?陳源杉

摘 要：核電站試驗(yàn)儀表系統(tǒng)（KME）是利用熱平衡計(jì)算原理來(lái)標(biāo)定一回路核功率，同時(shí)可以用來(lái)計(jì)算SEC/RRI換熱器換熱性能。KME系統(tǒng)由獨(dú)立的試驗(yàn)儀表以及處理系統(tǒng)組成，可以進(jìn)行定期試驗(yàn)。KME系統(tǒng)有專業(yè)的誤差計(jì)算功能，具有高精度的特點(diǎn)。

本報(bào)告介紹了核電站KME系統(tǒng)的組成原理以及功能特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：KME;試驗(yàn);功率

1 系統(tǒng)功能

1.1 總述

核電站KME系統(tǒng)全稱試驗(yàn)儀表系統(tǒng)，主要功能是對(duì)核電站的基本設(shè)備進(jìn)行周期性的性能試驗(yàn)。此系統(tǒng)進(jìn)行溫度、流量和壓力的測(cè)量，將這些物理量通過(guò)變送器及處理機(jī)柜進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行計(jì)算，可以在操作站上輸出計(jì)算結(jié)果，并能完成定期試驗(yàn)。

核電站KME系統(tǒng)主要執(zhí)行兩大功能，一是通過(guò)計(jì)算核電站二回路水和水蒸氣的熱平衡，來(lái)校準(zhǔn)一回路核功率;二是通過(guò)SEC/RRI系統(tǒng)換熱器前后的壓力、流量參數(shù)計(jì)算換熱器的傳熱性能。

KME系統(tǒng)周期性的執(zhí)行試驗(yàn)，其周期性取決于特定的測(cè)試。此系統(tǒng)可以再操作員提出請(qǐng)求時(shí)執(zhí)行，也可以在任何時(shí)候不改變接線的情況下，執(zhí)行測(cè)試。

1.2 熱平衡計(jì)算試驗(yàn)

由于核電廠一回路堆芯熱功率無(wú)法直接測(cè)量得到，通常根據(jù)一二回路的能量平衡原理，通過(guò)二回路功率的測(cè)量表征堆芯熱功率的大小。利用實(shí)測(cè)蒸汽發(fā)生器二次側(cè)進(jìn)口給水壓力、溫度、流量，以及主蒸汽壓力、溫度等參數(shù)，計(jì)算出二回路工質(zhì)通過(guò)蒸汽發(fā)生器所產(chǎn)生的焓升，從而得到反應(yīng)堆一回路傳給二回路的能量，然后再把一回路通過(guò)其他設(shè)備得到的能量和失去的能量考慮進(jìn)去，通過(guò)能量平衡原理求出反應(yīng)堆堆芯功率。

KME系統(tǒng)一項(xiàng)最重要的功能是利用熱平衡原理，通過(guò)二回路主給水系統(tǒng)及主蒸汽系統(tǒng)相關(guān)測(cè)量參數(shù)，計(jì)算出反應(yīng)堆熱功率，用來(lái)標(biāo)定RPN功率，并為RCP測(cè)量和推導(dǎo)的流量系數(shù)提供相關(guān)計(jì)算參數(shù)。

電廠KME試驗(yàn)在調(diào)試階段各功率水平下進(jìn)行，并且在運(yùn)行期間一般每周進(jìn)行一次。KME系統(tǒng)主要為技術(shù)部、儀表處、堆工中心提供數(shù)據(jù)支持。

反應(yīng)堆熱功率WR由熱平衡原理等于回路的焓升和減去外部帶來(lái)的熱源：

其中：

1.焓值的計(jì)算由給水流量、給水/蒸汽壓力溫度計(jì)算;

2.外部的熱源通常包括傳給反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)的熱功率減去來(lái)自反應(yīng)堆冷卻劑的熱功率;

1.3 換熱器性能計(jì)算試驗(yàn)

此項(xiàng)功能用來(lái)計(jì)算核電廠設(shè)備冷卻水系統(tǒng)/重要廠用水系統(tǒng)熱交換器性能，通過(guò)熱交換器的傳熱平衡原理，可以計(jì)算熱交換系數(shù)，同時(shí)算出熱阻：

其中，

P：熱交換功率（kW）

Q：流量（kg/s）

Cpccs：CCS中水的比熱（kJ/kg℃）

Cpsws：SWS中水的比熱（kJ/kg℃）

Te：入口溫度（℃）

Ts：出口溫度（℃）

基于SEC/RRI換熱器回路溫度、流量和壓力計(jì)算出的熱阻，從而判斷是否應(yīng)該清洗熱交換器。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

KME系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)傳感器、變送器，采集板卡，處理機(jī)柜以及操作站構(gòu)成。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2所示[1]。

KME系統(tǒng)系統(tǒng)應(yīng)采用抗干擾能力強(qiáng)的設(shè)備，使得系統(tǒng)部件故障影響最小。I/O采集板卡采用高精度路路隔離的卡件，以提高系統(tǒng)對(duì)于電源波動(dòng)、電磁干擾、信號(hào)源干擾等外部干擾的抵抗能力。KME系統(tǒng)模擬量采集板卡采集精度達(dá)到萬(wàn)分之二。

水物性計(jì)算、誤差計(jì)算等復(fù)雜的計(jì)算功能，開(kāi)發(fā)專業(yè)的KME數(shù)據(jù)處理軟件，采取了嚴(yán)格的誤差控制與分析算法。采集過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波，剔除不符合要求的數(shù)據(jù)，基本消除由前段傳感器采集引入的偶然誤差。

KME系統(tǒng)配備了人機(jī)交互站，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、計(jì)算、報(bào)警、打印等功能，支持手動(dòng)試驗(yàn)，也可以開(kāi)展定期的自動(dòng)試驗(yàn)。同時(shí)，系統(tǒng)可以基于存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行離線計(jì)算。

3 測(cè)量要求

KME系統(tǒng)的整體精度需達(dá)到1%，誤差來(lái)源包括現(xiàn)場(chǎng)傳感器誤差、采集誤差、計(jì)算誤差等各個(gè)環(huán)節(jié)。在設(shè)備選型時(shí)除了對(duì)采集板卡精度作出要求外，還應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳感器的精度進(jìn)行要求。

系統(tǒng)所采集的信號(hào)主要包括主給水的壓力、溫度、流量，主蒸汽壓力、溫度、RPN核功率，主變電功率，凝汽器真空度，排污流量，重要廠用水/設(shè)備冷卻水換熱器溫度、壓力、流量以及大氣壓力等。

現(xiàn)場(chǎng)傳感器/變送器的精度一般選用要求見(jiàn)下表：

其中對(duì)于KME系統(tǒng)計(jì)算精度影響最大的是主給水流量測(cè)量的誤差[2]。目前成熟的壓水堆核電站KME主給水流量測(cè)量一般采用差壓原理，通過(guò)節(jié)流裝置產(chǎn)生的壓差間接地計(jì)算出流量。節(jié)流裝置中，孔板的高精度及可拆卸性滿足KME系統(tǒng)測(cè)量的要求，因此通常選用閥式測(cè)量孔板作為KME主給水測(cè)量元件。

4 誤差分析

誤差計(jì)算應(yīng)考慮計(jì)算的所有環(huán)節(jié)，從傳感器和變送器到數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，熱平衡計(jì)算的誤差包括隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差。

隨機(jī)誤差包括溫度、壓力、差壓測(cè)量中傳感器及變送器引起的誤差;飽和蒸汽焓以及飽和水焓的誤差來(lái)自壓力測(cè)量的誤差，以及計(jì)算水和蒸汽熱力性質(zhì)的ASME公式誤差;流量測(cè)量的誤差來(lái)自節(jié)流元件以及差壓變送器的誤差，其中節(jié)流元件導(dǎo)致的誤差與孔板和管道尺寸的不確定度有關(guān)。

系統(tǒng)誤差包括人為誤差以及儀器誤差。人為誤差通?？梢院雎?，儀器誤差主要由流量測(cè)量引起，包括由孔板上下游直管段引起的不確定度以及使用過(guò)程中的腐蝕、磨損帶來(lái)的誤差等。

5 總結(jié)

核電站KME系統(tǒng)是電廠最精確的功率測(cè)量方法，通過(guò)熱平衡原理推導(dǎo)出一回路核功率的精確數(shù)據(jù)，為電廠運(yùn)行調(diào)度提供重要的參考，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)視SEC/RRI系統(tǒng)換熱器的運(yùn)行狀況，是電廠保持良好運(yùn)行的重要手段。

參考文件：

[1] 宋曉娜，徐昌榮，陳瑞峰. 廣東嶺澳核電站KME系統(tǒng)介紹 [J]. 技術(shù)縱橫. 2002（06）.

[2] 王旭，張赫男，等. 核電站給水流量測(cè)量與小幅功率提升研究[J].中國(guó)核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報(bào)告（第二卷），2011.10.

作者簡(jiǎn)介：

陳源杉（1992.06-）男，湖北省恩施市，學(xué)士學(xué)位，工程師，中廣核研究院有限公司，儀控工程師.