CN114937512A - 一种用于核电机组一回路冷却剂流量补偿的方法及系统 - Google Patents

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吕威
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郭明
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Abstract

本发明涉及一种用于核电机组一回路冷却剂流量补偿的方法，方法包括步骤：在0%至100%功率预设若干功率平台，至少包括0%功率平台和主线功率平台；选取0%功率平台；获取机组在0%功率平台下的流量百分比，修正流量算法使测量的流量百分比差值小于误差范围；达到预设精度后再逐步提高功率，循环上述过程直到在机组主线功率下达到预设的精度，且若主线功率下已经达到精度便直接完成补偿过程。本发明的方法能够随机组升功率时的温度变化随时补偿流量，使流量的检测值始终近似真实流量值，避免流量值检测误差导致机组运行故障。

Description

一种用于核电机组一回路冷却剂流量补偿的方法及系统
技术领域
本发明属于仪控技术领域，具体涉及一种用于核电机组一回路冷却剂流量补偿的方法及系统。
背景技术
核电机组在发电过程中，首先需要将核能转换成热能，即将一回路的水加热，然后通过蒸汽发生器将一回路冷却剂的热量传递给二回路，二回路产生蒸汽，推动汽轮机转动，进而使发电机发电。下文叙述中以AP1000核电机组为例。
对于一回路的冷却剂，其流量表征一回路冷却剂系统对堆芯的冷却能力，当流量低于设定值时，代表冷却能力不足，无法将核能充分转换成热能，造成能量堆积，进而可能出现偏离泡核沸腾等不利情况，严重威胁核安全。所以，一旦发生一回路冷却剂流量低等情况，应立即采取措施，或补水，或停堆，对于一回路冷却剂变化情况的准确监控也变得至关重要。
为避免一回路冷却剂泄露，流量测量元件常采用弯管流量计，其测量原理基于流体经过弯管对管壁两侧的差压计算流量，例如AP1000核电机组每个环路有四块差压流量计测量流体差压。由于核电机组在升功率过程中，温度变化跨度大，冷却剂（如水）的密度将发生变化，使得差压不能准确反映流量，测量结果出现偏差，使得电厂人员对机组运行情况判断出现偏差，一旦超出设定值将触发反应堆停堆，造成经济损失，虽然此时差压测得的流量有偏差，但是实际流量可以满足反应堆需求，所以需要设法避免出现流量测量结果的过大波动。
因此需要一种方法能够为核电机组一回路冷却剂流量的计算提供补偿，在核电机组升功率过程中，消除流体密度变化对测量结果的影响，帮助电厂运行人员准确监控一回路冷却剂流量的变化趋势。
发明内容
基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种用于核电机组一回路冷却剂流量补偿的方法及系统。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于核电机组一回路冷却剂流量补偿的方法，方法包括步骤：
S1、在0%至100%功率预设若干个功率平台，若干个功率平台至少包括0%功率平台和主线功率平台；
S2、选取0%功率平台；
S3、获取机组当前测量的流量百分比；
S4、判断当前测量的流量百分比与100%差值是否小于误差范围，并判断当前功率平台是否为机组主线功率平台，若小于误差范围且为主线功率平台，则完成补偿，否则进入步骤S5；
S5、根据流量百分比重新计算流量百分比，直到当前测量的流量百分比与100%差值小于误差范围；
S6、选取更高功率的功率平台并返回步骤S3。
作为优选方案，当选取0%功率平台时，步骤S5具体包括：
S501、采集差压流量计的差压平均值，作为表示差压值；
S502、获取当前功率平台下零流量差压值；
S503、将表示差压值和零流量差压值相减得到差压偏差值；
S504、以10000除以差压偏差值得到0功率补偿参数；
S505、以0功率补偿参数计算流量百分比；
S506、判断当前测量的流量百分比与100%差值是否小于误差范围，若否，返回步骤S501。
作为进一步优选的方案，当选取非0%功率平台时，步骤S5具体包括：
S511、采集差压流量计的差压平均值，作为表示差压值，并获取当前机组功率；
S512、获取当前功率平台下零流量差压值；
S513、将表示差压值和零流量差压值相减得到差压偏差值；
S514、以10000除以差压偏差值得到当前功率补偿参数；
S515、以0功率补偿参数减当前功率补偿参数，得到补偿计算截距；
S516、将补偿计算截距除以当前机组功率，得到补偿计算斜率；
S517、根据0功率补偿参数和补偿计算斜率计算流量百分比；
S518、判断当前测量的流量百分比与100%差值是否小于误差范围，若否，返回步骤S511。
作为进一步优选的方案，步骤S505和步骤S517的流量百分比计算方法具体为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 136593DEST_PATH_IMAGE002
；
其中FLOW(CF)为修正后的流量，C2为零流量差压值，ΔP为表示差压值，C0为0功率补偿参数，C1为补偿计算斜率，q ΔT为当前机组功率。
作为进一步优选的方案，表示差压值是以1HZ持续采集10分钟差压流量计的差压平均值得到。
作为进一步优选的方案，零流量差压值根据热段管道高度差压、冷却剂密度及冷却剂在当前工况密度共同计算得到，计算方法为：
Figure 788154DEST_PATH_IMAGE003
；
其中C2为零流量差压值，z为热段管道高度差压，ρ 0为冷却剂密度，ρ为冷却剂在当前工况的密度。
另一方面，本发明还提供一种用于核电机组一回路冷却剂流量补偿的系统，应用如上述任一项的方法，其特征在于，
系统包括采集模块、补偿计算模块和流量补偿模块；
采集模块用于采集若干个功率平台下机组的表示差压值；
补偿计算模块用于判断当前测量的流量百分比与100%差值是否小于误差范围，并对流量计算模块的流量算法进行修正；
流量计算模块用于计算当前流量百分比。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
本发明的方法及系统能够随机组升功率时的温度变化随时补偿流量，使流量的检测值始终近似真实流量值，避免流量值检测误差导致机组运行故障。
附图说明
图1是本发明实施例的一种用于核电机组一回路冷却剂流量补偿的方法的流程图；
图2是本发明实施例的0%功率平台下步骤S5的流程图；
图3是本发明实施例的其他功率平台下步骤S5的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
实施例：
本发明的一种用于核电机组一回路冷却剂流量补偿的方法，应用归一法以如下述所示的方法采集各个功率平台下测得的差压结果，计算采集时间段内的平均值，结合冷却剂在不同工况下的密度和当前机组功率情况，计算得到当前测得流量值和实际流量值的差值，并将该差值作为流量值检测应施加的补偿量写入仪控系统，从而保证测得的流量值始终吻合实际值。当实际流量值不足时正确触发反应堆停堆，而不是由于差压反映出的流量不准确错误导致反应堆停堆。
S1、设置0%功率平台，并根据机组的主线功率设置主线功率平台，另外再在0%功率至主线功率之间依次设置若干个功率平台。功率平台的设置根据机组实际情况确定，如AP1000核电机组主线功率为100%，则设置采用0%功率平台、75%功率平台、90%功率平台和100%功率平台；
S2、选取0%功率平台。
S3、获取机组当前测量的流量百分比。
S4、判断当前测量的流量百分比与100%差值是否小于误差范围，并判断当前功率平台是否为机组主线功率平台；若当前测量的流量百分比与100%差值小于误差范围，且当前功率平台为机组主线功率平台，则机组已经完成补偿，升至主线功率平台且保持了流量测量的准确度。否则根据所述流量百分比修正流量算法，直到所述当前测量的流量百分比与100%差值小于误差范围。为了节省升功率时间，步骤S4仅在升功率过程中强制对流量进行补偿，而当功率平台升至主线功率平台后，如果当前流量测量值已经满足验收准则的精度要求，则不需要再对流量测量值进行补偿，从而减少补偿流程，节省升功率时间。
S5、补偿流量算法，从而修正当前测量的流量百分比，补偿过程以当前测量的流量满足验收准则为结束，即当前测量的流量达到预设的精度范围，具体的，预设的精度范围设置为99.5%-100.5%的验收准则。
S6、选取更高功率的功率平台并返回步骤S3，开始补偿下一功率平台的流量计算。
具体的，步骤S5的具体实施根据当前功率平台不同而改变，当前功率平台为0%功率平台时，S5具体包括如下步骤S501-S506：
S501、采集差压流量计的差压平均值，作为表示差压值，表示差压值ΔP为流量计测得的差压值。表示差压值优选地以1HZ持续采集10分钟差压流量计的差压，并将全部差压取平均值得到
S502、获取机组在当前功率平台下的零流量差压值C2，零流量差压值C2由公式计算得到，具体的，计算方法可以为
Figure 364629DEST_PATH_IMAGE004
，其中C2为零流量差压值，z热段管道最高点和最低点高度差引起的差压，AP1000核电机组中，1环为51.1inH2O，2环为53.8inH2O，计算时采用平均值进行计算。ρ 0为冷却剂流体在密闭环境中的密度，AP1000核电机组一回路冷却剂为水，ρ 0=62.3lbm/ft3。ρ为冷却剂流体在当前工况的密度，AP1000核电机组一回路冷却剂为水，该密度可根据《水和水蒸气热力性质图表》由压力和温度情况查得，也可由化学取样人员计算得到，但是实际上一回路有少量的硼酸等化学品，对此密度影响不大。
上述C2值与管道中差压流量计两个取压口的位置有关，由于温度导致流体密度变化，C2的值也是变化的量，但在同一功率平台，由于工况不变，所以计算过程中采用常数即可，且由于零流量时传感线路的密度差导致其为负值。
S503、将所述表示差压值和所述零流量差压值相减得到差压偏差值；
S504、以10000除以所述差压偏差值得到0功率补偿参数；
S505、以所述0功率补偿参数计算流量百分比；
新的流量百分比以如下公式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；
其中
Figure 494259DEST_PATH_IMAGE006
，C2为零流量差压值，ΔP为表示差压值，C0为0功率补偿参数，C1为补偿计算斜率，q ΔT为当前机组功率，在0%功率平台时，C1和q ΔT的相乘值为0，因此只需要C0即可。由于C0和C1在各个功率平台为常数，所以k系数的表达式即为与当前功率情况相关的一次函数，实际上可以进一步拟合为二次函数及更高次函数表达式，计算结果将更加准确，但是一般情况一次函数即可满足需求，为降低计算量，拟合为一次函数即可。
S506、判断当前测量的流量百分比与100%差值是否满足精度要求，若否，返回步骤S501。具体的，预设的精度范围设置为99.5%-100.5%的验收准则。直到在本功率平台下测量的流量百分比符合验收准则，才进入下一步骤。
当前功率平台为非0%功率平台时，S5具体包括如下步骤S511-S518：
S511、采集差压流量计的差压平均值，作为表示差压值ΔP，并获取当前机组功率q ΔT；
S512、获取当前功率平台下零流量差压值C2；
S513、将表示差压值ΔP和零流量差压值C2相减得到差压偏差值；
S514、以10000除以差压偏差值得到当前功率补偿参数；
S515、以0功率补偿参数减当前功率补偿参数，得到补偿计算截距；
S516、将补偿计算截距除以当前机组功率，得到补偿计算斜率C1；
S517、根据0功率补偿参数C0和补偿计算斜率C1计算流量百分比；
新的流量百分比以与S505同样的公式计算：
Figure 980735DEST_PATH_IMAGE007
。
S518、判断当前测量的流量百分比是否满足精度要求，若否，返回步骤S511继续补偿，预设的精度要求同样设置为流量百分比最终应处于99.5%-100.5%的验收准则范围内。
在每一个功率平台下，均通过步骤S5完成当前功率平台的补偿使得机组的流量测量值在各个平台均吻合实际值，并在此过程中逐步提高功率平台至主线。由于流体密度变化，C0和C1两个参数均需要每隔一段时间就进行修正，而每次修正能保障后续温度变化一定范围的准确度，从而保障在提高至机组主线功率平台后流量测量值同样与实际流量值吻合。
另一方面，本实施例还提供一种用于核电机组一回路冷却剂流量补偿的系统，应用上述的方法，系统包括采集模块、补偿计算模块和流量补偿模块；
采集模块用于采集若干个功率平台下机组的表示差压值；
补偿计算模块用于执行上述步骤S4-S5，用于判断当前流量测量值是否达到预设的精度范围，并对流量测量值进行修正；
流量补偿模块用于将补偿计算模块的修正结果应用于仪控系统之中，对机组当前使用的流量计算算法进行修正，使其能够测得正确的流量值。
应当说明的是，上述实施例仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于核电机组一回路冷却剂流量补偿的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
S1、在0%至100%功率预设若干个功率平台，所述若干个功率平台至少包括0%功率平台和主线功率平台；
S2、选取0%功率平台；
S3、获取机组当前测量的流量百分比；
S4、判断当前测量的流量百分比与100%差值是否小于误差范围，并判断当前功率平台是否为机组主线功率平台，若小于误差范围且为主线功率平台，则完成补偿，否则进入步骤S5；
S5、根据所述流量百分比重新计算流量百分比，直到所述当前测量的流量百分比与100%差值小于误差范围；
S6、选取更高功率的功率平台并返回步骤S3。
2.如权利要求1所述的一种用于核电机组一回路冷却剂流量补偿的方法，其特征在于，当选取0%功率平台时，所述步骤S5具体包括：
S501、采集差压流量计的差压平均值，作为表示差压值；
S502、获取当前功率平台下零流量差压值；
S503、将所述表示差压值和所述零流量差压值相减得到差压偏差值；
S504、以10000除以所述差压偏差值得到0功率补偿参数；
S505、以所述0功率补偿参数计算流量百分比；
S506、判断当前测量的流量百分比与100%差值是否小于误差范围，若否，返回步骤S501。
3.如权利要求2所述的一种用于核电机组一回路冷却剂流量补偿的方法，其特征在于，当选取非0%功率平台时，所述步骤S5具体包括：
S511、采集差压流量计的差压平均值，作为表示差压值，并获取当前机组功率；
S512、获取当前功率平台下零流量差压值；
S513、将所述表示差压值和所述零流量差压值相减得到差压偏差值；
S514、以10000除以所述差压偏差值得到当前功率补偿参数；
S515、以所述0功率补偿参数减所述当前功率补偿参数，得到补偿计算截距；
S516、将所述补偿计算截距除以所述当前机组功率，得到补偿计算斜率；
S517、根据所述0功率补偿参数和所述补偿计算斜率计算流量百分比；
S518、判断当前测量的流量百分比与100%差值是否小于误差范围，若否，返回步骤S511。
4.如权利要求3所述的一种用于核电机组一回路冷却剂流量补偿的方法，其特征在于，所述步骤S505和所述步骤517的流量百分比计算方法具体为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；
其中FLOW(CF)为修正后的流量，C2为所述零流量差压值，ΔP为所述表示差压值，C0为所述0功率补偿参数，C1为所述补偿计算斜率，q ΔT为当前机组功率。
5.如权利要求2所述的一种用于核电机组一回路冷却剂流量补偿的方法，其特征在于，所述表示差压值是以1HZ持续采集10分钟差压流量计的差压平均值得到。
6.如权利要求2所述的一种用于核电机组一回路冷却剂流量补偿的方法，其特征在于，所述零流量差压值根据热段管道高度差压、冷却剂密度及冷却剂在当前工况密度共同计算得到，计算方法为：
Figure 334606DEST_PATH_IMAGE004
；
其中C2为所述零流量差压值，z为热段管道高度差压，ρ 0为冷却剂密度，ρ为冷却剂在当前工况的密度。
7.一种用于核电机组一回路冷却剂流量补偿的系统，应用如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，
所述系统包括采集模块、补偿计算模块和流量补偿模块；
所述采集模块用于采集所述若干个功率平台下机组的表示差压值；
所述补偿计算模块用于判断当前测量的流量百分比与100%差值是否小于误差范围，并对所述流量计算模块的流量算法进行修正；
所述流量计算模块用于计算当前流量百分比。
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