CN106855990B - 核电机组仪表通道测量误差论证方法 - Google Patents

核电机组仪表通道测量误差论证方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于核电站设备管理领域技术领域，具体涉及一种核电机组仪表通道测量误差论证方法，目的是通过对电厂历史标定数据的收集和统计计算，证明仪表标定周期延长的可行性。其特征在于：它包括计算仪表在现有标定周期下的测量误差、测量某通道内各类仪表在拟延长标定周期后的测量误差、计算拟延长标定周期后仪表所在通道的不确定度和评估拟延长标定周期后仪表所在通道的不确定度是否符合回路设计的测量精度要求的步骤。本发明通过高置信度的比对及引入“时间比方根”外推法计算和分析仪表漂移的量值在拟论证延长的周期内是否会超出原设计要求，为论证仪表的标定周期能否延长提供了科学的依据和保障。

Description

核电机组仪表通道测量误差论证方法
技术领域
本发明属于核电站设备管理领域技术领域，具体涉及一种核电机组仪表通道测量误差论证方法。
背景技术
对于核电厂大修周期优化或燃料循环周期延长项目，都会涉及与原设计中重要关键仪表标定周期的修改，同时重要关键仪表的稳定性也是国际核电领域都是格外关注的事项，在电站设计及安全分析阶段时都要对重要关键仪表稳定性的各项指标进行计算，所以对于在不降低电厂设计安全性的前提下进行大修周期延长或长燃料周期延长就必须进行仪表标定周期延长的论证。
仪表标定周期延长是否可行，关键在于评估计算标定周期延长后仪表的测量误差是否仍在误差允许的范围内。但目前国际上通常采用的AFAL方法和SRSS方法只能分析计算出仪表及其通道在现有标定间隔下的测量误差，无法预测出标定周期延长后的测量误差。
发明内容
本发明的目的是通过对电厂历史标定数据的收集和统计计算，分析仪表在现有标定周期下的测量误差，并采用“时间比方根”外推法预测标定周期延长后仪表的测量误差，评估分析仪表的运行特性，以证明仪表标定周期延长的可行性。
本发明是这样实现的：
一种核电机组仪表通道测量误差论证方法，具体包括如下步骤：
步骤1：计算仪表在现有标定周期下的测量误差；
步骤2：测算某通道内各类仪表在拟延长标定周期后的测量误差；
步骤3：计算拟延长标定周期后仪表所在通道的不确定度；
步骤4：评估拟延长标定周期后仪表所在通道的不确定度是否符合回路设计的测量精度要求。
如上所述的步骤1，具体包括如下步骤：
1.1收集电厂历年的仪表标定数据，计算仪表在各标定点的漂移值即AFAL值，计算公式为：
Figure BDA0000872324030000021
(公式1)
其中Drifti为仪表在各标定点的漂移值，AFi为当前次仪表标定调整前的测量值，ALi-1为前次仪表标定调整后的测量值；Span为该类仪表的标定量程；公式中下标的i代表第几个燃料循环周期；
1.2对同组仪表各标定点的AFAL值进行统计，采用现有方法计算该组AFAL值的平均值、标准差、样本量三个统计参数；
1.3使用统计学中“T检验”方法检测样本中的异常点，检测到异常点后对其进行处理；异常点处理完毕后，对该组仪表剩余标定点的AFAL值按公式1重新进行计算，并再次统计该组AFAL值的平均值、标准差、样本量三个统计参数；
1.4计算仪表样本的漂移量容许区间；基于步骤1.3中计算出的统计参数，计算该类仪表样本的漂移量容许区间，计算公式为：
Figure BDA0000872324030000022
(公式2)
其中TI表示漂移量容许区间，
Figure BDA0000872324030000023
为该组仪表各标定点漂移值样本的平均值，k为容许因子，S为漂移值样本标准差，γ为总体落入容许区间的比例大于或等于指定的置信水平，P为总体中单元落入统计容许区间的最小比例，选择95％/95％的水平，并根据样本量选择相应的容许因子k。
如上所述的步骤1.3中的异常点处理具体包括如下步骤：
(1)对每个判定出的异常点进行分析，确定它们是否是由简单的数据录入错误、设定值或量程改变以及其它明显的错误引起；
(2)分别计算异常点移除前后的漂移统计数据，确定异常点是否对统计结果产生重要影响；
(3)只有确定该异常点不能代表仪表的真实性能后才能把它从统计样本中删除，并在分析中予以说明，符合删除要求的予以删除。
如上所述的步骤2，采用“时间比方根”外推法估算标定周期延长后仪表的测量误差，计算公式为：
Figure BDA0000872324030000031
(公式3)
其中Ex是仪表在拟延长到Tx标定间隔后的估算测量误差；E0是仪表在原设计标定周期T0时间内的测量误差，即为步骤1.4中TI绝对值的最大值；Tx是该类仪表拟延长的标定周期；T0是该仪表现有的标定周期。
如上所述的步骤3，采用振型组合方法即SRSS方法计算仪表通道的不确定度，其公式如下：
Figure BDA0000872324030000032
(公式4)
其中A，B，C为随机且相互独立的不确定项，这些项是以0值为中心，近似正态分布，并且没有特定方向；F为非正态分布或偏差不确定性项，用于描述与非正态分布不确定性项相关的没有特定方向的误差限值，该项的量级假定在最坏方向上贡献到总不确定的大小，且带有±符号；L和M为具有特定方向的偏差；ELOOP为该仪表所在通道总的不确定度；
应用于核电厂仪表通道测量数据计算时，上述公式简化为：
Figure BDA0000872324030000041
(公式5)
其中A，B，C为随机且相互独立的不确定项，在此代表通道中变送器、隔离模块类仪表采用“时间比方根”外推法估算标定周期延长后仪表的测量误差，A，B，C根据Ex确定；ELOOPx(％)为该仪表所在通道拟延长标定间隔后的总的不确定度。
如上所述的步骤4，利用该仪表所在通道总的不确定度ELOOPx(％)转化为与该通道测量精度同量纲的ELOOPx(P)，计算公式如下：
ELOOPx(P)＝S(P)×ELOOPx(％) (公式6)
其中ELOOPx(P)为该仪表所在通道拟延长标定间隔后的总的不确定度，为仪表测量参数的量纲单位；ELOOPx(％)为该仪表所在通道拟延长标定间隔后的总的不确定度，单位为％；S(p)为该仪表所在通道的量程范围；
将该仪表所在通道拟延长标定间隔后的总的不确定度ELOOPx(P)与所在通道的设计测量精度比较，如果ELOOPx(P)在所在通道的设计测量精度范围要求内，则表明该通道内相关仪表的标定周期可以延长；如果不满足要求，则表明该通道内相关仪表的标定周期不能延长到拟论证的标定周期。
本发明的有益效果是：
本发明包括计算仪表在现有标定周期下的测量误差、测量某通道内各类仪表在拟延长标定周期后的测量误差、计算拟延长标定周期后仪表所在通道的不确定度和评估拟延长标定周期后仪表所在通道的不确定度是否符合回路设计的测量精度要求的步骤。本发明通过高置信度的比对及引入“时间比方根”外推法计算和分析仪表漂移的量值在拟论证延长的周期内是否会超出原设计要求，为论证仪表的标定周期能否延长提供了科学的依据和保障。
附图说明
图1是本发明的核电机组仪表通道测量误差论证方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
如图1所示，一种核电机组仪表通道测量误差论证方法，具体包括如下步骤：
步骤1：计算仪表在现有标定周期下的测量误差；
1.1收集电厂历年的仪表标定数据，计算仪表在各标定点的漂移值(简称AFAL值)。AFAL值的通常数值为仪表标定量程Span(例如16mA)的百分比，计算公式为：
Figure BDA0000872324030000051
(公式1)
其中Drifti为仪表在各标定点的漂移值，AFi为当前次仪表标定调整前的测量值，ALi-1为前次仪表标定调整后的测量值；Span为该类仪表的标定量程；公式中下标的i代表第几个燃料循环周期。
1.2对同组仪表各标定点的AFAL值进行统计，采用现有方法计算该组AFAL值的平均值、标准差、样本量三个统计参数。
1.3使用统计学中“T检验”方法检测样本中的异常点。所述的异常点是指仪表标定数据样本中某一点数据明显不同于其它数据，那么该数据就是异常点。若仪表数据样本中存在一个或多个异常点，就可能明显增大样本的标准差。由于仪表标定记录数据中可能存异常点而导致样本的标准差被放大，需要在统计分析过程中对异常点进行判断、分析和去除。通常采用“T检验”可以检测样本中是否存在异常点，检测到异常点后就需要对其进行处理。
在进行异常点处理时主要有以下步骤：
(1)对每个判定出的异常点进行分析，确定它们是否是由简单的数据录入错误、设定值或量程改变以及其它明显的错误引起。
(2)分别计算异常点移除前后的漂移统计数据，确定异常点是否对统计结果产生重要影响。
(3)只有确定该异常点不能代表仪表的真实性能后才能把它从统计样本中删除，并在分析中予以说明，符合删除要求的予以删除。
异常点处理完毕后，对该组仪表剩余标定点的AFAL值按公式1重新进行计算，并再次统计该组AFAL值的平均值、标准差、样本量三个统计参数。
Figure BDA0000872324030000061
1.4计算仪表样本的漂移量容许区间。基于步骤1.3中计算出的统计参数，计算该类仪表样本的漂移量容许区间，计算公式为：
Figure BDA0000872324030000062
(公式2)
其中TI表示漂移量容许区间，
Figure BDA0000872324030000063
为该组仪表各标定点漂移值样本的平均值，k为容许因子，S为漂移值样本标准差。另外，γ为总体落入容许区间的比例大于或等于指定的置信水平，P为总体中单元落入统计容许区间的最小比例；对于安全相关仪表的容许区间，通常选择95％/95％的水平，并根据样本量选择相应的容许因子k，选择标准为：GBT 3359-1982.数据的统计处理和解释统计容许区间的确定[S].国家标准局，1982。
步骤2：测算某通道内各类仪表在拟延长标定周期后的测量误差；
采用“时间比方根”外推法估算标定周期延长后仪表的测量误差，计算公式为：
Figure BDA0000872324030000071
(公式3)
其中Ex是仪表在拟延长到Tx标定间隔后的估算测量误差；E0是仪表在原设计标定周期T0时间内的测量误差，即为步骤1.4中TI(漂移量容许区间)绝对值的最大值。Tx是该类仪表拟延长的标定周期；T0是该仪表现有的标定周期。
步骤3：计算拟延长标定周期后仪表所在通道的不确定度；
采用振型组合方法(简称SRSS方法)计算仪表通道的不确定度，该方法建立在随机独立事件的概率统计方法之上，要求参与数据处理的各个事件之间是相互独立的，不存在耦合关系。其公式如下：
Figure BDA0000872324030000072
(公式4)
其中A，B，C为随机且相互独立的不确定项，这些项是以0值为中心，近似正态分布，并且没有特定方向；F为非正态分布或偏差不确定性项，用于描述与非正态分布不确定性项相关的没有特定方向的误差限值，该项的量级假定在最坏方向上贡献到总不确定的大小，且带有±符号；L和M为具有特定方向的偏差；ELOOP为该仪表所在通道总的不确定度。
由于核电厂仪表通道的各个设备或模块是相互独立的，且收集的数据均近似服从正态分布，因此应用于核电厂仪表通道测量数据计算时，上述公式简化为：
Figure BDA0000872324030000073
(公式5)
其中A，B，C为随机且相互独立的不确定项，在此代表通道中变送器、隔离模块类仪表采用“时间比方根”外推法估算标定周期延长后仪表的测量误差，A，B，C根据步骤3中得到的Ex确定；ELOOPx(％)为该仪表所在通道拟延长标定间隔后的总的不确定度。
步骤4：评估拟延长标定周期后仪表所在通道的不确定度是否符合回路设计的测量精度要求；
利用该仪表所在通道总的不确定度ELOOPx(％)转化为与该通道测量精度同量纲的ELOOPx(P)，计算公式如下：
ELOOPx(P)＝S(P)×ELOOPx(％) (公式6)
其中ELOOPx(P)为该仪表所在通道拟延长标定间隔后的总的不确定度，为仪表测量参数的量纲单位；ELOOPx(％)为该仪表所在通道拟延长标定间隔后的总的不确定度，单位为％；S(p)为该仪表所在通道的量程范围。
将该仪表所在通道拟延长标定间隔后的总的不确定度ELOOPx(P)与所在通道的设计测量精度比较，如果ELOOPx(P)在所在通道的设计测量精度范围要求内，则表明该通道内相关仪表的标定周期可以延长；如果不满足要求，则表明该通道内相关仪表的标定周期不能延长到拟论证的标定周期。
实施例：以某核电厂2号停堆系统反应堆厂房高压力(RBPH)脱扣回路为例介绍以上方法的具体应用。2号停堆系统反应堆厂房高压力(RBPH)脱扣回路的主要论证对象为压力变送器标定项目和报警模块标定项目，电站最终安全分析报告中规定了该通道的测量精度要求为±0.25kPa。其中压力变送器为ROSEMOUNT公司生产的1153DB4PCN0107型压力变送器，其实际输入值为-5～15kPa，实际输出值为4～20mA，仪表精度为量程的0.25％。报警模块为VERMEER ENGINEERING公司生产的SAM 4034型电流报警模块，输入信号：电流或电压信号，量程为从1mV到150VDC，输入电阻最小10兆欧，通常选择1000兆欧。仪表回路的原标定周期为18个月，拟论证标定周期延长到30个月。反应堆厂房高压脱扣回路的设计参数以及仪表标定周期延长的可行性评估结果，如表1、表2所示。
表1：反应堆厂房高压脱扣回路的设计参数
代码 参数名称 参数值 参考依据
E<sub>LOOP(P)</sub> RBPH Loop Error(kPa) 0.25kPa 设计要求
S<sub>(P)</sub> RBPH Span(kPa) 20kPa 设计值
P<sub>ZERO</sub> RBPH Reference Zero -5kPa 设计值
H<sub>(a)</sub> RBPH Upper Limit(mA) 20.0mA
L<sub>(a)</sub> RBPH Lower Limit(mA) 4.0mA
S<sub>(a)</sub> RBPH Span(mA) 16mA H<sub>(a)</sub>-L<sub>(a)</sub>
H(<sub>P</sub>) RBPH Upper Limit(kPa) 15kPa
L(<sub>P</sub>) RBPH Lower Limit(kPa) -5kPa
S<sub>(p)</sub> RBPH Span(kPa) 20kPa H<sub>(P)</sub>-L<sub>(P)</sub>
URL Upper Range Limit(kPa) 37.5kPa
SP<sub>(Pr)</sub> RBPH Set Point 3.45kPa
SP<sub>(P)</sub> RBPH Set Point 3.45kPa H<sub>(P)</sub>+S<sub>(P)</sub>*((S<sub>P(Pr)</sub>-P<sub>ZERO</sub>)/S<sub>(P)</sub>)
P<sub>OP</sub> Operating Pressure 0kPa
表2：仪表标定周期延长的可行性评估结果
Figure BDA0000872324030000091
评估结论：通过上述计算可知，2号停堆系统反应堆厂房高压力(RBPH)脱扣回路，经外推30个月标定周期下该回路的测量误差为0.1117kPa，未超出该回路设计测量精度±0.25kPa的范围。因此该通道相关仪表的标定周期可以由原来的18个月延长至30个月。

Claims (4)

1.一种核电机组仪表通道测量误差论证方法，具体包括如下步骤：
步骤1：计算仪表在现有标定周期下的测量误差；
步骤2：测算某通道内各类仪表在拟延长标定周期后的测量误差；
步骤3：计算拟延长标定周期后仪表所在通道的不确定度；
步骤4：评估拟延长标定周期后仪表所在通道的不确定度是否符合回路设计的测量精度要求；
所述的步骤1，具体包括如下步骤：
1.1收集电厂历年的仪表标定数据，计算仪表在各标定点的漂移值即AFAL值，计算公式为：
Figure FDA0002578860940000011
其中Drifti为仪表在各标定点的漂移值，AFi为当前次仪表标定调整前的测量值，ALi-1为前次仪表标定调整后的测量值；Span为该类仪表的标定量程；公式中下标的i代表第几个燃料循环周期；
1.2对同组仪表各标定点的AFAL值进行统计，计算该组AFAL值的平均值、标准差、样本量三个统计参数；
1.3使用统计学中“T检验”方法检测样本中的异常点，检测到异常点后对其进行处理；异常点处理完毕后，对该组仪表剩余标定点的AFAL值按公式1重新进行计算，并再次统计该组AFAL值的平均值、标准差、样本量三个统计参数；
1.4计算仪表样本的漂移量容许区间；基于步骤1.3中计算出的统计参数，计算该类仪表样本的漂移量容许区间，计算公式为：
Figure FDA0002578860940000012
其中TI表示漂移量容许区间，x为该组仪表各标定点漂移值样本的平均值，k为容许因子，S为漂移值样本标准差，γ为总体落入容许区间的比例大于或等于指定的置信水平，P为总体中单元落入统计容许区间的最小比例，选择95％/95％的水平，并根据样本量选择相应的容许因子k；
所述的步骤2，采用“时间比方根”外推法估算标定周期延长后仪表的测量误差，计算公式为：
Figure FDA0002578860940000021
其中Ex是仪表在拟延长到Tx后的估算测量误差；E0是该仪表现有的标定周期T0时间内的测量误差，即为步骤1.4中TI绝对值的最大值；Tx是该类仪表拟延长的标定周期；T0是该仪表现有的标定周期。
2.根据权利要求1所述的核电机组仪表通道测量误差论证方法，其特征在于：所述的步骤1.3中的异常点处理具体包括如下步骤：
(1)对每个判定出的异常点进行分析，确定它们是否是由简单的数据录入错误、设定值或量程改变以及其它明显的错误引起；
(2)分别计算异常点移除前后的漂移统计数据，确定异常点是否对统计结果产生重要影响；
(3)只有确定该异常点不能代表仪表的真实性能后才能把它从统计样本中删除，并在分析中予以说明，符合删除要求的予以删除。
3.根据权利要求1所述的核电机组仪表通道测量误差论证方法，其特征在于：所述的步骤3，采用振型组合方法即SRSS方法计算仪表通道的不确定度，其公式如下：
Figure FDA0002578860940000022
其中A，B，C为随机且相互独立的不确定项，这些项是以0值为中心，近似正态分布，并且没有特定方向；F为偏差不确定性项，用于描述与非正态分布不确定性项相关的没有特定方向的误差限值，该项的量级假定在最坏方向上贡献到总的不确定度的大小，且带有±符号；L和M为具有特定方向的偏差；ELOOP为该仪表所在通道总的不确定度；
应用于核电厂仪表通道测量数据计算时，公式4简化为：
Figure FDA0002578860940000031
其中A，B，C为随机且相互独立的不确定项，在此代表通道中变送器、隔离模块类仪表采用“时间比方根”外推法估算标定周期延长后仪表的测量误差，A，B，C根据Ex确定；ELOOPx(％)为该仪表所在通道拟延长的标定周期后的总的不确定度。
4.根据权利要求3所述的核电机组仪表通道测量误差论证方法，其特征在于：所述的步骤4，利用该仪表所在通道总的不确定度ELOOPx(％)转化为与该通道测量精度同量纲的ELOOPx(P)，计算公式如下：
ELOOPx(P)＝S(P)×ELOOPx(％) 公式6
其中ELOOPx(P)为该仪表所在通道拟延长的标定周期后的总的不确定度，为仪表测量参数的量纲单位；ELOOPx(％)为该仪表所在通道拟延长的标定周期后的总的不确定度，单位为％；S(P)为该仪表所在通道的量程范围；
将该仪表所在通道拟延长的标定周期后的总的不确定度ELOOPx(P)与所在通道的设计测量精度比较，如果ELOOPx(P)在所在通道的设计测量精度范围要求内，则表明该通道内相关仪表的标定周期可以延长；如果不满足要求，则表明该通道内相关仪表的标定周期不能延长到拟论证的标定周期。
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