CPR1000机组一回路热功率的精确计算

何金群，王建国

(辽宁红沿河核电有限公司，辽宁 大连 116000)

核电厂功率运行时通过设置在反应堆外的中子测量装置实时测量堆芯的核功率，但中子泄漏率随着堆芯内燃料装载方式的改变以及燃耗的增加而变化，因此中子测量系统RPN系统需要根据外部其他系统的精确测量结果进行标定。CPR1000机组配套有试验仪表系统KME系统精确的测量一回路的热功率，KME热功率计算是功率计算结果中最为精确的，是整个电厂的基准，KME热功率计算为KIC/KDO流量系数标定、RPN功率量程系数周期性刻度试验、全堆芯中子注量图测量(RPN11)、给水流量测量仪表交叉对比试验、一回路宽窄量程温度探头交叉对比提供一回路热功率计算结果，同时还为机组出力、发电量统计等工作提供最为基础的对比数据。因此，保证KME系统热功率计算准确性是非常必要的。本文根据某北方核电站KME的维护经验，从KME系统的配置、系统的运维以及大修前后的参数对比等方面出发，评价KME系统各个部分工作在最优状态下，确保一回路热功率计算的正确性。

1 KME系统简介

KME系统全称为试验仪表系统，其主要功能为实现一回路热功率的准确计算。由于核电机组一回路具有放射性，参数测量困难，因而采用热平衡法通过计算二回路的热量进而得到一回路热功率。CPR1000机组通过建立KME系统实现了一回路热功率的准确计算。图1为KME系统总体结构示意图。

该系统由压力变送器组件、温度传感器/变送器组件、流量变送器组件、节流元件、数据采集系统机柜、数据处理计算机等组成。各测量组件将所测得的信号转换为4～20mA电气信号传送至数据采集机柜，数据采集机柜将电气信号转换为数字信号并传送至数据处理计算机。数据处理计算机对各信号点进行转换、显示，并通过计算得到一回路热功率值。

图1 KME系统总体结构示意图

KME系统热平衡法计算一回路热功率的基本公式如下：

(1)

式中：Qe——SG二回路的给水流量，单位kg/s；

Qp——SG二回路的排污流量，单位kg/s；

He——SG二回路的给水焓值，单位kJ/kg；

Hp——SG二回路的排污焓值，单位kJ/kg;

Hv——SG二回路出口的湿蒸汽焓值，单位kJ/kg;

WΔPr——单位时间内外部传递一回路的热量，单位MW。

2 KME系统仪器仪表配备要求

为保证KME系统计算结果的准确性，需要采用高精度的测量设备及采集元件用于物理量的采集。KME系统使用罗斯蒙特厂家提供的温度、压力测量组件，以保证精度与稳定型的要求。KME系统所使用的仪表性能见表1。

表1 KME系统仪器仪表

综上，KME系统主要仪器仪表精度等级均为0.1级。KME系统采集板卡精度为0.02%。

3 KME系统仪器仪表的运维要求

核电厂针对KME系统设置了一系列定期检定与维护程序，用于保证KME系统采集精度和计算准确性的要求。这些定期检定与维护程序包含了仪表状态检查、定期检定以及系统异常维护等内容。通过定期试验程序的执行，能够及时发现运行状态异常的设备并对其作出相应的维护工作，保证KME系统处于良好的工作状态。KME系统定期检定与维护试验项目见表2。

表2 KME系统定期检定与维护试验项目

各试验项目中要求KME系统仪表检定结果满足0.1级。对于ARE孔板的检定，则需要将检定结果输入KME试验参数表中，用于新的热平衡试验的计算。对于ARE温度变送器/传感器的检定，则需要将校准数据输入KME校正功能中，通过对温度变送器和传感器的联合修正，提高数据采集的精度。

(1)月度零点检查

差压变送器ARE005/006/007YD将测得的节流孔板前后差压值转换为电流值传输至KME系统。KME系统根据差压值计算出流经节流孔板的流量值，用于热平衡计算。因而有必要对差压变送器零点的准确性进行周期检查，进而确保流量测量的准确性。月度零点检查试验中，关闭差压变送器高压侧阀门，打开平衡阀，观察零点是否满要求，若零点合格则关闭平衡阀，打开高压侧阀门，若零点不合格则需进行在线校零。

(2)KME系统半年检

KME系统半年检中需对ARE给水流量变送器、给水温度变送器、采集板卡进行检定。现场拆除变送器送至计量实验室进行检定，检定结果要求满足0.1级精度，对于不满足精度要求的变送器，在进行零点/满量程校验后若仍无法满足要求则需使用新变送器进替换。现场使用高精度信号源对采集板卡进行校验，对于不满足要求的采集板卡，在进行校准后若仍无法满足要求则需使用新板卡进行替换。

(3)ARE流量孔板检定

ARE流量孔板检定为大修期间执行项目。每轮大修核电厂会对三环路中的某一环路流量孔板进行检定，检定结果与历史数据进行对比判断孔板是否有效。同时对检定的孔板进行目视检查，检查是否存在裂纹、磕碰等缺陷。

(4)APG排污流量分配检查

每轮大修后，需要对APG排污进行分配检查保证流量偏差在±10%以内。满功率平台下10%左右的流量分配偏差将导致SG热功率偏差达到1MW左右，该偏差虽然不会对堆芯总功率产生影响，但对KIC/KDO流量系数调整以及满功率流量测量具有非常重要的影响。

(5)KME系统维修

KME系统维修包含仪表检定、参数校正、系统维护等内容。其用于指导大修期间KME系统的维护以及日常期间KME系统的异常处理等工作。

4 大修前后参数对比确认KME计算的有效性

除了对KME系统进行定期检定与维护试验以确保其准确性以外，在系统大修后，还需要采用多步交叉对比的方式验证KME系统计算的正确性。主要的验证方式包括KME系统Y类信号与DCS系统M类信号对比、GRE阀前压力与KME热功率对比。

4.1 Y类、M类信号的对比

以核电站2号机组首次大修为例，选取大修前后机组功率状态基本一致的两组试验数据进行对比。试验数据主要包括GRE阀前压力、KME试验流量、ARE给水流量、KME试验热功率等，对比结果见表3。

表3 大修前后KME系统相关参数对比

通过以上数据对比可以确认，大修前后机组状态基本一致的条件下，KME系统计算所得一回路热功率也基本一致。数据高度吻合表明大修后各系统工作状态正常。

4.2 级前压力的对比

汽机的级前压力与机组功率相关，同时也由一回路热功率决定。因而可以通过大修前后GRE阀前压力计算出一回路理论热功率，并与实际热功率进行对比，验证KME热功率计算的准确性。以核电厂2号机组首次大修后试验数据为例，计算结果如下：

通过已知“大修前后GRE阀前压力”，对大修前“KME计算热功率”进行线性计算，将得到数值与大修后“KME计算热功率”进行对比

大修后KME热功率理论值

1)大修后KME热功率理论值2 889.9MW；

2)大修后KME热功率实际计算值2 888.3MW；

结论：两者相差0.056%，大修后KME系统运行良好，计算准确。

5 结束语

通过以上的试验项目和验证方法，能够有效确保KME系统稳定、正常的运行，并为核电机组运行期间一回路热功率计算提供准确的数据。同时，基于该系统的稳定运行，核电机组反应堆热功率也得到准确的计算和修正，为一回路操纵员控制反应堆功率提供作为准确的数据基础。