核電站KME系統(tǒng)設(shè)計原理

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

本報告介紹了核電站KME系統(tǒng)的組成原理以及功能特點。

關(guān)鍵詞：KME;試驗;功率

1 系統(tǒng)功能

1.1總述

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

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

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

1.2熱平衡計算試驗

由于核電廠一回路堆芯熱功率無法直接測量得到，通常根據(jù)一二回路的能量平衡原理，通過二回路功率的測量表征堆芯熱功率的大小。利用實測蒸汽發(fā)生器二次側(cè)進口給水壓力、溫度、流量，以及主蒸汽壓力、溫度等參數(shù)，計算出二回路工質(zhì)通過蒸汽發(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其他設(shè)備得到的能量和失去的能量考慮進去，通過能量平衡原理求出反應(yīng)堆堆芯功率。

KME系統(tǒng)一項最重要的功能是利用熱平衡原理，通過二回路主給水系統(tǒng)及主蒸汽系統(tǒng)相關(guān)測量參數(shù)，計算出反應(yīng)堆熱功率，用來標(biāo)定RPN功率，并為RCP測量和推導(dǎo)的流量系數(shù)提供相關(guān)計算參數(shù)。

電廠KME試驗在調(diào)試階段各功率水平下進行，并且在運行期間一般每周進行一次。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的熱源：

其中：1.焓值的計算由給水流量、給水/蒸汽壓力溫度計算;2.外部的熱源通常包括傳給反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)的熱功率減去來自反應(yīng)堆冷卻劑的熱功率;

1.3換熱器性能計算試驗。此項功能用來計算核電廠設(shè)備冷卻水系統(tǒng)/重要廠用水系統(tǒng)熱交換器性能，通過熱交換器的傳熱平衡原理，可以計算熱交換系數(shù)，同時算出熱阻：

基于SEC/RRI換熱器回路溫度、流量和壓力計算出的熱阻，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)場傳感器、變送器，采集板卡，處理機柜以及操作站構(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)對于電源波動、電磁干擾、信號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到萬分之二。

KME系統(tǒng)包含了熱平衡計算、水物性計算、誤差計算等復(fù)雜的計算功能，開發(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。采集過程中對數(shù)據(jù)進行數(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)配備了人機交互站，可以實現(xiàn)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的實時顯示、計算、報警、打印等功能，支持手動試驗，也可以開展定期的自動試驗。同時，系統(tǒng)可以基于存儲的歷史數(shù)據(jù)進行離線計算。

3測量要求

KME系統(tǒng)的整體精度需達到1%，誤差來源包括現(xiàn)場傳感器誤差、采集誤差、計算誤差等各個環(huán)節(jié)。在設(shè)備選型時除了對采集板卡精度作出要求外，還應(yīng)對現(xiàn)場傳感器的精度進行要求。

系統(tǒng)所采集的信號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)場傳感器/變送器的精度一般選用要求見下表：

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

4誤差分析

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

隨機誤差包括溫度、壓力、差壓測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自壓力測量的誤差，以及計算水和蒸汽熱力性質(zhì)的ASME公式誤差;流量測量的誤差來自節(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程中的腐蝕、磨損帶來的誤差等。

5總結(jié)

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

參考文獻

[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. 核電站給水流量測量與小幅功率提升研究[J].中國核科學(xué)技術(shù)進展報告（第二卷），2011.10.

作者簡介：陳源杉、1992.06.02、男、湖北省、學(xué)士學(xué)位、中廣核研究院有限公司、儀控工程師