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摘 要：本文主要讲述了压水堆核电厂蒸汽发生器水位控制系统的功能和原理，以及影响蒸汽发生器水位变化的因素。结合了恰希玛2#机组调试时的事件和试验，分析了蒸汽发生器水位变化的机理，总结了手动控制和干预蒸汽发生器水位的经验。
关键词：压水堆；蒸汽发生器；水位控制系统
1. 引言
蒸汽发生器是压水堆核电厂一、二回路的枢纽，它将反应堆产生的热量传递给蒸汽发生器二次侧，产生蒸汽推动汽轮机作功。正常运行或运行瞬态时不能有效的控制蒸发器水位，可能会导致停机停堆。
2. 蒸汽发生器水位调节
蒸汽发生器水位调节是通过控制进入蒸汽发生器内的给水流量来实现的。设置蒸汽发生器水位调节系统来维持蒸汽发生器二次侧的水位在需求的整定值上。
2.1调节系统功能
主要功能是向蒸汽发生器供应给水，维持SG水位在一个随负荷变化的定值上。此外，还接受来自反应堆保护系统的信号，在反应堆出现瞬态工况时产生主给水隔离的保护动作。
2.2 水位调节原理
蒸发器配有以调节蒸发器水位稳定在给定水位上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。在小于18%额定主蒸汽流量时，旁路给水调节阀工作，主给水调节阀全关。此时旁路调节阀接受单冲量调节器输出。当主蒸汽流量大于18%额定流量时，主给水调节阀工作，旁路给水调节阀全关。主给水调节阀接受三冲量调节器的输出。单、三冲量调节器的切换在主、旁调节阀切换完成后进行。蒸汽发生器给水调节原理图参见图1。
图1 蒸汽发生器给水调节原理图
动态过程中，例如负荷增加，蒸汽发生器的蒸汽产量增加，而给水量暂时还来不及跟上，由于质量的不平衡，按理水位应逐渐下降。但由于蒸汽产量增多蒸发器压力下降，上升段的汽泡体积和份额增加，导致上升段流阻增加；由于蒸汽产量增多导致经过分离器回流至下降通道的给水增加；从而使动态过程初期的水位不会下降，反而明显地升高。随着过程的渐趋平稳和（出）汽多（给）水少的积累作用，在水位达到某一峰值后，水位逐渐回落。这种现象称为“假水位”。
预防虚假水位措施一：蒸发器水位调节系统中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—给水流量的误差信号能够增加给水量，达到正确动作的目的。另一措施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。
3. 影响蒸发器水位变化因素分析
结合恰希玛2#机组的调试工作，对影响蒸发器水位变化的因素进行分析和总结。
3.1 负荷变动对蒸发器水位的影响
进行《负荷变动试验（30%FP）》，汽机功率首先稳定在20%FP，进行10%FP负荷变动，汽机功率由20%FP阶跃至30%FP，试验过程中SG水位由三冲量自动控制，旁排未动作。蒸发器水位、主蒸汽流量、主给水流量、主给水调节阀阀位变化如图2所示：
图2 由20%FP正阶跃至30%FP时SG液位变化曲线
SG A/B液位分别由10.433m/10.426m突升至10.647m/10.635m，而后最低降至10.179m/10.165m，最后缓慢上涨至10.4m左右。
由于汽机负荷突增，主蒸汽流量突增，造成蒸发器二次侧压力突降，蒸发器内沸腾加剧产生更多的气泡，使给水流动的阻力增大，造成蒸发器下降段液位升高；另一方面，蒸汽流量增加，被汽水分离器分离出的再循环流量也增加，也会使蒸发器下降段的液位升高。这两方面都会使SG的液位上升，产生虚假液位。虚假液位又引起给水量向相反的方向变化，使主给水调节阀关小，造成主给水流量减小，进一步加剧SG液位的变化。随着SG液位的降低，主给水调节阀又将开大，主给水流量增加，SG液位缓慢上升，最终会稳定在程序液位上。
随后进行汽机功率由30%FP负阶跃至20%，SG液位变化如图3所示。由于汽机负荷突降，主蒸汽流量突减，造成蒸发器二次侧压力升高，两相沸腾减弱，两相流沸腾段缩短，使给水流动的阻力减小，造成SG液位下降；另一方面，蒸汽流量减少，被汽水分离器分离出的再循环流量减小。这两方面作用造成SG液位下降，产生虚假液位。虚假液位又引起给水量向相反的方向变化，使主给水调节阀开大，造成主给水流量减增大，进一步加剧SG液位的变化。随着SG液位的升高，主给水调节阀又将关小，主给水流量减少，SG液位缓慢下降，最终会稳定在程序液位上。
图3 由30%FP负阶跃至20%时SG液位变化曲线
对比30%FP 、50%FP、75%FP平台时时负荷变动试验的情况，可知高功率平台时进行±10%FP阶跃负荷变动，SG虚假液位较低功率平台时的影响要小，而低功率时SG虚假液位的影响更大。
3.2 反应堆功率变化对蒸发器水位的影响
反应堆功率的变化反映在蒸发器水位上的变化效果明显。当反应堆功率提升时，一回路传递给二回路的热量增加，及蒸发器一次侧传递给二次侧的热量增加，热量的增加使二次侧的蒸发量增加，蒸发器内沸腾加剧，两相流的沸腾段加长，给水的流动阻力增大，造成蒸发器的液位升高，蒸汽流量的增加也使得分离器分离出的再循环流量增加，造成蒸发器液位的升高。这两个因素造成蒸发器液位的虚假升高，实际情况是蒸发量的增加使蒸发器内水装量减少，液位应该是下降。随着蒸发量的增加，若给水流量不及时增加，短时的虚假液位现象过去后，蒸发器水位会很快下降。
在一次反应堆临界后，配合2%FP功率平台时的物理试验，临界后为使反应堆尽快达到2%FP以节约时间，提升反应堆功率时速度稍快了些，使得蒸发器的水位较难控制。反应堆临界后，提升控制棒稍快中间量程电流增长较快，特别是在核功率大表有指示后，蒸发器液位下降的速度明显加快，此时手动增加给水流量（启停给水系统向蒸发器供水的调节阀在手动控制），需要不断地增加给水流量，否则蒸发器液位一直呈下降趋势。造成蒸发器液位难控制的原因是核功率变化太剧烈，这种情现象在低功率下尤为明显。
关键词：压水堆；蒸汽发生器；水位控制系统
1. 引言
蒸汽发生器是压水堆核电厂一、二回路的枢纽，它将反应堆产生的热量传递给蒸汽发生器二次侧，产生蒸汽推动汽轮机作功。正常运行或运行瞬态时不能有效的控制蒸发器水位，可能会导致停机停堆。
2. 蒸汽发生器水位调节
蒸汽发生器水位调节是通过控制进入蒸汽发生器内的给水流量来实现的。设置蒸汽发生器水位调节系统来维持蒸汽发生器二次侧的水位在需求的整定值上。
2.1调节系统功能
主要功能是向蒸汽发生器供应给水，维持SG水位在一个随负荷变化的定值上。此外，还接受来自反应堆保护系统的信号，在反应堆出现瞬态工况时产生主给水隔离的保护动作。
2.2 水位调节原理
蒸发器配有以调节蒸发器水位稳定在给定水位上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。在小于18%额定主蒸汽流量时，旁路给水调节阀工作，主给水调节阀全关。此时旁路调节阀接受单冲量调节器输出。当主蒸汽流量大于18%额定流量时，主给水调节阀工作，旁路给水调节阀全关。主给水调节阀接受三冲量调节器的输出。单、三冲量调节器的切换在主、旁调节阀切换完成后进行。蒸汽发生器给水调节原理图参见图1。
图1 蒸汽发生器给水调节原理图
动态过程中，例如负荷增加，蒸汽发生器的蒸汽产量增加，而给水量暂时还来不及跟上，由于质量的不平衡，按理水位应逐渐下降。但由于蒸汽产量增多蒸发器压力下降，上升段的汽泡体积和份额增加，导致上升段流阻增加；由于蒸汽产量增多导致经过分离器回流至下降通道的给水增加；从而使动态过程初期的水位不会下降，反而明显地升高。随着过程的渐趋平稳和（出）汽多（给）水少的积累作用，在水位达到某一峰值后，水位逐渐回落。这种现象称为“假水位”。
预防虚假水位措施一：蒸发器水位调节系统中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—给水流量的误差信号能够增加给水量，达到正确动作的目的。另一措施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。
3. 影响蒸发器水位变化因素分析
结合恰希玛2#机组的调试工作，对影响蒸发器水位变化的因素进行分析和总结。
3.1 负荷变动对蒸发器水位的影响
进行《负荷变动试验（30%FP）》，汽机功率首先稳定在20%FP，进行10%FP负荷变动，汽机功率由20%FP阶跃至30%FP，试验过程中SG水位由三冲量自动控制，旁排未动作。蒸发器水位、主蒸汽流量、主给水流量、主给水调节阀阀位变化如图2所示：
图2 由20%FP正阶跃至30%FP时SG液位变化曲线
SG A/B液位分别由10.433m/10.426m突升至10.647m/10.635m，而后最低降至10.179m/10.165m，最后缓慢上涨至10.4m左右。
由于汽机负荷突增，主蒸汽流量突增，造成蒸发器二次侧压力突降，蒸发器内沸腾加剧产生更多的气泡，使给水流动的阻力增大，造成蒸发器下降段液位升高；另一方面，蒸汽流量增加，被汽水分离器分离出的再循环流量也增加，也会使蒸发器下降段的液位升高。这两方面都会使SG的液位上升，产生虚假液位。虚假液位又引起给水量向相反的方向变化，使主给水调节阀关小，造成主给水流量减小，进一步加剧SG液位的变化。随着SG液位的降低，主给水调节阀又将开大，主给水流量增加，SG液位缓慢上升，最终会稳定在程序液位上。
随后进行汽机功率由30%FP负阶跃至20%，SG液位变化如图3所示。由于汽机负荷突降，主蒸汽流量突减，造成蒸发器二次侧压力升高，两相沸腾减弱，两相流沸腾段缩短，使给水流动的阻力减小，造成SG液位下降；另一方面，蒸汽流量减少，被汽水分离器分离出的再循环流量减小。这两方面作用造成SG液位下降，产生虚假液位。虚假液位又引起给水量向相反的方向变化，使主给水调节阀开大，造成主给水流量减增大，进一步加剧SG液位的变化。随着SG液位的升高，主给水调节阀又将关小，主给水流量减少，SG液位缓慢下降，最终会稳定在程序液位上。
图3 由30%FP负阶跃至20%时SG液位变化曲线
对比30%FP 、50%FP、75%FP平台时时负荷变动试验的情况，可知高功率平台时进行±10%FP阶跃负荷变动，SG虚假液位较低功率平台时的影响要小，而低功率时SG虚假液位的影响更大。
3.2 反应堆功率变化对蒸发器水位的影响
反应堆功率的变化反映在蒸发器水位上的变化效果明显。当反应堆功率提升时，一回路传递给二回路的热量增加，及蒸发器一次侧传递给二次侧的热量增加，热量的增加使二次侧的蒸发量增加，蒸发器内沸腾加剧，两相流的沸腾段加长，给水的流动阻力增大，造成蒸发器的液位升高，蒸汽流量的增加也使得分离器分离出的再循环流量增加，造成蒸发器液位的升高。这两个因素造成蒸发器液位的虚假升高，实际情况是蒸发量的增加使蒸发器内水装量减少，液位应该是下降。随着蒸发量的增加，若给水流量不及时增加，短时的虚假液位现象过去后，蒸发器水位会很快下降。
在一次反应堆临界后，配合2%FP功率平台时的物理试验，临界后为使反应堆尽快达到2%FP以节约时间，提升反应堆功率时速度稍快了些，使得蒸发器的水位较难控制。反应堆临界后，提升控制棒稍快中间量程电流增长较快，特别是在核功率大表有指示后，蒸发器液位下降的速度明显加快，此时手动增加给水流量（启停给水系统向蒸发器供水的调节阀在手动控制），需要不断地增加给水流量，否则蒸发器液位一直呈下降趋势。造成蒸发器液位难控制的原因是核功率变化太剧烈，这种情现象在低功率下尤为明显。