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    張煥欣（1974—）
江蘇宜興人，碩士，（大亞灣核電站，廣東  深圳  518124）2006年畢業于清華大學計算機應用工程專業，1997年7月至今分別于廣東核電集團運營公司儀表計算機處和設計公司儀控所工作。

摘要：核電站熱功率監視是核電站安全運行的重要手段，是反應堆安全運行的重要保證，同時也是核電站實現經濟運行的有效措施。本文分析了核電站熱功率產生的原理，建立數學模型，進而對目前核電站熱功率監視存在的問題進行了分析，提出了新的監視方案，并應用到實際的生產和維修活動中，收到了很好效果和實用價值。

關鍵詞：大亞灣核電站；熱功率監視

Abstract: Thermal power surveillance is one of the vital methods to keep the safety and reliability during nuclear power plant operation. This article analyzes the principles of thermal power generation in nuclear power plant, math modeling, existing problems in respect of thermal power supervision in nuclear power plant and comes up with new supervision solution which is applied to real production and maintenance activities and is proven to have sound effect and practical value.

Key words: Dayabay nuclear power plant; Thermal power surveillance

    從安全運行和經濟運行的角度出發，在正常運行過程中要求對核電站進行實時、穩定、連續、精確的功率監視，長期以來，大亞灣核電站的功率監視通過KIT計算機系統來實現。KIT作為廠級計算機監控系統的功能和要求而言，適合于實時性不高，精度要求一般的大范圍數據采集。由于KIT系統自身的局限性，依托于該系統的功率監視波動達到20MW左右。無法滿足核電站安全發電和經濟發電的要求。

1　現有功率測量監視系統的問題

    基于KIT系統實現的功率測量系統，主要存在以下幾方面的問題:

    （1）熱功率監視不準確

    實時性低，精度差，功率波動達到20MW，無法實現機組設計的滿發能力，影響了機組的經濟性，而且由于功率監視的波動較大，操作員頻繁的進行功率調節，影響了核電機組的安全性。

    （2）系統運行的可靠性達不到要求

    KIT系統采用上世紀80年代的計算機軟硬件技術，無論是技術成熟度，可靠性還是技術的先進性，均相對落后，備品備件質量不穩定，系統自身的可靠性低，無法滿足長時間實時監視的需求。

    （3）系統容量有限，無法實現歷史數據分析

    核電站的計算機設計上趨于保守設計的原則，也限于70年代的計算機技術水平。隨著運行年限的增加和技術的發展，在日常維護、狀態跟蹤、數據查詢、數據分析方面對歷史數據的要求越來越高。

2　熱功率監視方案需求及設計

    針對上述不足以及功能擴展上的需要，核電站熱功率監視的總體設計原則中需要關注以下幾點。

    （1）為實現更高的實時監視，采樣速率要求模擬量25ms，開關量1ms；

    （2）要求采集精度優于0.05%，以滿足熱功率監視對模擬量通道的精度要求；

    （3）通道設置上必須有固定通道和可配置通道，以滿足試驗的要求，臨時信號接入與取消要求簡單易行；

    （4）軟件上要求方便地在線添加和生成數據庫，配合第3項要求的配置變更。

    由于本系統是作為KIT系統的輔助采集監視系統，對采集點需求僅為：模擬量和開關量各100個物理點，這樣的精簡需求也便于將系統設計成高速度、高精度、小范圍的連續監視的實時數據采集監視系統。

    從以上功能需求出發，發現北京和利時系統工程股份有限公司為大亞灣核電站開發的KDO系統符合核電站熱功率監視的要求，但KDO系統本身沒有熱功率監視的功能，所以決定在KDO系統上進行二次開發，從而實現精確的熱功率監視功能。

3　系統的設計實現

    依據核電站熱功率監視的需求，實現方案如圖1所示。

圖1 系統結構圖

    現場的信號經過端子柜后，直接進入KDO系統的采集模塊，并通過CAN總線上報給各機組的采集計算機，該層次的通訊構成數據采集網。為提高系統的可靠性及網絡吞吐能力，數據處理網絡采用EtherNet網，并由冗余的光纖環網搭建，數據采集計算機、歷史數據庫服務器、數據分析工作站及打印機等，均掛接在該網絡上。需要說明的是，系統可以通過一臺WEB服務器，直接將數據轉發到KDC數據網上，處理全廠范圍內對本系統的數據查詢請求。

4　功率監視的數學模型建立及誤差分析

    4.1　數學模型的建立

    核電站的熱功率計算公式：

　　W=(Q/3600)(Ωi/Ω0)ρ(T)[Hh(T)-Hf(T)]/1000 （1）

    式中，Q(m3/h)為環路流量；Ω(r/min)為主泵轉速；ρ為水密度；Hh為熱段焓；Hf為冷段焓；Th(℃)為熱段溫度；Tf(℃)為冷段溫度。
在核電站的熱功率計算中，主要的參數如下：

    / 1RCP009VE ---THERMO  POWER 

    / 1RCP001CST---LOOP1  FLOW  RATE

    / 1RCP002CST---LOOP2  FLOW  RATE

    / 1RCP003CST---LOOP3  FLOW  RATE

    / 1RCP004CST---PRIMARY PUMPS THEORETICAL RATE 

    / 1RCP032MT---LOOP1 HOT LEG THERMO

    / 1RCP035MT---LOOP1 COLD LEG THERMO

    / 1RCP047MT---LOOP2 HOT LEG THERMO

    / 1RCP050MT---LOOP2 COLD LEG THERMO

    / 1RCP059MT---LOOP3 HOT LEG THERMO

    / 1RCP062MT---LOOP3 COLD LEG THERMO

    / 1RCP140MC---PRIMARY 001PUMP SPEED

    / 1RCP240MC--- PRIMARY 002PUMP SPEED

    / 1RCP340MC--- PRIMARY 003PUMP SPEED

    1RCP009VE=1RCP010VE.A+1RCP011VE.A+1RCP012VE.A

    / 1環路，根據以上分析可以得到：

    1RCP010VE=((1RCP001CST.A/3600)*(1RCP140MC.A/1RCP004CST.A)*(1RCP107VE.A)*(RCP113VE.A-1RCP110VE.A))/1000                 （2）

    1RCP001CST=常數  1RCP004CST=1485.00

    1RCP107VE=-8.24347E-03*(1RCP014VE.A**2)+2.88364*(1RCP014VE.A)+6.03511E+02              （3）

    1RCP014VE=SLIDAVE(1RCP035MT.A,10,2)

    1RCP113VE=1.75E-02*(1RCP013VE.A**2)-5.075*(1RCP013VE.A)+1.2853E+03               （4）

    1RCP013VE=SLIDAVE(1RCP032MT.A,10,2)

    1RCP110VE=9.5E-03*(1RCP014VE.A**2)-2.55E-01*(1RCP014VE.A)+5.593E+02               （5）

    設冷端溫度1RCP483CA(035MT)＝t

    設熱端溫度1RCP485CA(032MT)＝T

    流量常數1RCP001CST＝24987

    泵的轉速1RCP140MC＝PS

    將以上參數分別代入（3）（4）（5）得到

    1RCP107VE=－0.00824347 t2＋2.88364t＋603.511                    （6）

    1RCP113VE=0.0175T2－5.075T+1285.3            （7）

    1RCP110VE=0.0095 t2－0.255t＋559.3            （8）

    將（6）（7）（8）代入（2），可將上述熱功率計算公式整理為：

    1RCP010VE＝0.00000467396×PS×(－0.00824347t2＋2.88364t＋603.511)×(0.0175T2－5.075T－0.0095t2＋0.255t＋726)                  （9）

    4.2　數學模型誤差分析

    在不考慮PS影響的情況下(令PS＝1485rpm)，從上述公式可以看出，最終產生主要影響的因素是冷端溫度t和熱端溫度T,計算結果見表1。

表1  溫度影響熱功率情況表：

表2  轉速影響熱功率情況表：

    本方案實施后，熱功率波動情況大致如圖4所示，圖中示出了實時熱功率波動和滑動平均之后的熱功率波動曲線，可以看出，經過處理后的曲線平滑許多，波動范圍最大值為6MW。

    現場的實際運行結果還證明了2893±12MW判斷條件，對于滿足熱功率超限時的實時響應是合理且成功的。

5　熱功率監視的效果和意義

    熱功率監視是核電站安全運行的重要手段，也是反應堆安全運行的重要保證，同時核電站實現經濟運行的有效措施。反應堆熱功率監視的波動過大，導致反應堆經常處于調峰狀態，不能實現安全可靠運行，更不能實現經濟運行，大量的發電潛力和剩余功率被浪費。該熱功率監視成功實施，在大亞灣核電站取得了如下成績：

    （1）提高了機組運行的經濟性，挖掘了核電站的發電潛能。理論上每臺機組平均可以提高9MW的熱功率，即約可以提高3MW的電功率。以每個機組平均每年連續運行天數為330天廣核4臺機組每年增發接近1億度電。

    （2）提高了核電站運行的安全性。將虛假的尖峰信息處理以后，可以實時地監視功率波動的真實情況，并在安全的2905MW線以下運行發電。

    （3）提高了核電站運行的可靠性。使得電廠不再因為功率波動而不斷調整核功率，使核電站能以安全可靠運行，并保持相對穩定的功率輸出。
目前該熱功率監視已經應用到實際的生產和維修活動中，收到了很好效果和實用價值。

參考文獻

    [1] 陳濟東. 大亞灣核電站系統及運行[M]. 北京: 原子能出版社，1995.

    [2] 王常力,羅安. 分布式控制系統（DCS）設計與應用實例[M]. 北京:電子工業出版社.

    [3] Karl J.Astrom, B.Wittenmark.COMPUTER-CONTROLLED SYSTEMS THEORY AND DESIGN.

    [4] KIT/KPS SYSTEM MANUAL, GNPJVC.