核电厂安全级仪表精度计算分析

霍雨佳 王军 范瑾 李亮 余俊辉

摘 要

安全级仪表是涉及核电厂安全的重要设备，其精度计算直接影响到核电厂运行的安全性及经济性，本文对核电廠安全级仪表的精度计算进行了研究，首先对标准及法规要求进行了梳理和分析明确了相关计算要求，其次对精度计算的方法以及核电厂安全级仪表精度计算中需要考虑的影响项进行了分析和研究，确定了精度计算中需要考虑的主要影响因素，给出了核电厂安全级仪表精度计算流程，最后通过示例说明了核电厂安全级仪表的精度计算方法。

关键词

核电厂;安全级仪表;精度

中图分类号： TM623                    文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.047

0 引言

核电厂的安全性是核电厂发展的根本，没有安全就无从谈及核电的发展。在核电厂的设计中，一个重要理念就是通过事故安全分析为核电厂重要的安全参数设置不同的整定值，当安全参数超过停堆或专设整定值后，相关系统就会触发停堆或专设功能来确保反应堆停堆或采取相应措施，进而保证核电厂异常工况不会造成严重的后果。

为了确保整定值设计的合理性，安全分析中会综合考虑通道及仪表的误差，以此作为依据来设置相应的裕量。但是，如果裕量设置过大，会影响核电厂运行的经济性，裕量设置过小，又会对核电厂的安全性造成影响，因此合理准确地计算安全级仪表的误差对核电厂的安全及经济运行有着十分重要的意义。

1 标准及法规分析

1.1 标准及法规要求

对于核电厂设计来说仪表测量误差对于核电厂的安全运行影响重大，因此我国在相关的法规及标准中均对此有明确的要求。

目前国内法规体系对此有明确的要求，在HAF102中要求设计要保留适当的裕量，以保证运行状态不超过设计限值，在HAD102/10及HAD103/01中分别要求明确反应堆保护系统的预期精度以及规定的仪表漂移限值，EJ/T 799给出了上述法规及要求的细化要求。

国外主要是美国对于安全级仪表的精度计算较早就完成了全体系的法规及标准要求，其中10CFR50.36作为顶层法规要求，核管会根据具体法规要求出版了导则RG1.105指导如何开展仪表不确定度计算，规范类导则ANSI/ISA-67.04.01以及方法类标准ISA-RP67.04.02[1]指导具体的计算方法，可以看到美国的标准从上层法规到指导文件再到最终的方法标准，其体系较为细化，可操作性较强。

1.2 标准及法规分析

国内的EJ/T 799与美国标准相比，在具体执行的方法细则上的要求还不够具体，但是从执行层面来看，两套标准的具体要求是一致的[2]，都明确了安全限值和分析限值的具体要求，安全限值与分析限值之间应该考虑裕量，其中分析限值与安全限值之间的裕量应该包括从信息采集、处理到动作的全过程精度。

标准中明确要求对于安全级仪表的精度计算除了要考虑仪表本身的精度外，还要考虑信号处理装置以及动作部件的精度，所有仪表相关的影响因素都需要考虑，主要包括电压、电源、温度等，同时还推荐了相关的计算方法。

2 安全级仪表误差计算方法及影响分析

2.1 计算方法

2.2 仪表本体误差

影响仪表误差的因素有很多，其中一个就是仪表自身测量机理的误差，这种误差我们称之为参考精度，该误差一般是由仪表厂家提供，仪表厂家会通过对同一类型的仪表进行大量统计学计算得到一个置信度的误差，该误差由仪表的原材料及标准制作工艺来保证，在核电厂安全级仪表的误差计算中直接引用厂家数据。

2.3 运行周期误差

核电厂安全级仪表主要是布置在环廊中，因此在运行期间维修人员无法进入核岛进行校准，因此需要根据不同电厂的定期校准计划考虑不同仪表的校准周期，目前国内的核电厂大部分都过渡到了长循环阶段，因此最少18个月才能对仪表进行一次校准，部分仪表的校准间隔周期更长，因此运行周期误差是仪表精度计算的一个重要考虑因素。

2.4 环境影响误差

大部分安全级仪表除了需要在正常工况下执行测量功能以外，还需要在异常或者事故工况下正常执行其测量功能，而且事故工况下的精度计算直接影响到保护系统及专设安全的执行。在事故条件下，环境温度和压力显著升高，这对仪表的精度也有明显的影响。另外仪表供电电压。

2.5 静压影响误差

对于差压仪表来说，由于生产期间仪表通常是对两侧通标准气压进行校准，但是在核电厂使用期间可能两侧同时施加高达15Mpa的静压，在这种情况下仪表的校准就可能出现误差[3]。

3 综合精度计算示例

3.1 计算流程

根据核电厂安全级仪表的计算方法及精度影响因素本文总结出了核电厂安全级仪表的计算流程，详见图1。

3.2 影响分析

选取核电厂蒸汽发生器宽量程水位ARE010MN为计算示例，该仪表用于测量蒸汽发生器的宽量程水位，在事故及事故后需要用于监测蒸汽发生器的水位变化情况，以此来指导事故的实时处理。

该仪表选型为Rosemount公司的1154DH型仪表，水位差压为-151.2kPa～43.5kPa，选取的量程代码为5，该选型的仪表量程为0～186.4kPa，根据计算流程我们首选获取其基准精度为0.25%，其次我们需要考虑影响仪表精度的不同误差。

运行周期误差应该按照仪表实际运行周期执行，但是目前均使用国内核电的18个月换料周期来考虑，选取该周期是一种较为保守的算法，因为核电厂安全级仪表都有4个保护组的仪表对同一参数进行监测，因此当其中一个仪表出现较大偏移时，可以通过交叉比较的方式来进行人为校准，这就避免了长期不校准带来的运行隐患。

环境影响主要考虑温度影响，环境压力对仪表没有影响可以忽略，这里需要注意的是，如果是事故后需要使用的仪表，那么仪表布置位置所处的事故后环境需要进行计算，一次来判断仪表的事故后精度。另外，还需要考虑仪表供电电压的变化对仪表精度的影响。

ARE010MN测量蒸发发生器的水位，在测量期间其两侧联通蒸汽发生器，这样变送器两侧同时受到8.5Mpa的压力，因此计算时需要将静压影响也考虑在内。

3.3 计算

4 结论

本文通过核电厂安全级仪表精度计算相关标准及法规的梳理和分析明确了精度计算要求，对精度的计算方法以及计算中需要考虑的影响项进行了分析和研究，确定了影响精度计算的主要因素，提出了核电厂安全级仪表精度计算流程，通过示例给出了核电厂安全级仪表的精度计算方法，对核电厂安全级仪表在实际运行状态下的精度计算进行了有益的探索。

参考文献

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

[2]马旭升.核电站重要仪表测量通道的不确定度计算方法[J].自动化仪表，2012，07.

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