CAP1000与CPR1000机组一回路压力控制分析

吴爱民　李志军

【摘要】在电站正常运行和事故工况，一回路压力控制是机组控制的核心内容之一。通过对CAP1000和CPR1000机组在各种工况下一回路压力控制方式和手段的对比分析，能够更加全面了解CAP1000和CPR1000机组的设计特点，对CAP1000机组作为第三代压水堆的安全性和先进性有更深入的理解。

【关键词】压力控制；水实体；稳压器双相；事故工况

1.引言

CAP1000和CPR1000机组作为1000MW级压水堆代表堆型，在一回路压力控制方面有很多相似之处。本文将分别从一回路水实体工况、一回路双相运行工况和事故工况三个方面对CAP1000和CPR1000機组的一回路压力控制进行对比分析。

2.一回路水实体工况

在机组启动初期和停运后期的一回路水实体工况，主要通过控制流出一回路的冷却剂的流量控制一回路压力。

CAP1000机组通过化学与容积控制系统（CVS）的下泄流量控制阀控制一回路的压力。在一回路水实体工况，控制信号来自下泄管线测量的压力信号，通常维持在2.15MPa；在下泄控制出现异常时，主控触发下泄压力高/低报警，当压力低于1.86MPa时，发出停反应堆冷却剂泵的信号。

在CPR1000机组中，通过化学容积控制系统（RCV）下泄流量调节阀来控制一回路的压力，控制信号来自RCP037MP测出的压力信号，压力整定值由操纵员手动设定，通常维持在2.4MPa至2.8MPa。在主泵运行时，当一回路压力下降到2.3MPa，主控会触发“主泵运行且一回路压力低低报警”，需要操纵员手动停运主泵。

在CPR1000机组中，运行主泵的1号轴封装置的压差必须大于1.4 MPa，对应的一回路压力必须维持在2.4MPa以上，否则主泵1号轴封的动静环的水膜无法建立，可能导致主泵轴封磨损。同时，由于主泵无法调频，主泵的汽蚀余量要求较高，因此，在水实体工况，对一回路压力控制要求更高。

在CAP1000机组中，主泵轴封的动静环的水膜建立通过控制主泵转速或倒转转速来保证，同时由于主泵可以调频，对汽蚀余量要求相对较低，因此，通过控制下泄管线的压力，间接控制一回路压力。

3.一回路双相工况

在机组运行中发生的运行瞬态，将使反应堆产生的功率和二回路的输出功率之间产生不平衡（不匹配），这将导致环路中和反应堆内的冷却剂热胀冷缩。这种由于体积变化而产生的压力波动通过稳压器压力控制系统进行控制[1]。

在正常的运行瞬态情况下，稳压器压力控制系统使稳压器的压力维持或恢复到额定值，防止压力超过限值。当压力升高时，系统将增加喷淋阀的开度，使蒸汽冷凝，降低压力。当压力降低时，系统将增加电加热器的功率，加热稳压器内的水，使其更多地汽化，以升高压力。

在CAP1000机组中，稳压器压力控制系统设置一组比例加热器，一组备用加热器和一组（两只）喷淋阀。稳压器压力控制通道包括一个比例积分（PI）调节器，调节器将由压力传感器测量的稳压器压力P与设置的整定值Pref（15.4MPa.g）相比较，形成压力偏差信号。偏差信号经PI（比例-积分）调节器补偿后的信号，用于调节比例喷淋阀或电加热器来抑制冷却剂系统压力扰动。当压力偏差信号大于0.172MPa时，开启喷淋阀，偏差信号至0.517MPa时，喷淋阀全开；当偏差信号小于0.103 MPa时，投入比例电加热器，偏差信号小于-0.103MPa时，比例式电加热器满功率运行。当偏差信号小于-0.172MPa，用于投入备用电加热器；当偏差信号大于-0.117MPa时，备用加热器退出运行。

在CPR1000机组中，控制过程与CAP1000机组基本相同，只是在比例加热器，通断加热器和喷淋阀的控制定值存在差异。

4.事故工况的一回路压力控制

在事故工况下，通过对一回路的压力进行控制，维持一回路冷却剂在欠饱和状态，保证堆芯持续冷却。由于针对不同的事故工况，一回路的压力控制的策略和手段不同，在本文中，以冷却剂丧失事故（LOCA）小破口为例，对CAP1000机组和CPR1000机组的一回路压力控制进行分析。

在CAP1000机组中，一旦发生小破口事故，稳压器压力下降，反应堆紧急停堆，安全驱动信号启动堆芯补水箱（CMT）高压注射，随着CMT液位降低，自动泄压系统（ADS）启动，进行一回路卸压。当RCS完全卸压，安全壳内换料水箱和安全壳再循环地坑提供低压注射，排出堆芯产生的热量，保持堆芯被淹没。

对于CPR1000机组，一旦发生小破口事故，通过高压安注泵将浓硼水注入堆芯，保证堆芯的持续冷却。当高压安注的补水流量与一回路破口损失流量平衡时，一回路压力稳定。随着一回路的冷却剂温度下降，一回路冷却剂的饱和裕度余量满足要求时，允许停运一台高压安注泵，并将另一台高压安注泵由安注模式转为上充模式，通过调节上充流量控制一回路压力。在一回路压力下降到余热导出系统（RRA）允许投入压力后，将余热导出系统投入运行，维持堆芯的持续冷却。

CAP1000机组采用非能动安全系统，在事故工况下，主要依靠重力、压差等作为驱动压头，保证对堆芯反应性控制和堆芯热量的导出，对厂外电源和应急柴油机的可靠性要求较低。CPR1000机组采用能动安全系统，在事故工况下，只有中压安注箱可以依靠压差作为驱动压头，对于高压安注和低压安注则需要厂内外电源的支持，对厂外电源和应急柴油机可靠性要求较高。

5.结论

通过对CAP1000和CPR1000机组的一回路压力控制的对比分析可以看出，在一回路水实体工况，CPR1000机组主泵运行对一回路最小压力有严格的要求，一回路水实体压力控制区间较小。在稳压器双相运行工况，CAP1000与CPR1000机组一回路压力控制方式基本相同。在事故工况，CAP1000机组采用非能动安全系统，通过自动卸压系统，降低一回路压力；CPR1000机组采用能动安全系统，通过控制高压安注泵的运行方式，控制向一回路注入含硼水的流量，来控制一回路的压力。由于CPR1000机组采用能动安全系统，在发生LOCA事故叠加全厂失电工况时，CPR1000机组的应对事故的能力存在明显不足。

参考文献

[1]西屋公司.三门核电一期工程1&2机组技术规格书[R].2010，（05）.