CN109614677A

CN109614677A - 一种核电站流量系统流量分配试验调整方法和系统

Info

Publication number: CN109614677A
Application number: CN201811448188.0A
Authority: CN
Inventors: 杨军; 余刚峰; 石刚; 殷曙阳; 唐超; 朱应周; 苏磊
Original assignee: China General Nuclear Power Corp; China Nuclear Power Engineering Co Ltd; CGN Power Co Ltd
Current assignee: China General Nuclear Power Corp; China Nuclear Power Engineering Co Ltd; CGN Power Co Ltd
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2019-04-12

Abstract

本发明提供核电站流量系统流量分配试验调整方法和系统。该方法包括以下步骤：根据核电站流量系统的流量分配试验要求，利用集总参数模型为核电站流量系统建立流网仿真模型，流网仿真模型包括多个流网方程组；根据流量和压力的实测结果调整流网方程组，使得流量与压力的计算结果与实测结果的差值在第一预设范围内；调整流网仿真模型中的孔板孔径，使得计算得到的流量值与流量分配试验要求的流量值的差值在第二预设范围内。本发明充分利用仿真技术的优势，避免了传统方法逐一反复调试的被动，在模型上同时调整多路孔板、流量，保证现场试验一次成功。

Description

一种核电站流量系统流量分配试验调整方法和系统

技术领域

本发明涉及核电站调试技术领域，尤其涉及一种核电站流量系统流量分配试验调整方法和系统。

背景技术

在核电厂中，核电站的发电机定子冷却水系统(以下简称定冷水系统)的设计都是采用孔板来调整各管路的流量。这种设计方便了电厂的日常运行维护，但在调试阶段的流量调整试验中却需要准确地调整管路上的节流孔板的孔径，以达到设计流量要求。

目前，在核电厂单体调试阶段，无论常规岛GST(发电机定子冷却水系统Statorcooling water system)/SRI(常规岛闭路冷却水系统Conventional island closedcooling water system)系统，还是核岛RRI(设备冷却水系统Component Cooling watersystem)等系统的流量分配试验均采用逼近法或压力流量测量试验法，都是根据经验采用先主路后次路的调整策略以减少试验次数。

定冷水系统流量分配试验的常规方法是利用在流量一定范围内变化时，特定管道流量与其孔板孔径的平方成近似的正比例关系来计算，即Q≈K*d*d,式中Q为流量，K为比例系数，d为孔板孔径。利用现场实测数据，可计算出K值，而后根据流量的设计值Q₀，计算需要调整的孔径d₀＝sqrt(Q₀/K)。由于单个孔板调整对各管路的流量都产生影响，调试试验中很难快速地确定孔板孔径，试验中往往先采用同类型机组的经验数据对孔板加工以获得接近设计值的流量，然后实测数据与经验公式结合，用线性差值的方法逐步逼近，通过多次尝试调整孔板以使流量满足设计要求。而且调整多个孔板时，为了尽量减少试验次数，都是先调整流量大的管路上的孔板，然后调整流量小些的，以此类推。可见无论有无经验数据参考，试验均要多次尝试。调试过程往往费时费力，不仅需要不断拆装及加工孔板，而且要反复进行类似的现场试验。

鉴于上述估算逼近法计算时忽略了压力的影响，计算得到的数据不太准确。压力流量测量调试法根据伯努里方程，修正以上经验公式。但是，流量分配试验时需要调整通过孔板的流量，才能通过计算得到孔径。故现场系统需要具备以下条件：(1)孔板所在管路具有调节流量的手段，比如可调阀门；(2)孔板前后的压力及管路的流量方便测量。但同时此方法无法考虑到需要调整的孔板对整个系统压力流量的相互影响，其无法全面客观地反映现场系统运行的实际情况。当多个孔板需要调整时，因孔板间的更换相互影响，最终的调整效果不好。

发明内容

本发明针对现有技术中都是采用孔板逐一调整的方式，没有考虑系统流量与压力广泛的耦合关系而导致的试验次数多、历时长的问题，提供了一种核电站流量系统流量分配试验调整方法和系统以一次性完成孔板调整，避免出现使用常规反复试验中孔板因加工孔径过大而报废的情况，同时也节约了大量的调试工期。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：一种用于核电站流量系统的流量分配试验调整方法,包括以下步骤：

根据所述核电站流量系统的流量分配试验要求，利用集总参数模型为所述核电站流量系统建立流网仿真模型，所述流网仿真模型包括多个流网方程组；

根据流量和压力的实测结果调整所述流网方程组，使得流量与压力的计算结果与所述实测结果的差值在第一预设范围内；

调整所述流网仿真模型中的孔板孔径，使得计算得到的流量值与所述流量分配试验要求的流量值的差值在第二预设范围内。

在本发明提供的用于核电站流量系统的流量分配试验调整方法中，根据所述核电站流量系统的流量分配试验要求，利用集总参数模型为所述核电站流量系统建立流网仿真模型的所述步骤包括：

将所述核电站流量系统中与流量分配实验相关的设备作为所述集总参数模型的多个节点，为每个所述节点定义流网方程组，每个所述流网方程组包括多个数值方程函数；

通过仿真软件，将每个所述节点作为图元，建立图形化的所述流网仿真模型；

利用设计参数求解每个所述流网方程组的静态参数；

运行所述流网仿真模型，得到流量与压力的仿真结果，判断所述仿真结果与所述设计参数的差值是否在第三预设范围内，如果不是，则检查所述流网仿真模型的图元组态是否正确或者所述静态参数计算是否有误。

在本发明提供的用于核电站流量系统的流量分配试验调整方法中，每个所述节点的流网方程组包含方程式(1)和选自以下方程式(2)-(4)中的至少一个数值方程函数：

ΣQi＝ΣQo (1)

Q＝Cv×sqrt(ΔP) (2)

P＝C1×n×n+C2×n×Q+C3×Q×Q (3)

Q＝C×d×d×sqrt(ΔP) (4)，

式中：Qi为入口流量；Qo为出口流量；Cv为流阻系数；P为压力；n为转速；Q为流量；C1、C2、C3为拟合系数；C为流阻系数；d为孔径；ΔP为压差；其中，Cv、C1、C2、C3、C为静态参数。

在本发明提供的用于核电站流量系统的流量分配试验调整方法中，根据流量和压力的实测结果调整所述流网方程组，使得流量与压力的计算结果与所述实测结果的差值在第一预设范围内的所述步骤包括：

根据流量实测值和压力实测值修改所述流网方程组的所述静态参数；

运行所述流网仿真模型，得到流量计算值和压力计算值；

判断所述流量实测值和所述流量计算值的差值是否在所述第一预设范围内，所述压力实测值和所述压力计算值的差值是否在所述第一预设范围内，如果不是，则重新修改所述静态参数。

在本发明提供的用于核电站流量系统流量分配试验调整方法中，通过稀疏矩阵法或迭代逼近法求解所述流网方程组。

相应地，本发明还提供一种用于核电站流量系统的流量分配试验调整系统，包括：

模型建立模块，用于根据所述核电站流量系统的流量分配试验要求，利用集总参数模型为所述核电站流量系统建立流网仿真模型，所述流网仿真模型包括多个流网方程组；

模型调整模块，用于根据流量和压力的实测结果调整所述流网方程组，使得流量与与压力的计算结果与所述实测结果的差值在第一预设范围内；

计算模块，用于调整所述流网仿真模型中的孔板孔径，使得计算得到的流量值与所述流量分配试验要求的流量值的差值在第二预设范围内。

在本发明提供的用于核电站流量系统的流量分配试验调整系统中，所述模型建立模块包括：

函数定义单元，用于将所述核电站流量系统中与流量分配实验相关的设备作为所述集总参数模型的多个节点，为每个所述节点定义流网方程组，每个所述流网方程组包括多个数值方程函数；

模型生成单元，用于通过仿真软件，将每个所述节点作为图元，建立图形化的所述流网仿真模型；

参数求解单元，用于利用设计参数求解每个所述流网方程组的静态参数；

模型调整单元，用于运行所述流网仿真模型，得到流量与压力的仿真结果，判断所述仿真结果与所述设计参数的差值是否在第三预设范围内，如果不是，则检查所述流网仿真模型的图元组态是否正确或者所述静态参数计算是否有误。

在本发明提供的核电站流量系统流量分配试验调整系统中，每个所述节点的流网方程组包含方程式(1)和选自以下方程式(2)-(4)中的至少一个数值方程函数：

ΣQi＝ΣQo (1)

Q＝Cv×sqrt(ΔP) (2)

P＝C1×n×n+C2×n×Q+C3×Q×Q (3)

Q＝C×d×d×sqrt(ΔP) (4)，

式中：Qi为入口流量；Qo为出口流量；Cv为流阻系数；P为压力；n为转速；Q为流量；C1、C2、C3为拟合系数；C为流阻系数；d为孔径；ΔP为压差；

其中，Cv、C1、C2、C3、C为静态参数。

在本发明提供的用于核电站流量系统的流量分配试验调整系统中，所述模型调整模块包括：

参数修改单元，用于根据流量实测值和压力实测值修改所述流网方程组的所述静态参数；

计算单元，用于运行所述流网仿真模型，得到流量计算值和压力计算值；

判断单元，用于判断所述流量实测值和所述流量计算值的差值是否在所述第一预设范围内，所述压力实测值和所述压力计算值的差值是否在所述第一预设范围内，如果不是，则由所述参数修改单元重新修改所述静态参数。

在本发明提供的用于核电站流量系统的流量分配试验调整系统中，通过稀疏矩阵法或迭代逼近法求解所述流网方程组。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的用于核电站流量系统的流量分配试验调整方法和系统，根据流量分配试验要求，运用数学模拟方法，利用集总参数模型为流量系统建立流网仿真模型；实现流网计算与调试试验有效结合，从而在试验数据修正的模型上模拟计算节流孔板调整尺寸，一次性完成孔板调整，避免出现使用常规反复试验中孔板因加工孔径过大而报废的情况，同时也节约了大量的调试工期。本发明充分利用仿真技术的优势，避免了传统方法逐一反复调试的被动，在模型上同时调整多路孔板、流量，保证现场试验一次成功。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的核电站流量系统流量分配试验调整方法的流程图；

图2是采用本发明的流量分配试验调整方法得到的定水冷系统流网仿真模型；

图3是图1所示的步骤S1的流程图；

图4是图1所示的步骤S2的流程图；

图5是本发明实施例二提供的核电站流量系统流量分配试验调整系统的原理图。

具体实施方式

为了解决现有技术中采用孔板逐一调整的方式，没有考虑系统流量与压力广泛的耦合关系而导致的试验次数多、历时长的问题，本发明旨在提供一种核电站流量系统流量分配试验调整方法，其核心思想是：根据流量分配试验要求，运用数学模拟方法，利用集总参数模型为流量系统建立流网仿真模型；实现流网计算与调试试验有效结合，从而在试验数据修正的模型上模拟计算节流孔板调整尺寸，一次性完成孔板调整，避免出现使用常规反复试验中孔板因加工孔径过大而报废的情况，同时也节约了大量的调试工期。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施提供了一种用于核电站流量系统的流量分配试验调整方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

S1、根据所述核电站流量系统的流量分配试验要求，利用集总参数模型为所述核电站流量系统建立流网仿真模型，所述流网仿真模型包括多个流网方程组；

S2、根据流量和压力的实测结果调整所述流网方程组，使得流量与压力的计算结果与所述实测结果的差值在第一预设范围内；

S3、调整所述流网仿真模型中的孔板孔径，使得计算得到的流量值与所述流量分配试验要求的流量值的差值在第二预设范围内。

具体地，在步骤S1中，对于需要进行流量分配试验的核电站流量系统，利用实时仿真软件通过集总参数模型为其建模。需要说明的是，这里的核电站流量系统是指核电站中任何需要进行流量分配试验的系统，包括但不限于前述提到的GST、SRI和RRI系统，通过将主要设备(即涉及到流量和压力关系的设备，例如，图2中所示的定冷水泵、多个阀门和多个孔板)视为集总参数模型的节点，将核电站流量系统简化为仅包括上述节点的物理模型。因此，如图3所示，步骤S1包括以下子步骤：

步骤S11、将所述核电站流量系统中与流量分配实验相关的设备作为所述集总参数模型的多个节点，为每个所述节点定义流网方程组，每个所述流网方程组包括多个数值方程函数；

步骤S12、通过仿真软件，将每个所述节点作为图元，建立图形化的所述流网仿真模型；

步骤S13、利用设计参数求解每个所述流网方程组的静态参数；

步骤S14、运行所述流网仿真模型，得到流量与压力的仿真结果，判断所述仿真结果与所述设计参数的差值是否在第三预设范围内，如果不是，则检查所述流网仿真模型的图元组态是否正确或者所述静态参数计算是否有误。

具体地，在步骤S11中，根据流量守恒原理和伯努利原理为流量系统的源点(例如，图2所示的定冷水泵)和消耗点(例如，图2所示的孔板)定义数值方程函数，其中，每个所述节点的流网方程组包含方程式(1)和选自以下方程式(2)-(4)中的至少一个数值方程函数：

ΣQi＝ΣQo (1)

Q＝Cv×sqrt(ΔP) (2)

P＝C1×n×n+C2×n×Q+C3×Q×Q (3)

Q＝C×d×d×sqrt(ΔP) (4)，

具体地，在步骤S12中，图元调用根据式(1)～式(4)建立的模块化数值方程函数。由于每个节点的方程至少由2个方程式建立，如中性点孔板节点的方程由式(1)和式(4)建立。这样N个节点的流网能建立至少2N个方程式。因需求解每个节点的流量与压力，那么此流网共有2N个未知量，独立的方程数大于等于未知数，方程可求解。此流网方程组采用稀疏矩阵法或迭代逼近法快速求解，以达到实时计算的目的。

具体地，在步骤S13中，在建立了流网仿真模型后，首先运用设计参数(即设计要求的流量和压力)来求解方程中的静态参数。

具体地，在步骤S14中，运行该流网仿真模型，得到流量与压力的仿真结果，判断仿真结果与设计值是否一致，以检验仿真模型的准确度。

具体地，在步骤S2中，在建立了流网仿真模型后，现场试验并记录整理实测流量及压力数据，根据这些数据修改流网仿真模型中静态参数，使流量、压力的计算结果与现场实测数据一致，以进一步提供仿真模型的准确性。因此，如图4所示，步骤S2包括以下子步骤：

步骤S21、根据流量实测值和压力实测值修改所述流网方程组的所述静态参数；

步骤S22、运行所述流网仿真模型，得到流量计算值和压力计算值；

步骤S23、判断所述流量实测值和所述流量计算值的差值是否在所述第一预设范围内且所述压力实测值和所述压力计算值的差值是否在所述第一预设范围内，如果不是，则流程返回至步骤S21；如果是，则流程前进到步骤S24；

步骤S24、根据修改后的静态参数生成所述修改后的流网方程组。

具体地，在步骤S3中，实时调整仿真模型中的孔板孔径，通过尝试使模型中的流量计算结果与设计值一致，从而得到需要加工的孔径值。

本发明提供的核电站流量系统流量分配试验调整方法，根据流量分配试验要求，运用数学模拟方法，利用集总参数模型为流量系统建立流网仿真模型；实现流网计算与调试试验有效结合，从而在试验数据修正的模型上模拟计算节流孔板调整尺寸，一次性完成孔板调整，避免出现使用常规反复试验中孔板因加工孔径过大而报废的情况，同时也节约了大量的调试工期。本发明充分利用仿真技术的优势，避免了传统方法逐一反复调试的被动，在模型上同时调整多路孔板、流量，保证现场试验一次成功。

图2是采用本发明的流量分配试验调整方法得到的定水冷系统流网仿真模型。通过本发明，该定水冷系统采用仿真模拟方法的流量分配试验一次性调整了9块孔板，试验结果满足验收准则，试验次数共2次，试验工期7天(包括孔板送出加工周期)。若用常规方法，按每个孔板调整3次(一般3～7次)计算，调整9个孔板至少试验28次，历时至少三个月。且因一次性同时计算出系统所有需要调整的孔板尺寸，则孔板调整次数1次，以备用孔板最少消耗量完成了流量分配试验。根据机组工程实践经验反馈，每台机组总体可节省90个调试工作日。

实施例二

图5是本发明实施例二提供的用于核电站流量系统的流量分配试验调整系统的原理图。如图5所示，本发明提供的流量分配试验调整系统包括：

模型建立模块10，用于根据所述核电站流量系统的流量分配试验要求，利用集总参数模型为所述核电站流量系统建立流网仿真模型，所述流网仿真模型包括多个流网方程组；

模型调整模块20，用于根据流量和压力的实测结果调整所述流网方程组，使得流量与与压力的计算结果与所述实测结果的差值在第一预设范围内；

计算模块30，用于调整所述流网仿真模型中的孔板孔径，使得计算得到的流量值与所述流量分配试验要求的流量值的差值在第二预设范围内。

具体地，模型建立模块10包括：

函数定义单元110，用于将所述核电站流量系统中与流量分配实验相关的设备作为所述集总参数模型的多个节点，为每个所述节点定义流网方程组，每个所述流网方程组包括多个数值方程函数；

模型生成单元120，用于通过仿真软件，将每个所述节点作为图元，建立图形化的所述流网仿真模型；

参数求解单元130，用于利用设计参数求解每个所述流网方程组的静态参数；

模型调整单元140，用于运行所述流网仿真模型，得到流量与压力的仿真结果，判断所述仿真结果与所述设计参数的差值是否在第三预设范围内，如果不是，则检查所述流网仿真模型的图元组态是否正确或者所述静态参数计算是否有误。

进一步地，根据流量守恒原理和伯努利原理为流量系统的源点(例如，图2所示的定冷水泵)和消耗点(例如，图2所示的孔板)定义数值方程函数，其中，每个所述节点的流网方程组包含方程式(1)和选自以下方程式(2)-(4)中的至少一个数值方程函数：

ΣQi＝ΣQo (1)

Q＝Cv×sqrt(ΔP) (2)

P＝C1×n×n+C2×n×Q+C3×Q×Q (3)

Q＝C×d×d×sqrt(ΔP) (4)，

具体地，模型生成单元120调用根据式(1)～式(4)建立的模块化数值方程函数。由于每个节点的方程至少由2个方程式建立，如中性点孔板节点的方程由式(1)和式(4)建立。这样N个节点的流网能建立至少2N个方程式。因需求解每个节点的流量与压力，那么此流网共有2N个未知量，独立的方程数大于等于未知数，方程可求解。此流网方程组采用稀疏矩阵法或迭代逼近法快速求解，以达到实时计算的目的。

具体地，模型调整模块20包括：

参数修改单元210，用于根据流量实测值和压力实测值修改所述流网方程组的所述静态参数；

计算单元220，用于运行所述流网仿真模型，得到流量计算值和压力计算值；

判断单元230，用于判断所述流量实测值和所述流量计算值的差值是否在所述第一预设范围内，所述压力实测值和所述压力计算值的差值是否在所述第一预设范围内，如果不是，则由所述参数修改单元重新修改所述静态参数。

本发明提供的核电站流量系统流量分配试验调整系统具有以下优点：

1、突破了依赖现场的方法，充分利用仿真技术的优势，避免了传统方法逐一反复调试的被动，在模型上同时调整多路孔板、流量，保证现场试验一次成功。

2、在生产安全方面，因更换孔板及试验次数明显减少，试验风险得到控制，具体体现在：(1)设备风险方面，其理顺了调试逻辑，保证了流量分配在发电机多普勒试验之前进行，避免了人因失误导致发电机定子水回路内引入异物，从而避免发电机投运时的烧毁风险；(2)人员风险因登高作业次数大为减少而得到控制。

需要说明的是：上述实施例提供系统在实现方法时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的系统和方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例的描述，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中。上面所提到的控制或者实现的切换功能都是通过控制器实现，控制器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。上面所提到的存储器可以是终端内置的存储设备，例如硬盘或内存。本发明系统还包括了存储器，存储器也可以是系统的外部存储设备，插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。存储器还可以既包括系统的内部存储单元，也包括外部存储设备，用于存储计算机程序以及所需的其他程序和信息。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的信息。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于核电站流量系统的流量分配试验调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的用于核电站流量系统的流量分配试验调整方法，其特征在于，根据所述核电站流量系统的流量分配试验要求，利用集总参数模型为所述核电站流量系统建立流网仿真模型的所述步骤包括：

利用设计参数求解每个所述流网方程组的静态参数；

3.根据权利要求2所述的用于核电站流量系统的流量分配试验调整方法，其特征在于，每个所述节点的流网方程组包含方程式(1)和选自以下方程式(2)-(4)中的至少一个数值方程函数：

ΣQi＝ΣQo (1)

Q＝Cv×sqrt(ΔP) (2)

P＝C1×n×n+C2×n×Q+C3×Q×Q (3)

Q＝C×d×d×sqrt(ΔP) (4)，

式中：Qi为入口流量；Qo为出口流量；Cv为流阻系数；P为压力；n为转速；Q为流量；C1、C2、C3为拟合系数；C为流阻系数；d为孔径；ΔP为压差；其中，Cv、C1、C2、C3、C为所述静态参数。

4.根据权利要求2所述的用于核电站流量系统的流量分配试验调整方法，其特征在于，根据流量和压力的实测结果调整所述流网方程组，使得流量与压力的计算结果与所述实测结果的差值在第一预设范围内的所述步骤包括：

运行所述流网仿真模型，得到流量计算值和压力计算值；

5.根据权利要求1-4中任一所述的用于核电站流量系统的流量分配试验调整方法，其特征在于，通过稀疏矩阵法或迭代逼近法求解所述流网方程组。

6.一种用于核电站流量系统的流量分配试验调整系统，其特征在于，包括：

参数调整模块，用于调整所述流网仿真模型中的孔板孔径，使得计算得到的流量值与所述流量分配试验要求的流量值的差值在第二预设范围内。

7.根据权利要求6所述的用于核电站流量系统的流量分配试验调整系统，其特征在于，所述模型建立模块包括：

8.根据权利要求7所述的用于核电站流量系统的流量分配试验调整系统，其特征在于，每个所述节点的流网方程组包含方程式(1)和选自以下方程式(2)-(4)中的至少一个数值方程函数：

ΣQi＝ΣQo (1)

Q＝Cv×sqrt(ΔP) (2)

P＝C1×n×n+C2×n×Q+C3×Q×Q (3)

Q＝C×d×d×sqrt(ΔP) (4)，

9.根据权利要求8所述的用于核电站流量系统的流量分配试验调整系统，其特征在于，所述模型调整模块包括：

10.根据权利要求6-9中任一所述的用于核电站流量系统的流量分配试验调整系统，其特征在于，通过稀疏矩阵法或迭代逼近法求解所述流网方程组。