理（原理不用，只要知道采用差分变压器即可）P74采用差分变压器

17把热点因子定义为堆芯最大线功率密度与堆芯平均线功率密度之比，即=

18轴向功率偏移AO（%），定义为堆芯上部功率（%）与堆芯下部功率（%）之差除以堆功率

轴向功率偏差：

堆芯上下部分功率的绝对差。

19影响轴向功率分布的因素：

慢化剂温度效应的影响，控制棒组件移动的影响，燃耗的影响，