摘要：全shijie對清潔能源高速擴大的需求，也促成了國內核電事業(yè)的飛速發(fā)展，差壓變送器作為一項發(fā)展較為成熟的控制領(lǐng)域技術(shù)，廣泛應用于我國各座核電廠(chǎng)的建設與運行。shijie上已經(jīng)發(fā)展成商業(yè)規模并且不斷有后續建造項目的核電站技術(shù)絕大部分是壓水堆。但是重水堆作為核電站堆型多樣化的情勢，也有其特殊用途。本文將結合差壓變送器的特點(diǎn)以及重水堆反應堆堆型的特點(diǎn)及要求，介紹重水堆核電廠(chǎng)差壓變送器應用的可行性分析。
1 核電站非安全級數字化儀控發(fā)展背景
核電站非安全級差壓變送器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：系統）是核電站的信息神經(jīng)和控制中樞，對于保證核電站能安全、可靠、穩定和經(jīng)濟運行以及提升核電站生產(chǎn)管理水平都起著(zhù)至關(guān)重要的作用。
從系統的發(fā)展路徑大致可以分為三代產(chǎn)品，地衣代是基于模擬組合儀表和繼電器邏輯的傳統儀控系統；第二代是以傳統儀控系統為主，計算機采集控制系統為輔的混合型儀控系統 [1] ，大亞灣、秦山一期是典型的例子；第三代是基于計算機和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的差壓變送器，包括數字化的先金主控室，目前已經(jīng)運行的田灣核電站、方家山核電站、福清核電站、寧德核電站、紅沿河核電站等以及大部分國內在建的核電站都采用這種方式。
核電儀控系統與電站運行直接相關(guān)主要包括三個(gè)層次，儀表和執行器層（Level0），控制層（Level1）和監控層（Level2）。儀表和執行器層目前采用數字化技術(shù)較少，主要是采用了一些帶現場(chǎng)總線(xiàn)功能的智能變送器；控制層主要是基于數據采集單元、DCS控制站和PLC產(chǎn)品，完成自動(dòng)控制和保護功能；監控層是基于DCS的數據服務(wù)器、操作站和少量的應急硬操設備，實(shí)現先金主控室功能 [2] �？刂茖樱↙evel1）和監控層（Level2）是主要由DCS等差壓變送器組成。
2 重水堆綜述
shijie上已經(jīng)發(fā)展成商業(yè)規模并且不斷有后續建造項目的核電站技術(shù)絕大部分是加壓水冷堆（Pressurized Water-cooledReactors），主要包括壓力容器式的加壓輕水堆（PWR）和壓力管式的加壓重水堆（CANDU），秦山三期核電站采用了由加拿大原子能公司（AECL）原創(chuàng )開(kāi)發(fā)成功的70萬(wàn)KW級第二代半成熟技術(shù)CANDU-6型重水堆 [3] 。
CANDU-6機組的380燃料通道成水平布置，可進(jìn)行模塊式組裝。采用重水作為慢化劑和冷卻劑，利用中子吸收截面小，慢化系數大，慢化性能好，中子利用率高而可直接采用天然鈾作為核燃料，節省了鈾濃縮分離功，方便了乏燃料的貯存。采用不停堆換料運行方式，省去了輕水堆大約每年一次的停堆換料時(shí)間，并可及時(shí)卸出破損的燃料組件，降低其對冷卻劑回路的污染，有利于提高電站的利用率。CANDU型重水堆核電站與通常的壓水堆（PWR）核電站之間有極大的相似性，據估計，CANDU與PWR電站大約75%以上的設備基本上是相同的 [4] 。（1）它們都有兩個(gè)主回路，一回路為反應堆冷卻劑系統，主要由反應堆堆芯、主泵、蒸汽發(fā)生器和穩壓器等組成；二回路由蒸汽發(fā)生器、汽輪發(fā)電機組、冷凝器和給水泵等組成。（2）它們的核蒸汽供應系統是類(lèi)似的。核裂變反應在堆芯中進(jìn)行，產(chǎn)生的能量主要釋放在核燃料棒內，經(jīng)主泵加壓的高壓冷卻劑從核燃料棒的表面快速地沖刷流過(guò)，同時(shí)不斷地把熱量帶走，高溫高壓冷卻水在蒸汽發(fā)生器的U型管內快速流過(guò)時(shí)不斷地把熱量傳遞給管子外側的水，而水沸騰所產(chǎn)生的高溫高壓水蒸氣推動(dòng)汽輪機，從而帶動(dòng)發(fā)電機發(fā)電。與通常的壓水堆一樣，堆芯和一回路所有帶核的設備完全被包容在安全殼內，使其與二回路汽輪發(fā)電機系統以及環(huán)境隔離。除了反應堆本體之外，CANDU與PWR的核蒸汽供應系統所用到的一些主要設備，如蒸汽發(fā)生器、冷卻劑循環(huán)泵、穩壓器等也是類(lèi)似的。（3）它們的常規島部分所采用的汽輪發(fā)電機、冷凝器、給水泵等一系列設備和相關(guān)技術(shù)基礎基本上也是一樣的。
3重水堆控制系統的設計要求
重水堆核電站的主要控制回路，包括反應堆功率調節系統，電站負荷控制器，一回路壓力控制器以及蒸汽發(fā)生器給水調節系統等。此外，還有一系列監測系統等。如壓力管出水口溫度，一回路壓力及流量、燃料元件破損監測及重水泄漏監測等。在設計這些控制系統及監測系統時(shí)，必須考慮下列安全
限制：
控制系統必須保證在任何時(shí)候反應性增長(cháng)的#大速率不超過(guò)0.3mk/s，以限制反應堆#大允許的超功率值。同時(shí)，要求有足夠的控制能力，以便在事故情況下引入反應堆的負反
應性速率和數值必須大于#大可能的反應性增加速率和數值，即要求能夠安全地抑制任何可能出現的正反應性擾動(dòng)。反應堆啟動(dòng)時(shí)的周期，一般控制在30秒以上，任何時(shí)候不得短于10秒。
對壓力管出口的水溫度及燃料管內的功率必須加以限制，以保證燃料元件溫度在允許限制以?xún)取?/div>
應將一回路冷卻劑溫度的變化速率限制在一定范圍內，以保證系統的運行壓力及溫度應力在允許范圍內。
總之，核電站各控制系統及監測系統的任務(wù)，就是要保證工藝系統在安全限制范圍內運行，一旦超出安全限制范圍，必須由保護系統實(shí)現可靠地停堆。
4重水堆的差壓變送器應用可行性結論
在儀控構成方面，重水堆采用模擬盤(pán)控制臺、繼電器控制和電站計算機系統相結合的混合控制，繼電器存在故障探測、在線(xiàn)維護和可維護性方面的不足，電站計算機也存在集中風(fēng)險和備件供應等問(wèn)題，而以計算機和網(wǎng)絡(luò )通訊為基礎的核電站差壓變送器能滿(mǎn)足重水堆在儀控方面的要求。
在儀控功能方面，數字化核電儀控系統所使用的編程語(yǔ)言更加靈活，可以實(shí)現由復雜的繼電器硬件邏輯和匯編語(yǔ)言完成的一切功能�？刂破鞑捎们度胧�32位專(zhuān)用處理器（CPU主頻240MHz，雙核架構），性能優(yōu)于重水堆電站計算機所采用的SS⁃CI-890控制器（CPU頻率8MHz和主存儲器2MB），并且存儲器容量更大�？刂破鞑捎弥鱾淙哂嘣O計，無(wú)擾切換，保證毫秒級的切換時(shí)間，完全滿(mǎn)足重水堆對冗余的要求，且在供電冗余方面優(yōu)于重水堆。在儀控性能方面，重水堆的I/O刷新時(shí)間2s，觸點(diǎn)掃描時(shí)間為4ms，核電數字儀控系統對精度、響應時(shí)間和容量的要求高于重水堆，能滿(mǎn)足重水堆對儀控系統的要求。
在儀控工藝系統方面，主慢化劑系統、端屏蔽冷卻系統、環(huán)隙氣體系統和重水相關(guān)系統是重水堆所特有的系統，但控制方法與壓水堆一樣，均為常規的開(kāi)關(guān)量控制和模擬量回路控制，核電差壓變送器能滿(mǎn)足要求。
在主控室方面，重水堆主要包括模擬盤(pán)控制平臺，DCC控制平臺及大屏幕顯示三部分。而核電
差壓變送器采用先金的主控室設計，能完成對電站主要系統設備和參數進(jìn)行操作和狀態(tài)監測，以及實(shí)現報警管理及I&C故障顯示，趨勢顯示，日志記錄，掛牌操作、操作規程和工況計算等功能。
基于重水堆和壓水堆在儀控系統方面的分析，核電差壓變送器可用于重水堆是可行的。
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