CN102568625A - 一种核电站数字化测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电站数字化测试系统，包括就地编组箱、集中编组和采集机柜、数据处理机柜和网关数据传输机柜，通过采集现场的仪表测试信号，并经过处理和计算，将热平衡计算以及设备冷却水系统/重要厂用水系统的热交换效率计算的结果通过网络发送给核电站实时信息监控系统，以便于监控人员根据计算结果对设备冷却水系统和重要厂用水系统的热交换器采取相应的措施，保证核电站的正常运行。

Description

一种核电站数字化测试系统

技术领域

本发明涉及核电站测试系统，尤其涉及一种核电站数字化测试系统。

背景技术

传统的模拟仪表控制系统缺少对核电站的重要性能参数进行自动定期测试的功能，随着数字化技术的发展，传统仪表控制系统已不能满足对于核电站的监测要求，CPR1000(百万千瓦级压水堆)堆型核电站需要一套数字化测量系统对核电站进行自动和定期的测试试验。核电站中设备冷却水系统和重要厂用水的热交换器的正常运行是核电站安全运转的重要保障，现有技术中缺少一套自动采集如蒸汽发生器的入口压力、给水流量、给水温度等重要的试验仪表信号，再由处理计算机将采集到的数据根据公式进行计算和记录，实现核电站机组在线自动进行热平衡计算以及设备冷却水系统/重要厂用水系统的热交换效率(即RRI/SEC热交换效率)的数字化自动测试系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中缺少对核电站重要的性能参数进行自动定期数字化测量系统的缺陷，提供一种可定期或者根据需要随时进行数字化测试的核电站数字化测试系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种核电站数字化测试系统，包括：

就地编组箱，用于采集现场试验仪表的测量信号；

集中编组和采集机柜，与所述就地编组箱连接，用于接收所述就地编组箱采集的测量信号以及数字化仪控系统的信号；

数据处理机柜，与所述集中编组和采集机柜连接，用于将所述集中编组和采集机柜输出的信号进行处理，并进行热平衡计算以及设备冷却水系统/重要厂用水系统的热交换效率计算；

网关数据传输机柜，与所述数据处理机柜连接，用于将所述数据处理机柜的计算结果通过网络发送给所述核电站实时信息监控系统，以便根据所述计算结果对设备冷却水系统和重要厂用水系统进行处理。

本发明所述的核电站数字化测试系统中，所述数据处理机柜中作为计算的输入值为至少100次测量信号的平均值。

本发明所述的核电站数字化测试系统中，在所述热平衡计算中，核蒸汽供应系统热功率的计算公式为：

其中，WSGi为每台蒸汽发生器提供的热功率，WΔPr为除堆芯外其它热源向反应堆冷却剂系统输入的热功率。

本发明所述的核电站数字化测试系统中，每台蒸汽发生器提供的热功率WSG＝(Hv-He)Qe-(Hv-Hp)Qp，其中Qe为给水流量，Qp为排污流量，Qv为蒸汽流量，He为给水焓，Hp为排污水焓，Hv为蒸汽发生器出口湿蒸汽焓。

本发明所述的核电站数字化测试系统中，所述蒸汽发生器出口湿蒸汽焓Hv＝xHvs+(1-x)Hes，其中，Hes为饱和水焓，Hvs为饱和蒸汽焓，x为含汽量，1-x为蒸汽中夹带的水量。

本发明所述的核电站数字化测试系统中，所述除堆芯外其它热源向反应堆冷却剂系统输入的热功率WΔPr为11MW。

本发明所述的核电站数字化测试系统中，在所述设备冷却水系统/重要厂用水系统的热交换效率计算中，热交换效率Ks＝Wm/Δtm*Fg，其中，Ks为热交换效率；

Wm＝[Q_RRI*Cp*(Te-Ts)]/3.6；

Δtm＝[(Te-ts)-(Ts-te)]/ln[(Te-ts)/(Ts-te)]；

Q_RRI为通过设备冷却水系统管侧的水流量，Cp为设备冷却水系统中水的比热，等于4.18KJ/Kg*℃，Te为设备冷却水系统管侧入口温度；Ts为设备冷却水系统管侧出口温度；te为重要厂用水系统入口温度；ts为重要厂用水系统出口温度；Fg为函数发生器，对于板式热交换器为1。

本发明所述的核电站数字化测试系统中，所述数据处理机柜包括数据处理计算机、带液晶显示器的工作台、硬盘、以太网交换机和用于数据备份的光盘驱动器。

本发明所述的核电站数字化测试系统中，所述网关数据传输机柜包括网关通信处理计算机、带液晶显示器的工作台、硬盘、以太网交换机以及打印计算结果的激光打印机。

本发明所述的核电站数字化测试系统中，设备冷却水系统/重要厂用水的热交换效率的测试条件包括：

反应堆功率稳定；

待试验的系列已运行至少半小时；

至少有一台设备冷却水系统中的泵和一台重要厂用水系统中的泵在运行；

热交换器处于额定工况运行。

本发明所述的核电站数字化测试系统中，在设备冷却水系统管侧入口温度Te小于预先设定的值时，需清洗所述热交换器。

本发明所述的核电站数字化测试系统中，在计算出的热交换效率Ks小于预先设定的理论值时，需清洗所述热交换器。

本发明产生的有益效果是：本发明通过就地编组箱、集中编组和采集机柜、数据处理机柜和网关数据传输机柜等采集现场的仪表信号，并经过处理和计算，将热平衡计算以及设备冷却水系统/重要厂用水系统的热交换效率计算的结果通过网络发送给核电站实时信息监控系统，以便于监控人员根据计算结果对设备冷却水系统和重要厂用水系统的热交换器采取相应的措施，保证核电站的正常运行。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例核电站数字化测试系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例的核电站数字化测试系统包括：

就地编组箱，用于采集现场试验仪表的测量信号；就地编组箱分为两种，一种用于采集热平衡计算和RRI/SEC(RRI：设备冷却水系统，SEC：重要厂用水系统)热交换效率计算所需测试信号(包括压力、流量和温度等)。本发明实施例中就地编组箱主要用于分别采集1，2号机组的信号；另一种为备用编组箱，平时不接电缆到仪表上，可以根据试验或调试的需要，临时采集一些就地的试验仪表信号。

集中编组和采集机柜，与就地编组箱连接，用于接收就地编组箱采集的测量信号以及数字化仪控系统(DCS)的信号；本发明实施例中集中编组和采集机柜1KME001AR和2KME001AR，接收就地编组箱采集的来自1，2号机组的用于热平衡计算和RRI/SEC热交换效率计算的所有测量信号(包括压力、流量、温度)以及来自DCS的信号，完成各测点信号的采集并为就地变送器供电。集中编组和采集机柜配有：信号端子模块、模拟量信号采集模块(实现隔离，A/D转换)、CPU模块、与数据处理计算机的网络通讯接口以及相应的采集软件。

数据处理机柜，与集中编组和采集机柜连接，用于将集中编组和采集机柜输出的信号进行处理，并进行热平衡计算以及设备冷却水系统/重要厂用水系统的热交换效率计算。本发明实施例中数据处理机柜9KME001PP完成所有采集来的数据的进一步处理和计算，即完成反应堆热平衡试验和RRI/SEC热交换器试验。该数据处理机柜配有：数据处理计算机、带LCD的工作台、以太网交换机、计算处理软件和用于数据备份的MO DRIVER(光盘驱动器)，以及足够大的硬盘，其可存储基本软件与应用软件，处理前的临时数据，试验报表和试验常数表等。为提高精度，所有的采集值必须要求有一定的时间延时，对于每一个输入都有一个平均值和标准偏差的计算程序。

网关数据传输机柜，与数据处理机柜连接，用于将数据处理机柜的计算结果通过网络发送给核电站实时信息监控系统。本发明实施例中，网关数据传输机柜9KME002PP主要实现与LEVEL3 KNS系统(实时信息监控系统)的通信，将数据处理机柜的计算结果送到LEVEL3 KNS系统进行监视分析，以便根据计算结果对设备冷却水系统和重要厂用水系统进行处理。该机柜配有：网关通信处理计算机、带LCD的工作台、硬盘、以太网交换机、打印计算结果的激光打印机和网关数据通信软件等。

配电箱，用于为集中编组和采集机柜、数据处理机柜以及网关数据传输机柜供电。本发明实施例的配电箱1KME001CR和2KME001CR，分别接受220V ACUPS电源。

本发明实施例中，核电站数字化测试系统需达到一定的系统性能要求，包括数字化测试系统的可用性不低于99.99％，MTTR(Mean Time to Restoration平均修复时间)低于1小时，系统精度应优于1％，一个系统全采样周期应达到25ms，软件部分应包括一个误差计算子程序(该程序应考虑包括从传感器，变送器，数据处理等各个因素引起的误差)，网络和CPU负荷率应分别不大于30％和40％，各种存储器的负荷率不大于50％，电源模块负荷率不大于30～40％。

在本发明实施例中，为了获得较为准确的测量信号，对于每一个测量都应重复进行至少100次，取平均值作为计算输入值。如数据处理机柜中作为计算的输入值即为至少100次测量信号的平均值。

在进行热平衡试验时，在热平衡计算中，NSSS(Nuclear Steam SupplySystem核蒸汽供应系统)热功率的确定是建立在每一蒸汽发生器逼近焓平衡的基础上的，蒸汽发生器焓平衡用下式转换成真实的NSSS热功率：

$\mathrm{WR}=\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{WSGi}-\mathrm{W\ΔPr}---\left(1\right)$

上式中：

WR为NSSS热功率，单位MWth；WSGi为每台蒸汽发生器提供的热功率，单位MWth；WΔPr为除堆芯外其它热源输给反应堆冷却剂系统的热功率，单位MWth。

每台蒸汽发生器提供的热功率为：

WSG＝HvQv+HpQp-HeQe                          (2)

Qv＝Qe-Qp                                    (3)

将(3)式代入(2)式可得：

WSG＝(Hv-He)Qe-(Hv-Hp)Qp                     (4)

上式中：

Qe为给水流量，单位kg/s；Qp为排污流量，单位kg/s；Qv为蒸汽流量，单位kg/s；He为给水焓，单位kg/s；Hp为排污水焓，单位kg/s；Hv为蒸汽发生器出口湿蒸汽焓，单位kg/s。

湿蒸汽焓可表示为：

Hv＝x Hvs+(1-x)Hes                           (5)

上式中：

Hes为饱和水焓，单位kg/s；Hvs为饱和蒸汽焓，单位kg/s；x为含汽量，无量纲；1-x为蒸汽中夹带的水量，无量纲。

将(4)代入(1)中可得：

$\mathrm{WR}=\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}[(\mathrm{Hvi}-\mathrm{Hei})\mathrm{Qei}-(\mathrm{Hvi}-\mathrm{Hpi})\mathrm{Qpi}]-\mathrm{W\ΔPr}---\left(6\right)$

如果排污管线在试验期间隔离，则式(6)变为：

$\mathrm{WR}=\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\left[(\mathrm{Hvi}-\mathrm{Hei})\mathrm{Qei}\right]-\mathrm{Wpr}---\left(7\right)$

其中参数的确定具体为：

湿蒸汽焓(Hv)：Hv的计算是已在每台蒸汽发生器出口压力值为基础的。

给水焓(He)：根据每台蒸汽发生器入口给水温度和压力值计算或查VDI表而得。

排污水焓(Hp)：假设每台蒸汽发生器排污水焓都是饱和水焓。压力取为测量的蒸汽压力。

给水流量(Qe)：每个蒸汽发生器SG的给水流量(Qe)是通过按照GB/T2624-93设计的试验孔板压差测量值和在上游压力接头处的流体密度来进行计算的。

排污流量(Qp)：总的排污流量在控制室指示，这个流量假设3个蒸汽发生器分布相等。

除堆芯外其他热源向冷却剂系统输入的热功率(WΔPr)：这是在热输入和热输出之间的差值。其中，热输入来自：反应堆冷却剂泵、正在运行的上充泵和稳压器加热器。热输出通过已下途径：非再生热交换器、反应堆冷却剂泵轴密封水热交换器、反应堆冷却剂泵热屏蔽和系统热损失。

WΔPr项可在热态试验或近临界高温试验期间确定。可认为它在所有功率水平保持常数。根据法国本堆型核电厂的运行经验，WΔPr＝11MW是一个典型值。

在数据处理机柜的计算过程中，通过查VDI表得到水和蒸汽的焓值，VDI表格存在于计算机数据库内。密度也可通过查表得到密度值。在数据处理机柜的程序中可包括一个精度计算子程序，用于进一步提高计算的精度。

进行RRI/SEC热交换效率试验的目的是通过计算RRI/SEC热交换器的传热系数检查该热交换器的脏污程度，同时通过测量SEC侧热交换器的差压确定管道的流动阻力是否在正常运行范围内。目的是进一步确认该热交换器在设计基准事故期间是否有足够的能力带走由核岛产生的余热。

进行RRI/SEC热交换效率试验的安全准则是在试验工况下，计算所得的传热系数Ks应大于一个理论值，该值待定；在设备冷却水系统管侧入口温度Te小于预先设定的值时，需清洗热交换器。进行试验的周期为一周一次或根据需要更加频繁。

本发明实施例中，进行RRI/SEC热交换效率试验的所应达到的试验条件为：反应堆功率稳定；进行试验的系列A(或B)已运行至少半小时；一台RRI泵和一台SEC泵运行；热交换器处于额定工况运行。

在设备冷却水系统/重要厂用水系统的热交换效率计算中，热交换效率Ks＝Wm/Δtm*Fg，其中，

Wm＝[Q_RRI*Cp*(Te-Ts)]/3.6；

Δtm＝[(Te-ts)-(Ts-te)]/ln[(Te-ts)/(Ts-te)]；

Q_RRI为通过RRI管侧的水流量，Cp为设备冷却水系统中水的比热，等于4.18KJ/Kg*℃，Te为设备冷却水系统管侧入口温度；Ts为设备冷却水系统管侧出口温度；te为重要厂用水系统入口温度；ts为重要厂用水系统出口温度；Fg为函数发生器，对于板式热交换器为1。在计算的结果中，在计算出的热交换效率Ks小于预先设定的理论值时，需清洗热交换器。另外在SEC侧热交换器的差压大于预先设定的理论值时，也需要清洗热交换器。

本发明的核电站数字化测试系统中，采集的数据具有高精度性，满足了核电站机组在线自动计算反应堆功率的热平衡及RRI/SEC热交换效率的功能需求，并可测量其他希望进行试验的信号，为机组是否可能出现运行状态偏离提供了准确的判断依据。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种核电站数字化测试系统，其特征在于，包括：

就地编组箱，用于采集现场试验仪表的测量信号；

集中编组和采集机柜，与所述就地编组箱连接，用于接收所述就地编组箱采集的测量信号以及数字化仪控系统的信号；

数据处理机柜，与所述集中编组和采集机柜连接，用于将所述集中编组和采集机柜输出的信号进行处理，并进行热平衡计算以及设备冷却水系统/重要厂用水系统的热交换效率计算；

网关数据传输机柜，与所述数据处理机柜连接，用于将所述数据处理机柜的计算结果通过网络发送给所述核电站实时信息监控系统，以便根据所述计算结果对设备冷却水系统和重要厂用水系统进行处理。

2.根据权利要求1所述的核电站数字化测试系统，其特征在于，所述数据处理机柜中作为计算的输入值为至少100次测量信号的平均值。

3.根据权利要求2所述的核电站数字化测试系统，其特征在于，在所述热平衡计算中，核蒸汽供应系统热功率的计算公式为：

其中，WR为核蒸汽供应系统热功率，WSGi为每台蒸汽发生器提供的热功率，WΔPr为除堆芯外其它热源向反应堆冷却剂系统输入的热功率。

4.根据权利要求3所述的核电站数字化测试系统，其特征在于，所述除堆芯外其它热源向反应堆冷却剂系统输入的热功率WΔPr为11MW。

5.根据权利要求2所述的核电站数字化测试系统，其特征在于，所述数据处理机柜包括数据处理计算机、带液晶显示器的工作台、硬盘、以太网交换机和用于数据备份的光盘驱动器。

6.根据权利要求2所述的核电站数字化测试系统，其特征在于，所述网关数据传输机柜包括网关通信处理计算机、带液晶显示器的工作台、硬盘、以太网交换机以及打印计算结果的激光打印机。

7.根据权利要求2所述的核电站数字化测试系统，其特征在于，在所述设备冷却水系统/重要厂用水系统的热交换效率计算中，热交换效率Ks＝Wm/Δtm*Fg，其中，Ks为热交换效率；

Wm＝[Q_RRI*Cp*(Te-Ts)]/3.6；

Δtm＝[(Te-ts)-(Ts-te)]/ln[(Te-ts)/(Ts-te)]；

Q_RRI为通过设备冷却水系统管侧的水流量，Cp为设备冷却水系统中水的比热，等于4.18KJ/Kg*℃，Te为设备冷却水系统管侧入口温度；Ts为设备冷却水系统管侧出口温度；te为重要厂用水系统入口温度；ts为重要厂用水系统出口温度；Fg为函数发生器，对于板式热交换器为1。

8.根据权利要求7所述的核电站数字化测试系统，其特征在于，设备冷却水系统/重要厂用水的热交换效率的测试条件包括：

反应堆功率稳定；

待试验的系列已运行至少半小时；

至少有一台设备冷却水系统中的泵和一台重要厂用水系统中的泵在运行；

热交换器处于额定工况运行。

9.根据权利要求8所述的核电站数字化测试系统，其特征在于，在设备冷却水系统管侧入口温度Te小于预先设定的值时，需清洗所述热交换器。

10.根据权利要求9所述的核电站数字化测试系统，其特征在于，在计算出的热交换效率Ks小于预先设定的理论值时，需清洗所述热交换器。

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