核电厂仪表与控制课后题答案.pdf

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1、核电厂仪表与控制思考题 一、核电厂仪表与控制系统概述 1、压水堆核电厂主要有哪些测量系统和控制系统？测量系统:核仪表系统、堆芯中子注量率测量系统、反应堆堆芯温度测量系统、反应堆堆芯水位测量系统、控制棒棒位测量系统、汽轮机监测系统、电厂辐射监测系统以及压力测量系统、硼浓度测量系统、机械位移、转速和振动测量系统等 控制系统：反应堆功率调节系统、冷却剂平均温度调节系统、化学和容积控制系统、汽轮机调节系统、蒸汽旁路排放控制系统、稳压器压力调节系统、稳压器水位调节系统、蒸汽发生器水位调节系统、给水流量调节系统、发电机励磁调节系统和除氧器调节系统等 2、压水堆核电厂仪表与控制系统的主要功能是什么？系统的功

2、能：监视功能、控制功能、保护功能 3、压水堆核电厂仪表和控制系统的工作特点有哪些？（1）传感器工作环境恶劣：工作环境中子注量率高、温度压力高、安装空间狭小、要求抗震；（2）设置有安全系统：为保护反应堆安全设置有一系列专设安全系统（例：反应堆保护系统、安全注射系统、安全壳隔离系统、安全壳喷淋系统）必要时启动专设安全设施，保护堆芯安全；（3）核测量仪表的特殊性：a.核探测器输出信号幅值低，现场干扰大，常需采用一些特殊措施以提高信噪比；b.多数探测器都有很高的内阻，可以把他看成一个电流源。要求电路具有高的输入阻抗；c.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，需采用多种探测器；d

3、.信号电缆长，工作环境恶劣，要求具有耐高温、抗辐照、抗干扰、低噪声和高绝缘特性；4、压水堆核电厂仪控系统的设备在安全重要性上分哪些级？哪些属于安全级设备？安全级设备；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核反应堆排出热量所必须的，或是防止放射性物质向环境过量排放所必须的 安全有关的设备；在实现或保持核电厂安全方面起补充、支持或间接地作用 非安全重要设备。在实现或保持核电厂安全方面无明显作用 二、自动控制与调节基本知识 1、什么是开环控制系统？其优缺点是什么？开环控制系统:系统的输出量与输入量之间不存在反馈。优点是装置简单、成本低、调节快；缺点是调节精度低，抗干扰能力差。2、什么

4、是闭环控制系统？其优缺点是什么？闭环控制系统：凡是系统输出量对控制系统作用能有直接影响的系统，都叫做闭环控制系统。优点是控制精度高，抗干扰能力强；缺点是系统较为复杂，成本高，可能存在振荡现象。3、请画出闭环控制系统的方框图，并说明其工作原理。闭环控制系统受到两种输入信号的作用，即有用信号和干扰信号的作用。有用输入信号决定系统被控制量的变化规律，扰动信号可以作用于系统的任何部位。扰动信号是使被控制量偏离其给定值的信号，它是难以避免且有害的。4、知道传递函数的定义，掌握方框图的连接和运算。线性定常系统的传递函数，定义为初始条件为零时，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉式变化之比。方框图的构成：环节、

5、信号线、分支点、相加点 方框图的连接：串联：串联后的等效传递函数等于各传递函数的乘积；并联：并联后的等效传递函数等于各传递函数的代数和；反馈连接：闭环传递函数=（前向传递函数/(1+-开环传递函数)）5、控制系统主要的动态品质指标有哪些？各表示什么物理含义？最大动态偏差：指被控参数偏离给定值 1 的最大值，也是过渡过程第一个波峰值 超调量：第一个波峰值与稳态值之比，以百分数的形式给出 调节时间：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%范围内，并且不再越出这个范围的时间 衰减比：表示振荡过程衰减的程度，等于相邻两个同向波峰之比 衰减率：衡量振荡过程衰减程度的一个动态指标，指经

6、过一个周期后，波峰幅度衰减的百分数 6、什么是有静差系统和无静差系统？什么是瞬态响应和稳态响应?系统的时间响应结束后，被控制参数的稳态值与给定值之间存在偏差，称为有静差系统，反之是无静差系统 瞬态响应：指系统从初始状态到最终状态的响应过程 稳态响应：指当时间趋于无穷大时，系统的输出状态 7、什么是简单控制系统？对控制系统的基本要求有哪些？简单控制系统是由一个测量元件及变送器、一个控制器、一个执行器和一个被控对象组成，并且只对一个被控参数进行控制的单闭环反馈控制系统 基本要求：对具体的被控对象，要依据被控过程的工艺特点、动态特性、技术要求和性能指标及安全性、经济性和可行性等因素进行反复比较，最后

7、确定一个合理的控制方案；根据控制方案和过程特性，工艺要求选择合适的传感器、变送器、控制器和执行器，这些装置确定以后，除控制器以外都不能随意改变。要想提高控制系统的性能品质，只能通过选择合适的控制器的调节规律及改变调节参数的大小来实现 8、比例调节的特点有哪些?比例度是如何定义的？比例调节：只有一个调节参数，整定简便，缺点是系统存在静态误差。对滞后时间小、外部干扰小、负荷变化不大、允许有静态误差的系统可以选用。比例度指调节器输入偏差的相对变化值与相应的输出相对变化值之比，用百分数表示 9、PI 调节中，积分的作用是什么？积分时间常数的含义是什么？作用：消除稳态偏差 含义：在阶跃函数输入时，PI

8、调节器积分部分的输出增加到等于比例部分输出时所需要的时间 10、PD 调节的特点有哪些？微分时间常数的含义是什么？由于微分调节作用提高了系统的稳定性，这样可以适当提高比例放大系数 Kp，加快调节过程，减小误差。用于要求动态偏差和稳态误差小的系统，在有高频干扰的场合，不能使用微分调节。含义：在斜坡输入时，PD 调节器比例部分的输出增加到等于微分部分输出时所需要的时间 11、什么叫串级控制系统？它有哪些特点。串级控制系统：由主回路和副回路两个闭合回路组成，主、副调节器串联工作 特点：能快速消弱进入副回路干扰的影响，在设计串级控制系统时应设法让主要干扰进入点位于副回路之内；能改善整个系统的动态特性及

9、消除进入主、副回路干扰的影响 12、前馈控制系统的原理，此控制方式有哪些特点。原理：当系统受到干扰时，立即从扰动作用取得信息，并以此通过控制器产生控制作用，以消除扰动对被控量的影响 特点：前馈控制是按扰动控制，在扰动出现时立即动过，控制及时；前馈控制不构成闭环，是开环控制；一个前馈控制通道只能补偿一个干扰对被控量的影响。三、核电厂反应堆功率检测仪表 1、什么是反应堆的核功率？什么是热功率？核功率：反应堆在单位时间内释放出的能量称为反应堆的功率 热功率：由反应堆核燃料提供给冷却剂的总功率 2、简述涂硼电离室的组成和工作原理。由高压电极、收集电极、绝缘体、外壳、保护套等组成。它是一个密封的筒形容器

10、，容器内充有氩气为主的混合气体，粒子穿过气体时使其电离产生离子对，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。3、说明 补偿电离室的补偿原理。该电离室由 A、B 两个相邻的小室组成，其结构和内部充气情况完全相同，只是 A 室内壁涂有硼层，接正电压；B 室内壁无涂硼层，接负电压，中间收集极共用，经电流表接地。当中子与 射线同时入射时，A室内产生的电流i1中既有中子引起的电流也有射线引起的电流；而 B 室内因为没有硼层，不会引起气体电离，产生的电流 i2 只有 射线引起的。I1 和 i2 的方向相反，输出电流是二者之差，故消除了 射线的影响。

11、4、简述涂硼正比计数管的组成和工作原理。入射中子与硼发生核反应，核反应产生的锂离子和 粒子使氩气电离，产生电子和正离子对。在外电场的作用下，电子和正离子分别向阳极和阴极运动，形成电脉冲。y 射线也产生电脉冲，但其幅值较小，可用甄别放大器将它和反应堆内其他的射线产生的小幅度脉冲滤除，只放大脉冲，从而得到只与中子通量成比例的计数。5、裂变电离室与涂硼电离室的主要区别是什么？离子的产生方式不同。裂变电离室通过热中子与 235U 发生裂变反应产生能量很高的裂变碎片，使内部气体电离产生粒子。涂硼电离室则是通过热中子与 10B 作用产生的 粒子穿过气体时产生离子 8、核功率测量系统分哪几个量程？各测量的功

12、率范围是多少？源量程：10-910-3%FP 中间量程：10-6102%FP 功率量程：2*10-62*102%FP 9、核功率测量系统各量程采用几个测量通道？各通道在主控室显示参数的范围和单位是什么？源量程测量通道 中间量程测量通道 功率量程测量通道 10、源量程测量通道由哪几部分组成？其功能是什么？前置放大器：使电子线路和探测器相匹配，并放大，y 脉冲 甄别和成形电路：吧幅度低的 y 脉冲滤除，输出经过整形的脉冲 计数率，电流变换器：把计数率信号转换成直流电流信号，输出的直流电流与计数率成正比 对数放大器：对输入的计数率信号取对数，输出电流 I=lg（计数率）周期计：的到倍增周期信号，通过

13、模拟量输出线路送到指示仪表 模拟量输出线路：功率的对数信号和倍增周期信号经过该线路的处理和隔离后送至指示仪表 和记录仪 逻辑量输出信号：功率的对数信号和高压失压信号及通道试验信号通过该线路内不同继电器产生各种逻辑信号，送往报警装置和保护系统 11、中间量程和功率量程各由哪些部分组成？其功能是什么？对数放大器：对输入的计数率信号取对数，输出信号正比于反应堆功率的对数 周期计：的到倍增周期信号，通过模拟量输出线路送到指示仪表 模拟量输出线路：功率的对数信号和倍增周期信号经过该线路的处理和隔离后送至指示仪表 和记录仪 逻辑量输出信号：功率的对数信号和高压失压信号及通道试验信号通过该线路内不同继电器产

14、生各种逻辑信号，送往报警装置和保护系统 12、核功率测量系统各量程发出哪些紧急停堆信号？其阈值是多少？设置的目的是什么？源量程紧急停堆信号，阈值 105cps 中间量程紧急停堆信号，阈值 25%FP 功率量程：中子注量率变化过快紧急停堆，阈值+-5%FP/2s 四、核电厂过程参数监测仪表 1、核电厂过程参数测量仪表的主要功能和特点是什么？功能：（1）信息功能；控制功能；保护功能。特点：（1）仪表的安全分级；（2）仪表的量程；（3）仪表的精度；（4）仪表的响应时间；（5）仪表的可靠性；（6）1E 级仪表的耐环境能力 2、简述热电偶的测温原理。如何进行冷端温度补偿？原理：两种不同性质的导体或半导体

15、组合成闭合回路，若导体 A 和 B 连接处温度不同，则在回路中就有电流产生即有电动势存在。热电偶所产生的热电势只和温度有关，因此，测量热电势的大小，就可求得温度的数值。冷端补偿：使用补偿电缆延长热电偶的参比端到温度稳定的地方；参比端恒温法，即采用恒温器来保持参比端温度的恒定；参比端温度补偿器，用补偿器来补偿参比端温度的变化 3、简述热电阻的测温原理。如何补偿电缆的影响？原理：热电阻测温是基于任何导体的电阻率随温度变化的性质，在某一温度下，任何一个确定的导体的电阻都是该温度的函数，通过测量其电阻值的大小实现测量温度的目的。补偿电缆的方法：采用三线制接发（课本 70 页）4、简述电感式压力变送器和

16、电容式压力变送器的基本工作原理。电感式：以电磁感应原理为基础，利用线圈内磁通介质的磁导率变化，将弹性元件的位移量转换成电路中的电感量的变化或者互感量的变化，再通过测量线路转换成相应的电压或电流信号。电容式：电容式压力变送器由压力敏感单元和信号转换单元两部分组成。它把压力转换成敏感元件的变形，进而转换成电容器电容量的变化，通过测量电容器电容量的变化，从而测量出压力的大小。6、节流装置测流量的工作原理及注意事项。原理：流体在管道中流动时流经节流件时，其流束、平均速度及断面压力均发生变化，产生了压力损失。节流阻力件确定后，其上下游一定位置上的压力差是流体平均速度的函数，通过伯努利方程和流体流动连续方

17、程，可导出流体流量与压差的关系式。当流体、管道、节流件及取压方式确定后，流量与节流件上下游的压力差的平方根成正比，通过压力变送器测出压差后即可测知流体的流量。（测量出节流装置两端的差压信号来间接测量流量。）注意事项：标准节流装置仅仅适用于测量圆形截面管道中的单相、均质流体的质量；要求流体充满管道，在节流件前后一定距离内不发生相变或析出杂质；流体的流速要小于音速；流体的流动属于非脉动流，流体在流过节流件前的流速应与管轴线平行，不得有旋转流的存在。7、弯管流量计和转子流量计的工作原理是什么？弯管流量计：稳定流动的流体通过弯管时，由于离心力的作用在弯管内、外侧壁上产生压力差。曲率半径一定的 90弯管

18、，在离开其弯曲中心最远位置和最近位置上所测得压力差的平方根正比于流体的流速，即正比于流体的流量 转子流量计：在测量过程中保持节流件（转子）的前后压差不变，而节流件的流通截面积随流量改变，通过测量流通截面积来达到测量流量的目的。8、电磁流量计的使用注意事项是什么？对于高电阻率的冷却剂情况，高的输出阻抗将使得流量计对于下列因素所造成的误差是敏感的，辐射感生电流，电缆的低绝缘电阻，管道材料较低的绝缘电阻；对于在高温和强辐射场中的使用情况，磁铁性能可能难于稳定；流量计的刻度与温度有关；磁路的有效空间将限制磁场强度和输出电压。9、简述差压式液位计的工作原理。差压式液位计的工作原理是把液位高度的变化转换成

19、差压的变化，因此其测量仪表就是差压计。10、在用差压式液位计测量液位时零点迁移是什么含义？实际测量液位时，有时变送器的最小输出并不是对应于差压 p 等于零，因此用差压变送器测液位时，存在移动变送器的输出零点，以适应 p 的变化要求。在“湿管”系统中，变送器低压侧由于有隔离液，因此所受压力总是高于高压侧，这是由于“湿管”高度总是大于等于容器中液位高度。为了使差压变送器能适应此种情况，则需要移动变送器的输出以保证 H=0时，p 为一负值，变送器的输出最小，此即零点漂移。13、简述差动变压器位移测量仪表的工作原理。差动变送器式位移测量传感器是使用差动变压器将位移的变化转化为原边对两副边绕组互感系数的

20、变化，从而使位移量转换为相应的电信号输出 14、简述电涡流仪表测量位移和转速的原理。测位移：通过涡流效应把位移转换为电气参数的变化，来实现位移的测量 测转速：在转动轴上开一键槽，靠近轴表面安装电涡流传感器，轴转动时便能检测出传感器与轴表面的间隙变化，从而得到与转速成正比的脉冲频率信号 第六章 1，如何检测一次冷却剂环路的温度？答：通过直接浸没在旁通回路内的电阻温度探测器测量的。每个反应堆冷却剂环路中都有两个旁通回路，一个用于热段温度测量，一个用于冷段温度测量。？2，简述稳压器压力控制系统的功能和原理。答。原理：稳压器的压力由喷淋系统和电加热器来控制。压力下降时自动接通电加热器使液相更多的汽化，

21、从而使压力上升；压力升高时自动加大喷淋系统的冷夜喷淋量使蒸汽冷凝压力下降。稳压器还装有泄压阀和安全阀，当稳压器压力达到卸压阀动作压力 16,1MPa，或安全阀动作压力 17,13MPa，则相应的打开卸压阀和安全阀，吧蒸汽从稳压器卸放到卸压箱，降低稳压器内地压力以保持一次冷却剂系统完整性。功能：压力控制系统的功能是在正常运行工况，使稳压器压力保持着所要求的范围内；瞬态时，平衡压力变化，尽量不引起由于压力异常而触发卸压阀动作，反应堆停堆或安全阀打开 3，稳压器水位控制系统的功能和原理。答。原理：稳压器水位控制是通过调节化学和容积 3 控制系统的下泻管道排放冷却剂系统的水和通过上充泵进入冷却剂系统的

22、水之间的平衡保持的。功能：将稳压器水位保持在随一回路平均温度变化的整定值附近，从而使稳压器完成其保持反应堆冷却剂压力的主要功能。4，稳压器水位整定值 Lref 与一次冷却剂的平均温度 Tavg 关系如何？答：单值线性关系，L 随 T 增大而增大？第七章 1，影响蒸汽发生器水位波动的因素是什么？答。1，负荷变化。2 蒸汽流量突然增加或减少。3 给水流量突然增加或减少。4 一次冷却剂平均温度变化。5 给水温度变化 2，画图说明蒸汽发生器水位整定值和蒸汽总负荷的关系。答。1，在 20%FP 以下，水位整定值随负荷增加而提高。因为在负荷减小时，由于蒸汽发生器中气泡数目减少，使蒸汽发生器水密度增加，为了

23、防止水位下降到低水位保护动作值，因此让水位随负荷增加而线性增加。2，在 20%FP-100%FP 时，水位定值维持在 50%水位不变。因为随着负荷的增加，蒸汽发生器中的气泡数目增加，降低了水的密度，提高了比容。这时如果不减少蒸汽发生器水的质量，其水位就会升高到淹没二级汽水分离器，达到不可接受的程度。所以为了保持蒸汽发生器出口蒸汽干度，在 20%FP-100%FP 时，水位维持在 50%恒定。3，简述蒸汽发生器水位控制系统的功能及原理 答。原理：蒸汽发生器的水位控制是通过给水流量控制阀的开度和给水泵的转速来实现的。功能：1，通过控制给水阀和给水泵，使蒸汽发生器水位满足运行工况要求；2，监测蒸汽发

24、生器水位，当水位出席异常达到报警定值时予以报警或触发停堆。第十章 1，工业局部网络常用的拓扑结构有哪些？各有什么特点？答,1，有三种。通信网络的拓扑结构主要是星型、环型、总线型 2，星型特点：特点：故障诊断、隔离容易；电缆长，安装工作量大；中央节点负担重，形成瓶颈；环型网络结构优点：电缆长度短；可用多种传输介质，双绞线、光缆等；由于每个环节单向传输，特别适于光缆；站点直接连接中央节点，便于检测与隔离；缺点：难增加新节点；任何节点故障将影响整个网络；总线型结构的通信网络仅仅是一种传输介质。所有的站都通过相应的硬件接口直接接到总线上。2，叙述集散系统的层次结构，现场控制站和其他两个站的功能是什么？

25、答。1，自下而上分四级，现场控制级，过程控制级，过程管理级，经营管理级。2，现场控制站的基本功能包括反馈控制、逻辑控制、顺序控制、数据采集与处理和数据通信等功能；操作站（操作站一般分为操作员站和工程师站两种）的基本功能主要表现为显示、操作、报警、组态、系统维护和报告生成等几个方面。3，简述 AP1000 核电厂仪表与控制系统总体结构 答。上部分主要执行数据显示和处理功能，包括：运行控制中心系统（OCC）、数据显示和处理系统（DDS）。下部分包括：安全监测和保护系统（PMS）、电厂控制系统（PLS）、汽轮机控制和监测系统（TOS）、堆芯仪表系统（IIS）、特殊监测系统（SMS）、多样化驱动系统（DAS）