CPR1000機組一回路熱功率的精確計算

何金群，王建國

(遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116000)

核電廠功率運行時通過設置在反應堆外的中子測量裝置實時測量堆芯的核功率，但中子泄漏率隨著堆芯內燃料裝載方式的改變以及燃耗的增加而變化，因此中子測量系統RPN系統需要根據外部其他系統的精確測量結果進行標定。CPR1000機組配套有試驗儀表系統KME系統精確的測量一回路的熱功率，KME熱功率計算是功率計算結果中最為精確的，是整個電廠的基準，KME熱功率計算為KIC/KDO流量系數標定、RPN功率量程系數周期性刻度試驗、全堆芯中子注量圖測量(RPN11)、給水流量測量儀表交叉對比試驗、一回路寬窄量程溫度探頭交叉對比提供一回路熱功率計算結果，同時還為機組出力、發電量統計等工作提供最為基礎的對比數據。因此，保證KME系統熱功率計算準確性是非常必要的。本文根據某北方核電站KME的維護經驗，從KME系統的配置、系統的運維以及大修前后的參數對比等方面出發，評價KME系統各個部分工作在最優狀態下，確保一回路熱功率計算的正確性。

1 KME系統簡介

KME系統全稱為試驗儀表系統，其主要功能為實現一回路熱功率的準確計算。由于核電機組一回路具有放射性，參數測量困難，因而采用熱平衡法通過計算二回路的熱量進而得到一回路熱功率。CPR1000機組通過建立KME系統實現了一回路熱功率的準確計算。圖1為KME系統總體結構示意圖。

該系統由壓力變送器組件、溫度傳感器/變送器組件、流量變送器組件、節流元件、數據采集系統機柜、數據處理計算機等組成。各測量組件將所測得的信號轉換為4～20mA電氣信號傳送至數據采集機柜，數據采集機柜將電氣信號轉換為數字信號并傳送至數據處理計算機。數據處理計算機對各信號點進行轉換、顯示，并通過計算得到一回路熱功率值。

圖1 KME系統總體結構示意圖

KME系統熱平衡法計算一回路熱功率的基本公式如下：

(1)

式中：Qe——SG二回路的給水流量，單位kg/s；

Qp——SG二回路的排污流量，單位kg/s；

He——SG二回路的給水焓值，單位kJ/kg；

Hp——SG二回路的排污焓值，單位kJ/kg;

Hv——SG二回路出口的濕蒸汽焓值，單位kJ/kg;

WΔPr——單位時間內外部傳遞一回路的熱量，單位MW。

2 KME系統儀器儀表配備要求

為保證KME系統計算結果的準確性，需要采用高精度的測量設備及采集元件用于物理量的采集。KME系統使用羅斯蒙特廠家提供的溫度、壓力測量組件，以保證精度與穩定型的要求。KME系統所使用的儀表性能見表1。

表1 KME系統儀器儀表

綜上，KME系統主要儀器儀表精度等級均為0.1級。KME系統采集板卡精度為0.02%。

3 KME系統儀器儀表的運維要求

核電廠針對KME系統設置了一系列定期檢定與維護程序，用于保證KME系統采集精度和計算準確性的要求。這些定期檢定與維護程序包含了儀表狀態檢查、定期檢定以及系統異常維護等內容。通過定期試驗程序的執行，能夠及時發現運行狀態異常的設備并對其作出相應的維護工作，保證KME系統處于良好的工作狀態。KME系統定期檢定與維護試驗項目見表2。

表2 KME系統定期檢定與維護試驗項目

各試驗項目中要求KME系統儀表檢定結果滿足0.1級。對于ARE孔板的檢定，則需要將檢定結果輸入KME試驗參數表中，用于新的熱平衡試驗的計算。對于ARE溫度變送器/傳感器的檢定，則需要將校準數據輸入KME校正功能中，通過對溫度變送器和傳感器的聯合修正，提高數據采集的精度。

(1)月度零點檢查

差壓變送器ARE005/006/007YD將測得的節流孔板前后差壓值轉換為電流值傳輸至KME系統。KME系統根據差壓值計算出流經節流孔板的流量值，用于熱平衡計算。因而有必要對差壓變送器零點的準確性進行周期檢查，進而確保流量測量的準確性。月度零點檢查試驗中，關閉差壓變送器高壓側閥門，打開平衡閥，觀察零點是否滿要求，若零點合格則關閉平衡閥，打開高壓側閥門，若零點不合格則需進行在線校零。

(2)KME系統半年檢

KME系統半年檢中需對ARE給水流量變送器、給水溫度變送器、采集板卡進行檢定。現場拆除變送器送至計量實驗室進行檢定，檢定結果要求滿足0.1級精度，對于不滿足精度要求的變送器，在進行零點/滿量程校驗后若仍無法滿足要求則需使用新變送器進替換。現場使用高精度信號源對采集板卡進行校驗，對于不滿足要求的采集板卡，在進行校準后若仍無法滿足要求則需使用新板卡進行替換。

(3)ARE流量孔板檢定

ARE流量孔板檢定為大修期間執行項目。每輪大修核電廠會對三環路中的某一環路流量孔板進行檢定，檢定結果與歷史數據進行對比判斷孔板是否有效。同時對檢定的孔板進行目視檢查，檢查是否存在裂紋、磕碰等缺陷。

(4)APG排污流量分配檢查

每輪大修后，需要對APG排污進行分配檢查保證流量偏差在±10%以內。滿功率平臺下10%左右的流量分配偏差將導致SG熱功率偏差達到1MW左右，該偏差雖然不會對堆芯總功率產生影響，但對KIC/KDO流量系數調整以及滿功率流量測量具有非常重要的影響。

(5)KME系統維修

KME系統維修包含儀表檢定、參數校正、系統維護等內容。其用于指導大修期間KME系統的維護以及日常期間KME系統的異常處理等工作。

4 大修前后參數對比確認KME計算的有效性

除了對KME系統進行定期檢定與維護試驗以確保其準確性以外，在系統大修后，還需要采用多步交叉對比的方式驗證KME系統計算的正確性。主要的驗證方式包括KME系統Y類信號與DCS系統M類信號對比、GRE閥前壓力與KME熱功率對比。

4.1 Y類、M類信號的對比

以核電站2號機組首次大修為例，選取大修前后機組功率狀態基本一致的兩組試驗數據進行對比。試驗數據主要包括GRE閥前壓力、KME試驗流量、ARE給水流量、KME試驗熱功率等，對比結果見表3。

表3 大修前后KME系統相關參數對比

通過以上數據對比可以確認，大修前后機組狀態基本一致的條件下，KME系統計算所得一回路熱功率也基本一致。數據高度吻合表明大修后各系統工作狀態正常。

4.2 級前壓力的對比

汽機的級前壓力與機組功率相關，同時也由一回路熱功率決定。因而可以通過大修前后GRE閥前壓力計算出一回路理論熱功率，并與實際熱功率進行對比，驗證KME熱功率計算的準確性。以核電廠2號機組首次大修后試驗數據為例，計算結果如下：

通過已知“大修前后GRE閥前壓力”，對大修前“KME計算熱功率”進行線性計算，將得到數值與大修后“KME計算熱功率”進行對比

大修后KME熱功率理論值

1)大修后KME熱功率理論值2 889.9MW；

2)大修后KME熱功率實際計算值2 888.3MW；

結論：兩者相差0.056%，大修后KME系統運行良好，計算準確。

5 結束語

通過以上的試驗項目和驗證方法，能夠有效確保KME系統穩定、正常的運行，并為核電機組運行期間一回路熱功率計算提供準確的數據。同時，基于該系統的穩定運行，核電機組反應堆熱功率也得到準確的計算和修正，為一回路操縱員控制反應堆功率提供作為準確的數據基礎。