主要控制系統(tǒng)采用基于微處理機(jī)的三重冗余系統(tǒng)，由于可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制運(yùn)算和邏輯處理，控制功能較強(qiáng)，精度較高；同時(shí)采取多重化的控制運(yùn)算，增強(qiáng)了可靠性。有在線檢查和故障查詢功能，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障。

再循環(huán)流量控制采用堆芯流量反饋控制方法，使出現(xiàn)大流量擾動(dòng)時(shí)(如泵跳閘)能較快地恢復(fù)穩(wěn)定；通過(guò)內(nèi)置泵及調(diào)速裝置調(diào)整流量，使熱功率輸出變化能力從沸水堆的30%/min提高到60%/min，增強(qiáng)了負(fù)荷跟蹤能力。

給水流量控制采用二環(huán)路控制，即水位控制和流量控制。通過(guò)采集反應(yīng)堆水位、主蒸汽流量、給水流量，以及各泵的流量信號(hào)，由水位控制器、流量控制器和泵流量控制器聯(lián)合控制給水流量。由于水位控制器和流量控制器分開(kāi)，提高了給水流量的調(diào)節(jié)能力，并能在負(fù)荷變化時(shí)控制水位的變動(dòng)。

壓力控制系統(tǒng)采用汽包壓力控制方式，控制反應(yīng)堆汽包壓力隨功率增加呈線性變化，較沸水堆采用汽輪機(jī)入口壓力控制方式優(yōu)越，減少了壓力變動(dòng)。

出力控制分成兩檔，當(dāng)負(fù)荷較低時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)控制棒來(lái)實(shí)行(3%/min)，當(dāng)負(fù)荷較高時(shí)通過(guò)再循環(huán)流量控制系統(tǒng)實(shí)行(60%/min)。

采用四通道微處理機(jī)系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)程序處理控制邏輯，按四取二邏輯工作，當(dāng)一條通道故障時(shí)能轉(zhuǎn)為三取二邏輯，有完善的自檢、自診斷及試驗(yàn)功能，系統(tǒng)的可靠性及可維護(hù)性均比沸水堆控制高。

包括起動(dòng)量程和功率量程兩個(gè)中子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。采用固定式探測(cè)器組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的移動(dòng)式結(jié)構(gòu)，取消驅(qū)動(dòng)裝置；采用數(shù)字濾波技術(shù)提高抗干擾能力；采用微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)傳輸。

主控室由控制臺(tái)和大屏幕顯示器組成，取消了大量常規(guī)儀表。控制臺(tái)裝有冗余的CRT顯示器與平板顯示器，采用觸摸屏結(jié)構(gòu)，不僅可用作核電廠狀態(tài)與參數(shù)的顯示，同時(shí)還具有操作功能。操縱員可通過(guò)觸摸屏進(jìn)行屏幕顯示畫(huà)面的選擇，還可在畫(huà)面上對(duì)泵、閥、開(kāi)關(guān)、電機(jī)等設(shè)備進(jìn)行操作。平板顯示器為IE級(jí)設(shè)備，用于安全系統(tǒng)。控制臺(tái)裝有少量專用的手操器，用于手動(dòng)緊急停堆、改變反應(yīng)堆運(yùn)行方式、執(zhí)行手動(dòng)控制等。大屏幕顯示器提供全廠大型模擬盤顯示、報(bào)警盤顯示和主要參數(shù)顯示。全廠大型模擬盤顯示由獨(dú)立的微處理機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)，顯示核電廠的運(yùn)行狀態(tài)；報(bào)警盤顯示包括報(bào)警窗顯示，反應(yīng)各種異常狀態(tài)和類型，用不同的顏色標(biāo)志，報(bào)警信息經(jīng)過(guò)過(guò)濾和組合，使操縱人員迅速、正確地把握引起事故的重要的源報(bào)警信號(hào)；主要參數(shù)顯示盤由過(guò)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，顯示核電廠主要參數(shù)的指示與變化曲線，以及安全參數(shù)的狀態(tài)，協(xié)助操縱人員在異常和事故工況下確定核電廠的安全狀態(tài)及應(yīng)采取的糾正措施。

由于全廠采用了全數(shù)字化的一體化計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)不僅擔(dān)負(fù)著直接控制的作用；而且在若干個(gè)控制環(huán)路之間起著協(xié)調(diào)控制的作用；同時(shí)還可以通過(guò)中央監(jiān)視計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)電廠的過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控；此外還能開(kāi)發(fā)操縱員支持系統(tǒng)，例如操作指導(dǎo)系統(tǒng)、事故分析系統(tǒng)等。綜合上述各種措施，控制室的設(shè)計(jì)更符合人因工程的要求，提高了操縱人員的工作水平和效能，有助于先進(jìn)沸水堆核電廠的安全、可靠和高效運(yùn)行。

采用以分散式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的壓水堆核電廠一體化控制系統(tǒng)。整個(gè)控制系統(tǒng)大體可分為四個(gè)層次：①數(shù)據(jù)采集及指令執(zhí)行層；②直接控制層；③協(xié)調(diào)控制層；④人機(jī)接口和信息管理層。協(xié)調(diào)控制層用以在各個(gè)直接控制器之間傳遞控制參數(shù)，藉以確定各直接控制器的控制策略。上述信息的傳遞通過(guò)高速數(shù)據(jù)總線進(jìn)行，為了提高可靠性，采用冗余的結(jié)構(gòu)。數(shù)字化控制系統(tǒng)廣泛采用CRT顯示，鍵盤、跟蹤球及觸摸屏操作，作為主控制室的人機(jī)接口。系統(tǒng)還設(shè)置了以太網(wǎng)的高速數(shù)據(jù)總線，用以向管理信息系統(tǒng)和技術(shù)支援中心傳遞信息。下圖示出壓水堆數(shù)字化控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。

數(shù)字化壓水堆控制系統(tǒng)與現(xiàn)有的壓水堆控制系統(tǒng)主要的差別在于前者采用以微處理機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字化系統(tǒng)，而后者采用由經(jīng)典的模擬電路和邏輯電路組成的系統(tǒng)。但兩者在控制參數(shù)、系統(tǒng)功能、測(cè)量元件及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等方面基本一致。

由于采用數(shù)字化的儀表和控制，大大改善了人機(jī)接口的人因工程設(shè)計(jì)，使操縱人員能夠正確有效地判斷各種運(yùn)行工況和瞬態(tài)，迅速做出正確的對(duì)策，改善了核電廠的可操作性，提高了核電廠的可用率。在系統(tǒng)中由于運(yùn)用了冗余和表決技術(shù)，防止單一故障導(dǎo)致不恰當(dāng)?shù)耐６选?shù)字化系統(tǒng)具有較強(qiáng)的自動(dòng)測(cè)試和自診斷能力，并且配備有自動(dòng)故障定位裝置，使運(yùn)行維修人員能及時(shí)消除系統(tǒng)故障，提高系統(tǒng)無(wú)故障運(yùn)行的時(shí)間。鑒于系統(tǒng)采用冗余結(jié)構(gòu)，并設(shè)有旁路裝置，因此故障部件的維修和更換可在線進(jìn)行，而不致產(chǎn)生誤動(dòng)作。由于采用分散式的結(jié)構(gòu)，使控制機(jī)柜靠近控制站，并采用數(shù)字化通信，節(jié)省大量電纜，簡(jiǎn)化電纜敷設(shè)，有助于降低核電廠儀表和控制的投資，利用光纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸還提高系統(tǒng)的抗干擾能力和隔離性能。由于采用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備和部件級(jí)的檢修，因此減少了備品備件的種類和數(shù)量，縮短了維修時(shí)間。此外，數(shù)字化系統(tǒng)有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，可以在事故發(fā)展的初期進(jìn)行預(yù)報(bào)，諸如用于堆芯保護(hù)的核電廠限制系統(tǒng)等。

壓水堆數(shù)字化控制系統(tǒng)主要包括下列系統(tǒng)：

(1)計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)；

(2)主控制室人機(jī)接口裝置；

(3)反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)；

(4)反應(yīng)堆控制系統(tǒng)；

(5)堆芯中子注量率測(cè)量系統(tǒng)；

(6)控制棒控制及位置指示系統(tǒng)；

(7)汽輪發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)；

(8)非安全級(jí)核電廠控制系統(tǒng)等。

反應(yīng)堆控制系統(tǒng) 主要包括反應(yīng)堆功率控制、穩(wěn)壓器壓力控制、穩(wěn)壓器水位控制、蒸汽發(fā)生器水位控制、給水泵轉(zhuǎn)速控制、蒸汽排放控制，以及各種電動(dòng)閥門的控制。上述控制分別由相應(yīng)的計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)實(shí)施。對(duì)于執(zhí)行調(diào)節(jié)控制功能的子系統(tǒng)，控制算法的運(yùn)算由相應(yīng)的計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)算，以保證在控制系統(tǒng)故障時(shí)，其影響僅局限在核電廠的某一特定功能上。這類子系統(tǒng)采用故障切換(fail over)的冗余結(jié)構(gòu)，每個(gè)子系統(tǒng)有兩個(gè)控制器，一個(gè)工作，一個(gè)備用。工作單元的信息，通過(guò)冗余數(shù)據(jù)信息通道傳送到備用單元，用以調(diào)整備用單元控制算法的狀態(tài)值，使切換時(shí)不致產(chǎn)生沖擊。當(dāng)檢測(cè)出工作單元故障時(shí)，自動(dòng)切換到備用單元。對(duì)于執(zhí)行邏輯控制功能的子系統(tǒng)，采用表決冗余。這類子系統(tǒng)有三個(gè)獨(dú)立的控制器，接受同樣的輸入信號(hào)，進(jìn)行相同運(yùn)算。每個(gè)控制器與相應(yīng)的冗余數(shù)據(jù)信息通道接口，可以隨時(shí)傳送和接收數(shù)據(jù)，互相之間通過(guò)串行數(shù)據(jù)鏈交換信息，輸出與三個(gè)I/O總線接口，由信號(hào)輸出適配器經(jīng)三取二表決后輸出。來(lái)自反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，采取相應(yīng)的隔離和冗余措施，以保證反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)和反應(yīng)堆控制系統(tǒng)的獨(dú)立性和可靠性。

為了提高系統(tǒng)的可靠性，每個(gè)計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)均連續(xù)執(zhí)行診斷測(cè)試程序，以檢驗(yàn)計(jì)算機(jī)內(nèi)存、總線、處理器正常的執(zhí)行功能。系統(tǒng)還通過(guò)與模擬信號(hào)的比較來(lái)檢查輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量，此外還通過(guò)反饋?zhàn)x出輸出模擬量來(lái)確認(rèn)數(shù)-模轉(zhuǎn)換的正確性。一旦發(fā)現(xiàn)故障，除自動(dòng)切換到備用處理器外，還通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸送到廠級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，提請(qǐng)操縱人員注意。

汽輪發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng) 主要由汽輪機(jī)的電液控制(DEH)系統(tǒng)、汽水分離再熱器的蒸汽再熱溫度控制(RTC)系統(tǒng)、緊急停機(jī)(ETS)系統(tǒng)、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)(AVR)系統(tǒng)，以及汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及脹差監(jiān)察(TSI)系統(tǒng)等組成。汽輪發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)綜合上述控制系統(tǒng)的性能，并通過(guò)接口與核電廠控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)，以改善核電廠的運(yùn)行特性，或?qū)崿F(xiàn)核電廠的遙控自動(dòng)調(diào)度。

核電廠控制系統(tǒng) 主要針對(duì)非安全級(jí)系統(tǒng)和核電廠輔助系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)采集，諸如起動(dòng)和停閉的順序控制，凝汽器、除氧器水位控制，體積控制箱水位控制，反應(yīng)堆補(bǔ)給水控制等等。系統(tǒng)通過(guò)分布式處理單元來(lái)實(shí)施，同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸將信息傳送到計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)。

主控室人機(jī)接口 由于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，主控室人機(jī)接口的設(shè)計(jì)將采用全新的觀念。主控室的布置將由傳統(tǒng)的按系統(tǒng)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向以功能為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)；主控室的信息顯示、報(bào)警、控制將更趨向于智能化，利用專家系統(tǒng)的原理開(kāi)發(fā)各種操縱員支持系統(tǒng)，協(xié)助操縱員及時(shí)做出正確的判斷和處理；在裝備上將廣泛采取大屏幕顯示、人機(jī)交互的由鍵盤、跟蹤球、觸摸屏組成的操縱器和在關(guān)鍵場(chǎng)合由常規(guī)的開(kāi)關(guān)、按鈕組成的后備操縱器，以及高度自動(dòng)化的信息處理和報(bào)表生成系統(tǒng)。

法國(guó)新一代的全數(shù)字化N4型壓水堆核電廠(Chooz B)已于1995年正式投用，美國(guó)西屋開(kāi)發(fā)的數(shù)字化控制系統(tǒng)已在英國(guó)的Sizewell B壓水堆核電廠上投用。

沸水堆（Boiling Water Reactor）字面上來(lái)看就是采用沸騰的水來(lái)冷卻核燃料的一種反應(yīng)堆，其工作原理為：冷卻水從反應(yīng)堆底部流進(jìn)堆芯，對(duì)燃料棒進(jìn)行冷卻，帶走裂變產(chǎn)生的熱能，冷卻水溫度升高并逐漸氣化，最終形成蒸汽和水的混合物，經(jīng)過(guò)汽水分離器和蒸汽干燥器，利用分離出的蒸汽推動(dòng)汽輪進(jìn)行發(fā)電。福島核電站建于20世紀(jì)70年代，屬于沸水堆。

沸水堆由壓力容器、燃料元件、控制棒和汽水分離器等組成。汽水分離器在堆芯的上部，它的作用是把蒸汽和水滴分開(kāi)、防止水滴進(jìn)入汽輪機(jī)，造成汽輪機(jī)葉片損壞。

沸水堆與壓水堆不同之處在于冷卻劑水通過(guò)堆芯變成約285℃左右的蒸汽，被直接被引入汽輪機(jī)。所以，沸水堆只有一個(gè)回路，省去了蒸汽發(fā)生器。

輕水堆核電站相對(duì)于重水堆等其他堆型，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)和運(yùn)行都相對(duì)比較簡(jiǎn)單，尺寸較小，造價(jià)低廉，燃料也比較經(jīng)濟(jì)，具有良好的安全性、可靠性與經(jīng)濟(jì)性。缺點(diǎn)是必須使用低濃鈾，目前采用輕水堆的國(guó)家，在核燃料供應(yīng)上大多依賴美國(guó)和獨(dú)聯(lián)體。此外，輕水堆對(duì)天然鈾的利用率低。如果系列地發(fā)展輕水堆要比系列地發(fā)展重水堆多用天然鈾50%以上。

從維修來(lái)看，壓水堆因?yàn)橐换芈泛驼羝到y(tǒng)分開(kāi)，汽輪機(jī)未受放射性的沾污，所以，容易維修。而沸水堆是堆內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽直接進(jìn)入汽輪機(jī)，這樣，汽輪機(jī)會(huì)受到放射性的沾污，所以在這方面的設(shè)計(jì)與維修都比壓水堆要麻煩一些。

截至1996年底為止，全世界已運(yùn)行的沸水堆有94座，總功率78285MW，占全世界已運(yùn)行核電廠反應(yīng)堆總數(shù)的21.7%和總功率的22.7%。

沸水堆主要是通過(guò)再循環(huán)流量的控制來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率。沸水堆是按壓力不變、流量可變的方式運(yùn)行的。設(shè)置再循環(huán)回路起到了利用汽泡所產(chǎn)生的負(fù)反應(yīng)性來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率的作用。

當(dāng)核電廠操縱員發(fā)出提升功率的信號(hào)時(shí)，該信號(hào)使再循環(huán)流量控制器重新定值，增加再循環(huán)流量。較高流速的流體通過(guò)堆芯時(shí)以較快的速度帶走汽泡，這就減少了堆芯內(nèi)的空穴，導(dǎo)致反應(yīng)性增加，反應(yīng)堆的功率上升，汽泡增加，一直達(dá)到新的平衡功率為止。產(chǎn)生的蒸汽增多，引起反應(yīng)堆容器內(nèi)的壓力上升，壓力控制器向汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，增大調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，汽輪機(jī)出力增加，堆內(nèi)壓力又恢復(fù)到控制點(diǎn)。要降低功率時(shí)，按照相同的程序，但以相反的方向進(jìn)行。

當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷增加時(shí)，汽輪機(jī)速度降低，調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增加，蒸汽壓力下降，反應(yīng)堆容器內(nèi)的蒸汽儲(chǔ)能用來(lái)增加蒸汽流量，滿足負(fù)荷要求；同時(shí)控制再循環(huán)流量，增加堆芯流量，使反應(yīng)堆功率上升，并與電網(wǎng)負(fù)荷匹配。電網(wǎng)負(fù)荷降低時(shí)，類似的過(guò)程按相反方向進(jìn)行。

為了減少功率調(diào)節(jié)的響應(yīng)時(shí)間，在再循環(huán)流量控制器收到信號(hào)的同時(shí)，將壓力控制器壓力整定點(diǎn)指示暫時(shí)停在稍低的壓力下。這樣，反應(yīng)堆內(nèi)的水快速蒸發(fā)，使較多的蒸汽幾乎立即供給汽輪機(jī)，當(dāng)反應(yīng)堆的功率水平上升到所要求的負(fù)荷時(shí)，壓力再調(diào)節(jié)回到正常值。

反應(yīng)堆功率水平的控制是由再循環(huán)流量和控制棒相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。控制棒和再循環(huán)流量能自動(dòng)地控制或手動(dòng)地控制。通過(guò)再循環(huán)流量的控制，可以在額定功率的65%到100%之間調(diào)整反應(yīng)堆功率。在65%以下可采用控制棒進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。

圖1中給出沸水堆控制系統(tǒng)。2100433B