核電站反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱能，經(jīng)反應(yīng)堆冷卻劑在蒸汽發(fā)生器內(nèi)把熱量傳遞給二回路水，所產(chǎn)生的飽和蒸汽供給汽輪機(jī)做功。在核島一側(cè)，為適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化要求，反應(yīng)堆功率變化的速率必須滿足跟蹤電網(wǎng)負(fù)荷變化的要求;在常規(guī)島一側(cè)，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)功率需求自動(dòng)調(diào)節(jié)蒸汽進(jìn)汽閥開度，以調(diào)節(jié)輸出功率。
　　
　　一、反應(yīng)堆控制G模式
　　
　　反應(yīng)堆控制的基本目的是使一回路產(chǎn)生的熱功率與二回路所吸收的熱功率相等，這就要求反應(yīng)堆功率
　　
　　的變化必須跟蹤電網(wǎng)負(fù)荷變化，但同時(shí)應(yīng)避免跟蹤網(wǎng)負(fù)荷變化時(shí)控制棒的移動(dòng)過于頻繁而造成堆芯功率分布不均。
　　
　　為了滿足上述要求，反應(yīng)堆控制系統(tǒng)采用G模式，其特點(diǎn)是:反應(yīng)堆堆芯控制棒設(shè)有溫度調(diào)節(jié)棒組（R棒組）和功率補(bǔ)償棒組（G棒組），通過調(diào)節(jié)R棒組、G棒組插入深度和硼濃度來協(xié)調(diào)控制反應(yīng)堆的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆快速跟蹤負(fù)荷變化的功能。
　　
　　反應(yīng)堆功率控制接受來自汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的信號(hào)，這些信號(hào)是控制反應(yīng)堆G模式運(yùn)行的，稱G模式接口信號(hào)，包括4個(gè)邏輯信號(hào)和8個(gè)模擬信號(hào)（圖1）。　　
　　二、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)
　　
　　汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)汽輪機(jī)進(jìn)汽閥對(duì)汽輪機(jī)實(shí)施功率控制、頻率控制和壓力控制，并對(duì)機(jī)組的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速實(shí)施超速限制、超加速限制、負(fù)荷速降限制和蒸汽流量限制，使機(jī)組經(jīng)濟(jì)安全地運(yùn)行于各種工況。
　　
　　汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制設(shè)備由微處理器構(gòu)成，按其功能分為兩層：基層調(diào)節(jié)器（下位機(jī)）和上層控制器（上位級(jí)）。下位機(jī)包括下位機(jī)鍵盤和閥門模塊，在上位機(jī)失效情況下，基層調(diào)節(jié)器仍能對(duì)汽輪機(jī)實(shí)施增/減負(fù)荷和增/減轉(zhuǎn)速的控制。上位機(jī)包括上位機(jī)鍵盤、單元處理機(jī)和外圍設(shè)備，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力控制、壓力控制、自動(dòng)負(fù)荷控制等功能。
　　
　　三、控制原理
　　
　　3.1壓力控制原理
　　
　　汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力控制實(shí)質(zhì)上是限制高壓缸進(jìn)口蒸汽壓力zui大值或限制進(jìn)口壓力的上升速率。給定機(jī)組出力限值，當(dāng)機(jī)組出力大于限值時(shí)，進(jìn)汽壓力控制自動(dòng)投入;反之，則退出。
　　
　　核電站汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力控制的作用是:當(dāng)反應(yīng)堆功率即將達(dá)到滿負(fù)荷時(shí)，先穩(wěn)定汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力，操縱員確認(rèn)后，進(jìn)汽壓力再以較低的上升速率上升，以防止反應(yīng)堆超調(diào)，稱為壓力控制反應(yīng)堆模式[1]。
　　
　　參與壓力控制的G模式接口信號(hào)有"進(jìn)汽壓力整定值"和"進(jìn)汽壓力測量值"。
　　
　　3.2壓力控制反應(yīng)堆模式
　　
　　反應(yīng)堆壓力控制模式在反應(yīng)堆功率信號(hào)滿足條件時(shí)自動(dòng)投入。核儀表系統(tǒng)在4個(gè)功率分區(qū)的功率測量值P＞96%Pn時(shí)，采用4取2邏輯原則，向汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出l個(gè)P＞96%Pn的l0s脈沖信號(hào)，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)入反應(yīng)堆壓力控制模式。　　
　　反應(yīng)堆壓力控制原理如圖2所示，96%Pn信號(hào)置開關(guān)K3向右，置開關(guān)K2、K4閉合，并將與開關(guān)K4聯(lián)動(dòng)的開關(guān)K5置向下。"比較及存儲(chǔ)"模塊記憶并輸出當(dāng)時(shí)實(shí)測進(jìn)汽壓力px，px經(jīng)開關(guān)K3至加法器。開關(guān)K1是在上位機(jī)鍵盤上的"壓力釋放"鍵，操縱員沒有干預(yù)時(shí)，K1是斷開的，加法器的輸出為px。低選門在操縱員設(shè)置的進(jìn)汽壓力限值Pr2與大值中選出1個(gè)低值。比例積分環(huán)節(jié)維持汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力不變，汽輪機(jī)功率及反應(yīng)堆功率也維持不變。蒸汽壓力限值通過上位機(jī)設(shè)置，一般定在-50%到105%之間。壓力限值pmax（一般設(shè)置為105%SD）與px的差值經(jīng)開關(guān)K4至開關(guān)K1。
　　
　　待核功率穩(wěn)定后，操縱員確認(rèn)可以繼續(xù)升負(fù)荷時(shí)按下"壓力釋放"鍵，使開關(guān)K1閉合，"速率限值比較器"的輸出以操縱員設(shè)置的升壓速率向（pmax—px）過渡，通過開關(guān)K2到加法器。加法器輸出pr1在px基礎(chǔ)上逐漸增加，調(diào)節(jié)汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力以zui大值為0.003pmax/min的速率緩慢上升。
　　
　　反應(yīng)堆壓力控制模式實(shí)現(xiàn)核功率低于96%Pn時(shí)，反應(yīng)堆快速跟蹤負(fù)荷變化，當(dāng)反應(yīng)堆核功率超過96%Pn以后，升負(fù)荷時(shí)先維持汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力不變，再以緩慢速率上升。防止反應(yīng)堆在接近滿負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生超調(diào)。
　　
　　在比例積分環(huán)節(jié)內(nèi)，實(shí)際進(jìn)汽壓力與進(jìn)汽壓力整定值pr比較，當(dāng)進(jìn)汽壓力p低于壓力限制值pr時(shí)，比例輸出Gp為105%SD，積分輸出為零，調(diào)節(jié)器輸出為105%SD，加載到閥門模塊時(shí)，不起限制作用。當(dāng)進(jìn)汽壓力p高于整定值pr時(shí)，比例輸出Gp小于105%SD，積分輸出隨時(shí)間逐漸增加，調(diào)節(jié)器輸出GL隨時(shí)間逐漸降低。下位機(jī)的每個(gè)閥門模塊持續(xù)計(jì)算汽輪機(jī)運(yùn)行的蒸汽參數(shù)，當(dāng)進(jìn)汽壓力p降低到閥門模塊的蒸汽需求量計(jì)算值時(shí)，壓力控制入列，GL調(diào)節(jié)（降低）汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力。當(dāng)進(jìn)汽壓力p再次降低到pr后，積分器清零，調(diào)節(jié)器輸出105%SD，退出壓力控制。
　　
　　在實(shí)際運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)p接近pr時(shí)易引起壓力波動(dòng)。分析其原因在于比例積分環(huán)節(jié)沒有加入死區(qū)。為此微機(jī)調(diào)節(jié)器軟件設(shè)置了死區(qū)△（見圖2），當(dāng)進(jìn)汽壓力降低到p-△時(shí)再將積分器清零，可以消除p接近pr時(shí)的壓力波動(dòng)。
　　
　　3.3運(yùn)行
　　
　　反應(yīng)堆壓力模式是在反應(yīng)堆功率邏輯信號(hào)控制下自啟動(dòng)的，這個(gè)功率邏輯信號(hào)是壓力控制反應(yīng)堆模式能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。在現(xiàn)場試驗(yàn)過程中就曾出現(xiàn)過功率信號(hào)引發(fā)的反應(yīng)堆壓力模式異常的情況。試驗(yàn)要求機(jī)組從滿負(fù)荷998MW下降到5OOMW（期間G棒自動(dòng)，R棒手動(dòng)），再重新升負(fù)荷到998MW。在試驗(yàn)過程中，負(fù)荷下降到930MW時(shí)，G棒停留約1.5min,未跟蹤功率。沒有發(fā)現(xiàn)其它異常后繼續(xù)降負(fù)荷到500MW，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)上位機(jī)人機(jī)界面沒有任何信息顯示。再以50MW/min速率升至滿負(fù)荷過程中，上位機(jī)2次顯示進(jìn)入反應(yīng)堆壓力模式。　　
　　圖3為96%Pn信號(hào)動(dòng)作/復(fù)位邏輯。首先分析核儀表系統(tǒng)送給汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的反應(yīng)堆功率（96%Pn）信號(hào)。核儀表系統(tǒng)在反應(yīng)堆的4個(gè)功率區(qū)分別設(shè)置4個(gè)功率探頭，功率信號(hào)經(jīng)閥值繼電器輸出開關(guān)量信號(hào)，核功率P＞96%Pn的信號(hào)通過4取2邏輯輸出，向汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)送出1個(gè)l0s觸發(fā)信號(hào)。復(fù)位條件是核功率低于96%Pn，經(jīng)4取3邏輯輸出信號(hào)送汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。正反邏輯通道是相同的繼電器及節(jié)點(diǎn)。
　　
　　核儀表系統(tǒng)4個(gè)功率區(qū)的功率信號(hào)輸出時(shí)，存在繼電器回差值差異的問題，曾對(duì)這4個(gè)繼電器的回差值進(jìn)行測量發(fā)現(xiàn)，其中1個(gè)繼電器回差值較高，約為93mV，另外3個(gè)回差值約為3OmV，回差分布不均。這樣可能會(huì)出現(xiàn)下述問題:當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷下降到930MW時(shí)，對(duì)應(yīng)核功率約為96%Pn，回差小的3個(gè)繼電器滿足復(fù)位條件，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)退出壓力控制反應(yīng)堆模式。核儀表系統(tǒng)功率測量設(shè)計(jì)精度為0.5%～0.8%，核功率在96%Pn上下時(shí)，會(huì)出現(xiàn)功率測量波動(dòng)。如果這種波動(dòng)恰巧造成一功率測量值為96%Pn，符合閾值繼電器“4取2動(dòng)作"邏輯，壓力控制自動(dòng)進(jìn)入反應(yīng)堆模式。"比較及存儲(chǔ)"模塊記憶并輸出當(dāng)時(shí)汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力px，px經(jīng)K3送加法器。pmax-px的差值經(jīng)開關(guān)k4至開關(guān)K1。然而，由于上位機(jī)沒有顯示，操縱員沒有按下"壓力釋放"鍵，K1是斷開的，加法器的輸出為px。低選門在操縱員設(shè)置的進(jìn)汽壓力限值與px值中選出1個(gè)低值。比例積分調(diào)節(jié)器維持汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力不變，反應(yīng)堆功率也維持不變，造成G棒短時(shí)停留。
　　
　　由于沒有按下"壓力釋放"鍵，"比較及存儲(chǔ)"模塊記憶數(shù)據(jù)是在負(fù)荷下降到930MW時(shí)的進(jìn)汽壓力px。當(dāng)負(fù)荷重新上升到930MW時(shí)，在比較器內(nèi)，比較實(shí)測進(jìn)汽壓力p與參考?jí)毫r，進(jìn)汽壓力p高于參考?jí)毫r（記憶壓力px），調(diào)節(jié)器輸出GL隨時(shí)間逐漸降低，壓力控制反應(yīng)堆模式入列。這就是在上位機(jī)上*次出現(xiàn)的壓力控制反應(yīng)堆模式。
　　
　　機(jī)組升負(fù)荷，核功率繼續(xù)上升到96%Pn時(shí)，核儀表系統(tǒng)向汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出真實(shí)的96%Pn信號(hào)，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)正常進(jìn)入壓力控制反應(yīng)堆模式。這是上位機(jī)出現(xiàn)的*次壓力控制反應(yīng)堆模式。
　　
　　四、關(guān)于繼電器的探討
　　
　　繼電器的特性（圖4）是當(dāng)輸入激勵(lì)量達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，在電氣輸出電路中，被控參量發(fā)生預(yù)定階躍變化。電磁繼電器是傳統(tǒng)的邏輯元件，它的驅(qū)動(dòng)能力輯強(qiáng)，輸出狀態(tài)表現(xiàn)為電阻為零或無窮大，廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)。電磁繼電器動(dòng)作的直觀性，更容易取得人們的信任。因此，在控制回路中的一些重要環(huán)節(jié)，一般偏向于采用電磁繼電器。
　　對(duì)繼電器的主要技術(shù)參數(shù)[2]"返回系數(shù)"是這樣定義的:返回系數(shù)是返回電壓（電流）與動(dòng)作電壓（電流）之比。不同用途的繼電器要求有不同的返回系數(shù)。控制用繼電器，其返回系數(shù)一般要求在0.4以下，以避免電源電壓短時(shí)間的降低而自行釋放。保護(hù)用繼電器要求有較高的返回系數(shù)（0.85以上），使繼電器能反映較小輸入量的波動(dòng)范圍。繼電器電特性受外界因素的影響，同一繼電器在不同條件下或其它同類繼電器之間，電特性均有差異，這是造成上述功率測量回路異常的主要原因。電磁繼電器與電子回路結(jié)合可以改善工作特性，如使用觸發(fā)電路與電磁繼電器組成的電子繼電器，其動(dòng)作值和返回系數(shù)可十分穩(wěn)定且可控。
　　
　　電磁繼電器是電氣機(jī)械式元件，其動(dòng)作帶有固有的延時(shí)（一般0,005S～0.05S）。因此，對(duì)于快速邏輯運(yùn)算，電子邏輯元件或計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)成的邏輯回路更能適應(yīng)要求。其次，電磁繼電器的壽命是以動(dòng)作次數(shù)來衡量的，一般為105～107次，這樣，對(duì)動(dòng)作較頻繁的場合采用軟件構(gòu)成的電子邏輯回路比較合理。從發(fā)展的角度來看，電磁繼電器更適用于作為接口元件，而電子邏輯元件和計(jì)算機(jī)軟件更適用于控制系統(tǒng)的邏輯運(yùn)算。
　　
　　采用計(jì)算機(jī)軟件控制可以取代核儀表系統(tǒng)功率測量邏輯回路中的繼電器，在軟件編程時(shí)，可以準(zhǔn)確設(shè)置核儀表系統(tǒng)96%Pn信號(hào)觸發(fā)控制模式動(dòng)作/釋放的電壓（電流）值，通過設(shè)置死區(qū)以避免在96%Pn功率附近出現(xiàn)測量波動(dòng)，也可編制1組回差一致或回差可調(diào)的繼電特性輸出節(jié)點(diǎn)等方法解決問題。
　　
　　在火電廠中對(duì)于純屬開關(guān)邏輯的保護(hù)系統(tǒng)，也曾有過不同意見。例如，用于600MW火電機(jī)組的汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，對(duì)其跳閘保護(hù)回路，雖然從上世紀(jì)60年代開始就采用了計(jì)算機(jī)處理方式，但同時(shí)又保留了繼電器邏輯回路（西屋公司機(jī)組汽輪機(jī)所配的電調(diào)DEHMODⅡ系統(tǒng)，ALSTOM公司機(jī)組汽輪機(jī)的MICRO-REC系統(tǒng)等）。隨著這些年計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，近十年來制造廠生產(chǎn)的新機(jī)組繼電邏輯已改用計(jì)算機(jī)軟件來實(shí)現(xiàn)，如揚(yáng)州第二發(fā)電廠引進(jìn)的西屋公司機(jī)組汽輪機(jī)電調(diào)DEHMODⅢ系統(tǒng)，邯峰電廠引進(jìn)的西門子公司機(jī)組汽輪機(jī)配置的SIMADYN系統(tǒng)等。通過這些機(jī)組的安全運(yùn)行可以證明，計(jì)算機(jī)軟件處理方式取代硬控制的繼電邏輯控制是可行和可靠的。