核電廠安全級儀表精度計算分析

霍雨佳 王軍 范瑾 李亮 余俊輝

摘 要

安全級儀表是涉及核電廠安全的重要設備，其精度計算直接影響到核電廠運行的安全性及經濟性，本文對核電廠安全級儀表的精度計算進行了研究，首先對標準及法規要求進行了梳理和分析明確了相關計算要求，其次對精度計算的方法以及核電廠安全級儀表精度計算中需要考慮的影響項進行了分析和研究，確定了精度計算中需要考慮的主要影響因素，給出了核電廠安全級儀表精度計算流程，最后通過示例說明了核電廠安全級儀表的精度計算方法。

關鍵詞

核電廠;安全級儀表;精度

中圖分類號： TM623 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.047

0 引言

核電廠的安全性是核電廠發展的根本，沒有安全就無從談及核電的發展。在核電廠的設計中，一個重要理念就是通過事故安全分析為核電廠重要的安全參數設置不同的整定值，當安全參數超過停堆或專設整定值后，相關系統就會觸發停堆或專設功能來確保反應堆停堆或采取相應措施，進而保證核電廠異常工況不會造成嚴重的后果。

為了確保整定值設計的合理性，安全分析中會綜合考慮通道及儀表的誤差，以此作為依據來設置相應的裕量。但是，如果裕量設置過大，會影響核電廠運行的經濟性，裕量設置過小，又會對核電廠的安全性造成影響，因此合理準確地計算安全級儀表的誤差對核電廠的安全及經濟運行有著十分重要的意義。

1 標準及法規分析

1.1 標準及法規要求

對于核電廠設計來說儀表測量誤差對于核電廠的安全運行影響重大，因此我國在相關的法規及標準中均對此有明確的要求。

目前國內法規體系對此有明確的要求，在HAF102中要求設計要保留適當的裕量，以保證運行狀態不超過設計限值，在HAD102/10及HAD103/01中分別要求明確反應堆保護系統的預期精度以及規定的儀表漂移限值，EJ/T 799給出了上述法規及要求的細化要求。

國外主要是美國對于安全級儀表的精度計算較早就完成了全體系的法規及標準要求，其中10CFR50.36作為頂層法規要求，核管會根據具體法規要求出版了導則RG1.105指導如何開展儀表不確定度計算，規范類導則ANSI/ISA-67.04.01以及方法類標準ISA-RP67.04.02[1]指導具體的計算方法，可以看到美國的標準從上層法規到指導文件再到最終的方法標準，其體系較為細化，可操作性較強。

1.2 標準及法規分析

國內的EJ/T 799與美國標準相比，在具體執行的方法細則上的要求還不夠具體，但是從執行層面來看，兩套標準的具體要求是一致的[2]，都明確了安全限值和分析限值的具體要求，安全限值與分析限值之間應該考慮裕量，其中分析限值與安全限值之間的裕量應該包括從信息采集、處理到動作的全過程精度。

標準中明確要求對于安全級儀表的精度計算除了要考慮儀表本身的精度外，還要考慮信號處理裝置以及動作部件的精度，所有儀表相關的影響因素都需要考慮，主要包括電壓、電源、溫度等，同時還推薦了相關的計算方法。

2 安全級儀表誤差計算方法及影響分析

2.1 計算方法

2.2 儀表本體誤差

影響儀表誤差的因素有很多，其中一個就是儀表自身測量機理的誤差，這種誤差我們稱之為參考精度，該誤差一般是由儀表廠家提供，儀表廠家會通過對同一類型的儀表進行大量統計學計算得到一個置信度的誤差，該誤差由儀表的原材料及標準制作工藝來保證，在核電廠安全級儀表的誤差計算中直接引用廠家數據。

2.3 運行周期誤差

核電廠安全級儀表主要是布置在環廊中，因此在運行期間維修人員無法進入核島進行校準，因此需要根據不同電廠的定期校準計劃考慮不同儀表的校準周期，目前國內的核電廠大部分都過渡到了長循環階段，因此最少18個月才能對儀表進行一次校準，部分儀表的校準間隔周期更長，因此運行周期誤差是儀表精度計算的一個重要考慮因素。

2.4 環境影響誤差

大部分安全級儀表除了需要在正常工況下執行測量功能以外，還需要在異常或者事故工況下正常執行其測量功能，而且事故工況下的精度計算直接影響到保護系統及專設安全的執行。在事故條件下，環境溫度和壓力顯著升高，這對儀表的精度也有明顯的影響。另外儀表供電電壓。

2.5 靜壓影響誤差

對于差壓儀表來說，由于生產期間儀表通常是對兩側通標準氣壓進行校準，但是在核電廠使用期間可能兩側同時施加高達15Mpa的靜壓，在這種情況下儀表的校準就可能出現誤差[3]。

3 綜合精度計算示例

3.1 計算流程

根據核電廠安全級儀表的計算方法及精度影響因素本文總結出了核電廠安全級儀表的計算流程，詳見圖1。

3.2 影響分析

選取核電廠蒸汽發生器寬量程水位ARE010MN為計算示例，該儀表用于測量蒸汽發生器的寬量程水位，在事故及事故后需要用于監測蒸汽發生器的水位變化情況，以此來指導事故的實時處理。

該儀表選型為Rosemount公司的1154DH型儀表，水位差壓為-151.2kPa～43.5kPa，選取的量程代碼為5，該選型的儀表量程為0～186.4kPa，根據計算流程我們首選獲取其基準精度為0.25%，其次我們需要考慮影響儀表精度的不同誤差。

運行周期誤差應該按照儀表實際運行周期執行，但是目前均使用國內核電的18個月換料周期來考慮，選取該周期是一種較為保守的算法，因為核電廠安全級儀表都有4個保護組的儀表對同一參數進行監測，因此當其中一個儀表出現較大偏移時，可以通過交叉比較的方式來進行人為校準，這就避免了長期不校準帶來的運行隱患。

環境影響主要考慮溫度影響，環境壓力對儀表沒有影響可以忽略，這里需要注意的是，如果是事故后需要使用的儀表，那么儀表布置位置所處的事故后環境需要進行計算，一次來判斷儀表的事故后精度。另外，還需要考慮儀表供電電壓的變化對儀表精度的影響。

ARE010MN測量蒸發發生器的水位，在測量期間其兩側聯通蒸汽發生器，這樣變送器兩側同時受到8.5Mpa的壓力，因此計算時需要將靜壓影響也考慮在內。

3.3 計算

4 結論

本文通過核電廠安全級儀表精度計算相關標準及法規的梳理和分析明確了精度計算要求，對精度的計算方法以及計算中需要考慮的影響項進行了分析和研究，確定了影響精度計算的主要因素，提出了核電廠安全級儀表精度計算流程，通過示例給出了核電廠安全級儀表的精度計算方法，對核電廠安全級儀表在實際運行狀態下的精度計算進行了有益的探索。

參考文獻

[1]ANS/ISA-67.04.02，Methodologies for the determination of setpoints for nuclear safety-related instrumentation[S].ISA.2000.

[2]馬旭升.核電站重要儀表測量通道的不確定度計算方法[J].自動化儀表，2012，07.

[3]IAEA Safety Guide 50-SG-D3-1980. Protection system and related features in nuclear power plants.