CN220491616U - 一种核电厂反应堆功率自动标定系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种核电厂反应堆功率自动标定系统，涉及核电厂控制技术领域，包括试验仪表系统和数字化控制系统，数字化控制系统包含反应堆功率标定模块，试验仪表系统和数字化控制系统之间设置数据传输通道，试验仪表系统通过数据传输通道将热平衡数据传送至数字化控制系统，通过反应堆功率标定模块计算并修改堆芯流量系数及核功率仪表参数以实现反应堆功率的自动标定。本实用新型可以使得反应堆功率控制更为精确，提高上网电量。不仅节约人力，同时还能避免人因失误风险。

Description

一种核电厂反应堆功率自动标定系统

技术领域

本实用新型属于核电厂控制技术领域，特别是涉及一种核电厂反应堆功率自动标定系统。

背景技术

核电厂试验仪表系统(KME)是运用能量平衡的原理，通过测量主给水系统的压力、温度、流量，主蒸汽系统的温度、压力等，并考虑到各种能量损失和额外输入，从二回路的热功率反推计算一回路的功率，是电厂最直接、最准确测量反应堆功率的方法，是标定反应堆热功率和核功率的依据。

但是传统核电站在标定反应堆功率时，是通过物理试验工程师在试验仪表系统中离线计算精准的二回路热功率，再手动计算堆芯流量系数及核功率仪表参数，仪控工程师根据手动计算的结果，通过工作票流程在数字化控制系统(Digital Control System,DCS)中手动标定反应堆功率。人工手动标定反应堆功率，试验周期一般为每周执行一次，在两次试验期间，若反应堆功率出现偏差，则无法对其进行标定，也就无法对反应堆功率实行精准控制。

日常期间，核电厂通过堆芯参数跟踪、一回路流量系数标定试验及核仪表系统(RPN)K参数标定试验进行核热功率的标定，堆芯跟踪和流量系数试验是周期进行的，试验周期分别是一天和一周，核仪表系统(RPN)K参数标定试验是堆芯跟踪基础上进行的。而且因为堆芯外围燃料组件功率占比在寿期末逐渐增加的特性，RPN核功率在寿期末相对热功率逐渐偏高，影响机组出力。为保证发电，各电厂均会在寿期末将核热功率偏差标准从1.5％FP降低至0.6％FP左右，对应的标定频率约为每周一次。这三项工作耗费人力巨大。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种核电厂反应堆功率自动标定系统，用于解决现有技术中无法对反应堆功率实行精准控制、工作耗费人力巨大和存在人因失误风险的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种核电厂反应堆功率自动标定系统，包括试验仪表系统和数字化控制系统，所述数字化控制系统包含反应堆功率标定模块，所述试验仪表系统和所述数字化控制系统之间设置数据传输通道，所述试验仪表系统通过所述数据传输通道将热平衡数据传送至所述数字化控制系统，通过所述反应堆功率标定模块计算并修改堆芯流量系数及核功率仪表参数以实现反应堆功率的自动标定。

于本实用新型的一实施例中，所述试验仪表系统包括数据采集模块、采集机柜和试验操作站，所述数据采集模块分别将采集数据传送至所述采集机柜，再由所述采集机柜传送至所述试验操作站。

于本实用新型的一实施例中，所述数据采集模块包括编组箱、核仪表系统输入/输出(DCS I/O)模块、开关站仪表和控制系统输入/输出(KKO I/O)模块和核仪表系统输入/输出(RPN I/O)模块，主给水压力、主给水流量和主蒸汽压力经所述编组箱传送至所述采集机柜，主给水温度信号直接连接到所述采集机柜。

于本实用新型的一实施例中，所述试验操作站包括数据处理计算机和网关计算机，所述数据处理计算机负责数据的收集和处理，所述网关计算机负责数据的传输。

于本实用新型的一实施例中，所述数据处理计算机将热平衡计算所需的数据由所述网关计算机经所述数据传输通道传至所述数字化控制系统。

于本实用新型的一实施例中，所述反应堆功率标定模块包含试验仪表系统(KME)热平衡计算原理的逻辑算法，实现核功率的自动计算。

于本实用新型的一实施例中，所述数据处理计算机负责计算二回路热功率，由所述网关计算机经所述数据传输通道传至所述数字化控制系统，所述反应堆功率标定模块不再计算二回路热功率。

于本实用新型的一实施例中，所述反应堆功率标定模块包括热功率标定模块和核功率标定模块。

于本实用新型的一实施例中，所述热功率标定模块的功能是在热功率偏差大于3MW时自动计算一回路流量系数。

于本实用新型的一实施例中，所述核功率标定模块的功能是在核热功率偏差大于1.5％FP时自动计算核仪表系统(RPN)K参数。

如上所述，本实用新型的一种核电厂反应堆功率自动标定系统，具有以下有益效果：可以精准控制反应堆核功率和热功率的偏差，保障堆芯核安全。采用反应堆功率自动标定系统，可以使得反应堆功率控制更为精确，并提高上网电量。通过反应堆功率自动标定系统，可以有效减少物理试验工程师和仪控工程师关于反应堆功率标定的现场工作，还可以节约人力，同时还能避免人因失误风险。

附图说明

图1显示为本实用新型一种核电厂反应堆功率自动标定系统一示例性的架构示意图。

图2显示为本实用新型的试验仪表系统一示例性的架构示意图。

元件标号说明

数据传输通道1；试验仪表系统11；数字化控制系统12；反应堆功率标定模块13；数据采集模块2；编组箱21；DCS I/O模块22；KKO I/O模块23；RPN I/O模块24；采集机柜3；试验操作站4；数据处理计算机41；网关计算机42。

英文缩略词说明

KME-试验仪表系统

DCS-Digital Control System，数字化控制系统

RPN-核仪表系统

KKO-开关站仪表和控制系统

I/O-输入/输出

KIC-计算机信息与控制系统

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本实用新型实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本实用新型的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

核电站反应堆在功率运行时，其堆芯功率是由反应堆核仪表系统(RPN)中的功率量程测量模块来测量，其测量原理主要是通过对反应堆堆外中子通量密度的测量来计算反应堆堆芯的功率。随着堆芯燃耗的加深及燃耗分布的变化，堆外中子通量密度及分布将会发生变化，每次换料后堆外的中子通量密度与前一燃料循环期间的密度分布也不一样，造成了RPN系统测得的反应堆堆芯功率的读数与实际功率经常发生偏差。

核仪表系统(RPN)用分布于反应堆压力容器外的一系列中子探测器来测量反应堆功率、功率变化率及功率的轴向分布等，是直接关系到反应堆安全的重要系统。其中RPN系统四个功率量程指示的核功率是操纵员控制机组的最重要的指标之一。

随着燃耗的加深，及燃耗分布的变化，使得RPN系统各功率量程通道测得的反应堆功率与实际功率或者各通道读数间存在较大偏差，而这种偏差可以通过修改RPN系统功率量程K参数得到纠正。

精度较高的试验仪表系统11(KME)利用热平衡的方法来计算反应堆堆芯功率，其测量结果的精度要比RPN系统的测量结果高得多。利用该计算结果，对RPN系统功率量程K参数进行校核，从而保证RPN测量系统测量的反应堆堆芯功率数据的正确。

由于核电厂一回路堆芯热功率无法直接测量得到，通常根据一、二回路的能量平衡原理，通过二回路功率的测量表征堆芯热功率的大小。传统核电站的做法是运用能量平衡的原理，通过测量主给水系统的压力、温度、流量，主蒸汽系统的温度、压力等，并考虑到各种能量损失和额外输入，从二回路的热功率反推计算一回路的功率，然后再把一回路通过其他设备得到的能量和失去的能量考虑进去，求出反应堆堆芯功率。

传统核电站在标定反应堆功率时，是通过物理试验工程师在试验仪表系统中离线计算精准的二回路热功率，再手动计算堆芯流量系数及核功率仪表参数，仪控工程师根据手动计算的结果，通过工作票流程在数字化控制系统12(Digital Control System,DCS)中手动标定反应堆功率。本实用新型提供一种核电厂反应堆功率自动标定系统，用计算机代替工程师完成大量手动计算。

请参阅图1一种核电厂反应堆功率自动标定系统的架构示意图，本实用新型提供一种核电厂反应堆功率自动标定系统，该系统包括试验仪表系统11(KME)和数字化控制系统12(DCS)。其特点是，在数字化控制系统12中置入反应堆功率标定模块13，在试验仪表系统11和数字化控制系统12之间建立数据传输通道，试验仪表系统11通过数据传输通道将热平衡数据传送至数字化控制系统12，通过反应堆功率标定模块13计算并修改堆芯流量系数及核功率仪表参数以实现反应堆功率的自动标定。

进一步地，请参阅图2试验仪表系统11实例的架构示意图，试验仪表系统11包括数据采集模块2、采集机柜3和试验操作站4。数据采集模块2分别将采集数据传送至采集机柜3，再由采集机柜3传送至试验操作站4。

作为一个实施例，图2的试验仪表系统11(KME)实例架构示意图中，数据采集模块2有：编组箱21、DCS I/O模块22、KKO I/O模块23和RPN I/O模块24。由于用于计算反应堆堆芯功率的信号很多，包括主给水压力、主给水流量、主给水温度和主蒸汽压力等，因此，这些信号数据先由编组箱21统一汇整，再传送至采集机柜3。DCS I/O模块22、KKO I/O模块23和RPNI/O模块24则是分别与采集机柜3直接相连。DCS I/O模块22采集用于热平衡试验的信号，例如蒸汽发生器排污流量和凝汽器压力等；KKO I/O模块23采集发电机有功功率的信号；RPNI/O模块24采集RPN功率信号。需要说明的是，数据采集模块还可以包括编组机柜或其他数据模块，用于采集KME系统计算热功率所需要的数据，并传给采集机柜3。

KME系统测量功率原理为：利用热平衡试验，根据KME系统测量蒸汽发生器二次侧进口给水的压力、温度、流量、蒸汽发生器二次侧出口主蒸汽压力以及蒸汽发生器排污流量等参数，计算出反应堆一回路的功率，进而得到堆芯的功率。

作为一个实施例，图2的试验仪表系统11(KME)实例架构示意图中，试验操作站4包括数据处理计算机41和网关计算机42，还增设了从试验操作站4至数字化控制系统12(DCS)的信号传输通道1。数据处理计算机41在该系统具有承上启下的功能，向下连接系统网，从现场控制站中收集现场信号，向上连接管理网，上传收集的数据给网关计算机42。网关计算机42将原先物理试验工程师到网关计算机拷贝的用于计算核电站二回路水和水蒸气的热平衡来校准一回路核功率的数据通过信号传输通道1传送到DCS系统中。

为实现本实用新型的目的，本实用新型还在数字化控制系统12(DCS)中增设了反应堆功率标定模块13。反应堆功率标定模块13计算并修改堆芯流量系数及核功率仪表参数以实现反应堆功率的自动标定。

具体的，现场有很多传感器、压力表等采集到主给水压力、主蒸汽压力等各种数据，把这些数据通过集线的方式先集成到编组箱，再通过编组箱一起传送到采集机柜。采集的数据较多时，还可以通过编组箱采集数据后先集成至编组机柜(未图示)，再一起发送至采集机柜。编组机柜和编组箱都可以有多个，采集到的数据传送到数据处理计算机。数据处理计算机起到承上启下的作用。例如，数据处理计算机(内网)将现场数据切换后传送到外网的网络计算机，便于实时信息监控系统进行监控管理。本实用新型新增的信号传输通道1将用于计算核电站二回路水和水蒸气的热平衡来校准一回路核功率的数据传送到DCS系统中。

由上可见，在本实用新型的一个实施例中，在现场计算机采集数据后，不再由物理试验工程师去拷贝数据，而是直接在网关计算机中添加一个第三方传输路线，即数据传输通道1，由其将相关数据传送到DCS系统中去。同时在DCS系统中添加反应堆功率标定模块13，具有与物理试验工程师同等的计算和对比能力。即，标定模块包含KME系统中物理试验工程师使用的功率计算公式的逻辑算法，实现功率的自动计算。计算出结果后，标定模块将计算得到的功率与KIC核热功率自动做对比，若超出限值则自动发出指令修改KIC核热功率，待主控操作人员同意后，KIC功率自动标定完成。由此，实现程序控制代替人工监控，并自动地适时提出是否需要修正的建议。

在另一实施例中，试验操作站4中的数据处理计算机41负责计算二回路热功率，然后将计算得到的二回路热功率，通过网关计算机42经数据传输通道1传送至数字化控制系统12。在这种情况下，反应堆功率标定模块13不再计算二回路热功率。

在以上各实施例中，反应堆功率标定模块13均包含两个部分：热功率标定模块和核功率标定模块。

对于热功率，核电厂通过定期标定计算机信息和控制系统(KIC)流量系数确保KIC系统热功率指示值与实际热功率(以KME系统热功率作为基准)的偏差小于等于0.1％FP(约3MW)，以确保KIC系统热功率指示值的准确性。

热功率标定模块的功能是在热功率偏差大于3MW时自动计算一回路流量系数，供主控操纵员确认。在热功率标定模块中，当计算得到的二回路热功率与反应堆热功率偏差大于3MW时，自动进行反应堆热功率参数的计算，计算得出新的一回路流量系数，经主控操纵员确认后可自动在DCS系统中输入新的一回路流量系数，从而完成反应堆热功率的标定。

对于核功率，核电厂通过修改K参数来纠正燃耗加深导致的核热功率偏差大的问题。依据每日堆芯参数跟踪中的核热功率偏差限制规定，若最大偏差超出限值则用修正后的K参数重新标定核功率。

核功率标定模块的功能是在核热功率偏差大于1.5％FP时自动计算核仪表系统(RPN)K参数，供主控操纵员确认。当核热功率偏差大于1.5％FP时，自动进行K参数计算，经主控操纵员确认后可自动在DCS系统中输入新的K参数，从而完成反应堆核功率的标定。

综上所述，本实用新型一种核电厂反应堆功率自动标定系统，可以精准控制反应堆核功率和热功率的偏差，保障堆芯核安全；采用反应堆功率自动标定系统，可以使得反应堆功率控制更为精确。以某核电站的两台机组来估算，可以提高上网电量700万度/年。通过反应堆功率自动标定系统，可以有效减少物理试验工程师和仪控工程师关于反应堆功率标定的现场工作，预计每年可以节约104个人日的工作量，还能避免人因失误风险。因此，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种核电厂反应堆功率自动标定系统，包括试验仪表系统和数字化控制系统，其特征在于，所述数字化控制系统包含反应堆功率标定模块，所述试验仪表系统和所述数字化控制系统之间设置数据传输通道，所述试验仪表系统通过所述数据传输通道将热平衡数据传送至所述数字化控制系统，通过所述反应堆功率标定模块计算并修改堆芯流量系数及核功率仪表参数以实现反应堆功率的自动标定；

所述试验仪表系统包括数据采集模块、采集机柜和试验操作站，所述采集模块和所述采集机柜相连接，所述采集机柜和所述试验操作站相连接；

所述数据采集模块包括编组箱、数字化控制系统输入/输出模块、开关站仪表和控制系统输入/输出模块和核仪表系统输入/输出模块，所述编组箱、所述数字化控制系统输入/输出模块、所述开关站仪表和控制系统输入/输出模块和所述核仪表系统输入/输出模块分别与所述采集机柜直接相连；

所述反应堆功率标定模块包括热功率标定模块和核功率标定模块，所述热功率标定模块的功能是在热功率偏差大于3MW时自动计算一回路流量系数，所述核功率标定模块的功能是在核热功率偏差大于1.5％FP时自动计算核仪表系统K参数。

2.根据权利要求1所述的核电厂反应堆功率自动标定系统，其特征在于，所述数据采集模块分别将采集数据传送至所述采集机柜，再由所述采集机柜传送至所述试验操作站。

3.根据权利要求2所述的核电厂反应堆功率自动标定系统，其特征在于，主给水压力、主给水流量和主蒸汽压力经所述编组箱传送至所述采集机柜，主给水温度信号直接连接到所述采集机柜。

4.根据权利要求2所述的核电厂反应堆功率自动标定系统，其特征在于，所述试验操作站包括数据处理计算机和网关计算机，所述数据处理计算机负责数据的收集和处理，所述网关计算机负责数据的传输。

5.根据权利要求4所述的核电厂反应堆功率自动标定系统，其特征在于，所述数据处理计算机将热平衡计算所需的数据由所述网关计算机经所述数据传输通道传至所述数字化控制系统。

6.根据权利要求5所述的核电厂反应堆功率自动标定系统，其特征在于，所述反应堆功率标定模块包含试验仪表系统热平衡计算原理的逻辑算法，实现核功率的自动计算。

7.根据权利要求4所述的核电厂反应堆功率自动标定系统，其特征在于，所述数据处理计算机负责计算二回路热功率，由所述网关计算机经所述数据传输通道传至所述数字化控制系统，所述反应堆功率标定模块不再计算二回路热功率。