核电机组热功率提升裕度的在线监测方法以及系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910829316.4 (22)申请日 2019.09.03 (71)申请人 中广核工程有限公司 地址 518124 广东省深圳市大鹏新区鹏飞 路大亚湾核电基地工程公司办公大楼 申请人 深圳中广核工程设计有限公司 福建宁德核电有限公司 (72)发明人 尹建玲褚英杰刘高俊文团 李贤民王万章 (74)专利代理机构 深圳市顺天达专利商标代理 有限公司 44217 代理人 蔡晓红柯夏荷 (51)Int.Cl. G21D 3/00(2006.01) G21D 3/04(2006.01。

2、) G21C 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种核电机组热功率提升裕度的在线监测 方法以及系统 (57)摘要 本发明提供了一种核电机组热功率提升裕 度的在线监测方法以及监测系统， 该监测方法包 括： 建立实时数据库， 采集与机组出力相关特征 参数的实时数据并保存于所述实时数据库中； 根 据所述实时数据库进行所述特征参数的差值、 最 大值、 均值、 滑动平均值和超限时长计算； 将所述 特征参数的实时数据及计算值与对应的报警限 值进行对比， 判断是否超出其对应的报警限值； 若是， 则触发预警功能进行报警。 本发明通过特 征参数的实时数据以及这些特征参数的差值、 最 大值、 均值、。

3、 滑动平均值和超限时长作为热功率 控制参数并实时跟踪其变化， 实现了核电机组热 功率提升裕度的实时在线监测， 提升机组出力， 在保证机组安全运行的前提下实现电厂发电能 力的最大化。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 110580964 A 2019.12.17 CN 110580964 A 1.一种核电机组热功率提升裕度的在线监测方法， 其特征在于， 包括： 建立实时数据库， 采集与机组出力相关特征参数的实时数据并保存于所述实时数据库 中； 根据所述实时数据库进行所述特征参数的差值、 最大值、 均值、 滑动平均值和超限时长 计算； 将所述特征参数的实时数据及计算值与对应的报警限值进行。

4、对比， 判断是否超出其对 应的报警限值； 若是， 则触发预警功能进行报警。 2.根据权利要求1所述的在线监测方法， 其特征在于， 所述特征参数包括热功率、 环路 平均温度与平均温差、 通道核功率、 进汽阀开度、 海水潮位与温度。 3.根据权利要求2所述的在线监测方法， 其特征在于， 所述特征参数的滑动平均值计算 包括： 8小时滑动平均热功率、 1分钟滑动平均热功率、 20分钟一回路滑动平均温差、 20分钟 通道核功率与热工率滑动平均偏差。 4.根据权利要求3所述的在线监测方法， 其特征在于， 所述特征参数的超限时长计算包 括： 8小时内所述热功率超出100.5FP、 101FP和102FP的累。

5、计时长； 所述特征参数的最 大值计算包括： 所述通道核功率的最大值； 所述特征参数的均值计算包括： 一回路最大平均 温度和一回路实际平均温度。 5.根据权利要求4所述的在线监测方法， 其特征在于， 将所述特征参数的实时数据及计 算值与对应的报警限值进行对比， 判断是否超出其对应的报警限值， 具体包括： 判断所述进汽阀开度、 海水潮位与温度是否超出其对应的预设限值， 判断所述热功率 的实时数据是否超出预警值101FP和报警值102FP、 8小时滑动平均热功率是否超出预 警值99.9FP和报警值100FP、 1分钟滑动平均热功率是否超出上限报警值100FP或低 于下限报警值99FP、 20分钟通道。

6、核功率与热工率滑动平均偏差是否超出0.5、 8小时内 热功率超出100.5FP的累计时长是否超出60分钟、 8小时内热功率超出101FP的累计时 长是否超出30分钟， 以及8小时内热功率超出102FP的累计时长是否超出1分钟。 6.根据权利要求3所述的在线监测方法， 其特征在于， 还包括： 若所述20分钟通道核功率与热功率滑动平均偏差超出其对应的预设限值， 则按照设定 时间间隔对通道核功率进行重新标定。 7.根据权利要求1所述的在线监测方法， 其特征在于， 还包括： 判断核电机组是否处于非满负荷运行工况下； 若是， 则屏蔽所述预警功能。 8.根据权利要求1所述的在线监测方法， 其特征在于， 还。

7、包括： 判断所述特征参数的实时数据采集在与所述特征参数的滑动平均值计算对应的各个 时间长度内是否发生数据采集异常， 并实时显示判断结果。 9.一种核电机组热功率提升裕度的在线监测系统， 其特征在于， 包括： 采集网络， 用于实时采集与机组出力相关的特征参数的实时数据； 实时数据库， 连接所述采集网络， 用于保存所述特征参数的实时数据； 主控终端， 连接所述实时数据库， 用于根据所述实时数据库进行所述特征参数的差值、 最大值、 均值、 滑动平均值和超限时长计算， 并将所述特征参数的实时数据及计算值与对应 的报警限值进行对比， 判断是否超出其对应的报警限值； 若是， 则触发预警功能进行报警。 10。

8、.根据权利要求9所述的在线监测系统， 其特征在于， 所述特征参数包括热功率、 环路 权利要求书 1/2 页 2 CN 110580964 A 2 平均温度与平均温差、 通道核功率、 进汽阀开度、 海水潮位与温度。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110580964 A 3 一种核电机组热功率提升裕度的在线监测方法以及系统 技术领域 0001 本发明涉及反应堆控制与保护技术领域， 尤其涉及一种核电机组热功率提升裕度 的在线监测方法以及系统。 背景技术 0002 由于核电站的特殊性， 一旦发生安全事故将造成较大的损失， 且会对人体和周围 环境造成较大的影响， 故对其安全性的要求相对较高。 目前核。

9、电机组的运行功率的控制方 式包括热功率控制以及核功率控制， 现有的DCS(Digital Control System， 数字化控制系 统)对于机组热功率的监控只设置了超限报警， 没有实时趋势曲线供运行人员查看， 不能确 定热功率尚有多少真实余量可调， 考虑到机组的安全， 一般会采取保守策略， 不允许超限报 警出现， 平均稳态热功率设置偏低， 导致机组并未满发， 带来机组发电出力的损失。 0003 在上述现有技术的基础上， 某一核电厂提出了一种新的监测方法， 其通过获取一 端时间内的核功率、 热功率以及环路热功率的最大值， 并与各自的峰值限值进行比较， 得到 三个对应的裕量值， 通过三个裕量值。

10、中得最小裕量值和预设的固定裕度， 即可获取提升裕 度。 然而， 该监测方法与机组的运行技术规范要求相比， 可调裕度偏小， 尚有改进空间； 另 外， 该监测方法在固定时间段进行数据采集， 未能实时跟踪， 运行人员无法全面获取机组裕 度状况， 各机组实际上均没有达到理论上的满功率发电。 发明内容 0004 本发明针对现有核电机组受监测和控制技术缺陷的影响， 不能实现机组功率满发 的问题， 提供了一种核电机组热功率提升裕度的在线监测方法， 通过选择安全高效的热功 率控制参数并实时跟踪其变化， 实现了对机组热功率提升裕度的实时在线监测， 提升机组 出力。 0005 本发明用于解决以上技术问题的技术方案。

11、为： 一方面， 提供一种核电机组热功率 提升裕度的在线监测方法， 包括： 0006 建立实时数据库， 采集与机组出力相关特征参数的实时数据并保存于所述实时数 据库中； 0007 根据所述实时数据库进行所述特征参数的差值、 最大值、 均值、 滑动平均值和超限 时长计算； 0008 将所述特征参数的实时数据及计算值与对应的报警限值进行对比， 判断是否超出 其对应的报警限值； 若是， 则触发预警功能进行报警。 0009 本发明上述的在线监测方法中， 所述特征参数包括热功率、 环路平均温度与平均 温差、 通道核功率、 进汽阀开度、 海水潮位与温度。 0010 本发明上述的在线监测方法中， 所述特征参数。

12、的滑动平均值计算包括： 8小时滑动 平均热功率、 1分钟滑动平均热功率、 20分钟一回路滑动平均温差、 20分钟通道核功率与热 工率滑动平均偏差。 说明书 1/6 页 4 CN 110580964 A 4 0011 本发明上述的在线监测方法中， 所述特征参数的超限时长计算包括： 8小时内所述 热功率超出100.5FP、 101FP和102FP的累计时长； 所述特征参数的最大值计算包括： 所述通道核功率的最大值； 所述特征参数的均值计算包括： 一回路最大平均温度和一回路 实际平均温度。 0012 本发明上述的在线监测方法中， 将所述特征参数的实时数据及计算值与对应的报 警限值进行对比， 判断是否。

13、超出其对应的报警限值， 具体包括： 0013 判断所述进汽阀开度、 海水潮位与温度是否超出其对应的预设限值， 判断所述热 功率的实时数据是否超出预警值101FP和报警值102FP、 8小时滑动平均热功率是否超 出预警值99.9FP和报警值100FP、 1分钟滑动平均热功率是否超出上限报警值100FP 或低于下限报警值99FP、 20分钟通道核功率与热工率滑动平均偏差是否超出0.5、 8小 时内热功率超出100.5FP的累计时长是否超出60分钟、 8小时内热功率超出101FP的累 计时长是否超出30分钟， 以及8小时内热功率超出102FP的累计时长是否超出1分钟。 0014 本发明上述的在线监测。

14、方法中， 还包括： 0015 若所述20分钟通道核功率与热功率滑动平均偏差超出其对应的预设限值， 则按照 设定时间间隔对通道核功率进行重新标定。 0016 本发明上述的在线监测方法中， 还包括： 0017 判断核电机组是否处于非满负荷运行工况下； 若是， 则屏蔽所述预警功能。 0018 本发明上述的在线监测方法中， 还包括： 0019 判断所述特征参数的实时数据采集在与所述特征参数的滑动平均值计算对应的 各个时间长度内是否发生数据采集异常， 并实时显示判断结果。 0020 另一方面， 还提供一种核电机组热功率提升裕度的在线监测系统， 包括： 0021 采集网络， 用于实时采集与机组出力相关的特。

15、征参数的实时数据； 0022 实时数据库， 连接所述采集网络， 用于保存所述特征参数的实时数据； 0023 主控终端， 连接所述实时数据库， 用于根据所述实时数据库进行所述特征参数的 差值、 最大值、 均值、 滑动平均值和超限时长计算， 并将所述特征参数的实时数据及计算值 与对应的报警限值进行对比， 判断是否超出其对应的报警限值； 若是， 则触发预警功能进行 报警。 0024 本发明上述的在线监测系统中， 所述特征参数包括热功率、 环路平均温度与平均 温差、 通道核功率、 进汽阀开度、 海水潮位与温度。 0025 实施本发明提供的一种核电机组热功率提升裕度的在线监测方法以及系统， 具有 以下有。

16、益效果： 本发明提供的在线监测方法及系统通过实时采集与机组出力相关的特征参 数， 并进一步计算这些特征参数的差值、 最大值、 均值、 滑动平均值和超限时长作为热功率 控制参数， 并设置预警功能实时跟踪其变化， 实现了对核电机组热功率提升裕度的实时、 全 面、 精确的在线监测， 能够及时提醒操纵员监控与调整， 提升机组出力， 在保证机组安全运 行的前提下实现电厂发电能力的最大化。 附图说明 0026 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明， 附图中： 0027 图1是本发明实施例提供的在线监测方法的流程图； 说明书 2/6 页 5 CN 110580964 A 5 0028 图2是本发明实施。

17、例提供的在线监测系统的结构框图。 具体实施方式 0029 为了使本领域技术人员能够更加清楚地理解本发明， 下面将结合附图及具体实施 例对本发明做进一步详细的描述。 0030 本发明针对现有核电机组热功率调节采取保守决策， 导致核电机组并未满发， 带 来机组发电出力的损失等问题， 提供了一种核电机组热功率提升裕度的在线监测方法以及 系统， 其核心思想是： 采集与机组出力相关特征参数的实时数据， 进行特征参数的差值、 最 大值、 均值、 滑动平均值和超限时长计算， 并将特征参数的实时值和计算值作为控制参数实 时跟踪其变化， 通过预警功能及时提醒操纵员监控与调整， 提升机组出力， 预期机组热功率 与。

18、背景技术中记载的监测方法相比， 平均每日提升15MW， 能够产生巨大的经济效益。 0031 图1是本实施例示出的一种核电机组热功率提升裕度的在线监测方法， 如图1所 示， 该监测方法包括步骤： 0032 S1、 建立实时数据库， 采集与机组出力相关特征参数的实时数据并保存于所述实 时数据库中； 0033 S2、 根据所述实时数据库进行所述特征参数的差值、 最大值、 均值、 滑动平均值和 超限时长计算； 0034 S3、 将所述特征参数的实时数据及计算值与对应的报警限值进行对比， 判断是否 超出其对应的报警限值； 若是， 则触发预警功能进行报警。 0035 在本实施例中， 滑动平均值是在简单平均。

19、数法基础上， 通过顺序逐期增减新旧数 据求算获得的移动平均值， 能够消除偶然变动因素， 提高数据的准确性。 0036 具体的， 机组出力相关的特征参数包括热功率、 环路平均温度与平均温差、 通道核 功率、 进汽阀开度、 海水潮位与温度。 0037 在本实施例中， 核电机组包括有三个环路， 每个环路的进口水温和出口水温的算 术平均值即为该环路的环路平均温度。 0038 在本实施例中， 进汽阀开度为汽轮机三个进汽阀开度的算术平均值； 需要说明的 是， 在海水温度、 海水潮位发生改变时， 机组效率改变， 设定电功率下热功率会波动比较大， 如果没有及时调整电功率设定值， 会导致总体热功率控制限值过低；。

20、 而汽轮机的进汽阀开 度是否受限同样会制约一回路热功率满发， 随着蒸发器的不断运行， 蒸发器性能下降， 进汽 阀持续开大， 需要及时监测变化。 本实施例实现了机组重要发电受限参数： 海水温度、 海水 潮位和进汽阀开度的集中监测， 能够提醒运行人员及时跟踪水温、 潮位对机组效率的影响， 便于运行调整热功率作参考， 进而调节一回路电功率， 从而保证全天热功率运行在较高的 水准。 0039 进一步地， 步骤S2中特征参数在预设时间长度内的滑动平均值计算包括： 8小时滑 动平均热功率、 1分钟滑动平均热功率、 20分钟一回路滑动平均温差、 20分钟通道核功率与 热工率滑动平均偏差； 0040 在本实施。

21、例中， 一回路平均温差为功率转换而成的标准温度与一回路实际平均温 度的偏差， 也称为过冷度， 通过对一回路滑动平均温差的实时统计， 并设置超限报警， 能够 对堆芯过冷状态进行监测和报警， 从而维持一回路温度在安全运行区间。 说明书 3/6 页 6 CN 110580964 A 6 0041 所述特征参数在预设时间长度内的超限时长计算包括： 8小时内所述热功率超出 100.5FP、 101FP和102FP的累计时长； 所述特征参数在预设时间长度内的最大值计算 包括： 所述通道核功率的最大值； 所述特征参数的均值计算包括： 一回路最大平均温度和一 回路实际平均温度。 0042 在本实施例中， 通道。

22、核功率的最大值为四个分区的通道核功率的最大值， 通过对 比四个通道核功率获取所述通道最大核功率， 同理， 20分钟通道核功率与热功率滑动平均 偏差有四个值， 分别对应机组四个分区； 本实施一方面对通道核功率的最大值设置超限报 警， 用于报警后闭锁控制棒的提升， 该超限报警值可根据相关运行技术规范进行确定； 另一 方面对通道核功率与热功率的偏差进行20分钟的滑动平均偏差统计并设置报警限值， 提醒 对相关通道核功率进行重新标定， 有利于及时消除堆芯燃耗对机组出力的影响， 提高堆芯 热量的使用效率； 而一回路最大平均温度为三个环路平均温度的最大值， 一回路实际平均 温度为三个环路平均温度的算术平均值。

23、。 0043 需要说明的是， 20分钟通道核功率与热工率滑动平均偏差同时也包括了特征参数 的差值计算， 在此不再赘述。 0044 进一步地， 步骤S3中， 将所述特征参数的实时数据及计算值与对应的报警限值进 行对比， 判断是否超出其对应的报警限值， 具体包括： 0045 判断所述进汽阀开度、 海水潮位与温度是否超出其对应的预设限值， 判断所述热 功率的实时数据是否超出预警值101FP和报警值102FP、 8小时滑动平均热功率是否超 出预警值99.9FP和报警值100FP、 1分钟滑动平均热功率是否超出上限报警值100FP 或低于下限报警值99FP、 20分钟通道核功率与热工滑动平均偏差是否超出。

24、0.5、 8小时 内热功率超出100.5FP的累计时长是否超出60分钟、 8小时内热功率超出101FP的累计 时长是否超出30分钟， 以及8小时内热功率超出102FP的累计时长是否超出1分钟。 0046 在本实施例中， 实时热功率设置超限报警值101FP和超限报警值102FP进行监 控； 8小时滑动平均热功率通过超限预警值99.9FP和超限报警值100FP进行监控； 1分钟 滑动平均热功率设置上限报警值100FP和下限报警值99FP进行监控， 超出该范围即进 行报警， 保证机组出力合理且尽可能高； 0047 需要说明的是， 本发明根据大量的试验数据获取上述实时热功率、 8小时内热功率 超限计时。

25、、 8小时滑动平均热功率、 1分钟滑动平均热功率， 以及通道核功率与热功率滑动平 均偏差的具体限定范围， 是本发明的创造性所得， 其不仅能够满足机组安全性要求的相关 运行技术规范， 同时能够提高机组发电出力， 预期机组热功率与上述背景技术中提到的一 种监测方法相比平均提高15MW， 具有极大的经济效益。 当然， 本领域技术人员也可以根据不 同的核电机组系统和不同的机组运行技术规范设置不同的预警值和报警值， 在此不再赘 述。 0048 本实施例中， 该在线监测方法还包括步骤： 0049 S4、 对所述特征参数的实时数据及计算值进行参数显示、 趋势显示和图形化统计， 以及时提醒运行人员调整进汽阀开。

26、度、 重新标定通道核功率等相关操作； 0050 在本实施例中， 参数显示包括实时热功率、 通道核功率、 一回路最大平均温度、 一 回路实际平均温度， 进汽阀开度以及四个通道核功率与热功率滑动平均偏差的实时值显 示； 趋势显示包括8小时和1分钟内滑动平均热功率的趋势图显示、 通道最大核功率的趋势 说明书 4/6 页 7 CN 110580964 A 7 图显示、 20分钟内一回路滑动平均温差的趋势图显示、 过去24小时海水温度变化趋势显示 和过去24小时海水潮位变化趋势显示； 图形化统计包括8小时热功率100.5FP累计时 间、 8小时热功率101累计时间、 8小时热功率102FP累计时间、 2。

27、0分钟一回路滑动平 均温差、 8小时和1分钟内滑动平均热功率、 通道最大核功率， 以及四个20分钟内通道核功率 与热功率滑动平均偏差的图形化统计显示。 当然， 本领域技术人员可以根据需要选定具体 的画面显示方式， 方便操作员进行监测， 本实施例并不具体限定。 0051 进一步地， 该监测方法还包括步骤： 0052 S5、 若所述20分钟通道核功率与热功率滑动平均偏差超出其对应的预设限值， 则 按照设定时间间隔对通道核功率进行重新标定。 0053 在本实施例中， 设定时间间隔为每7天一次； 需要说明的是， 核功率是利用热功率 进行标定的， 随着燃耗加深， 两者之间的偏差变大， 需要定期调整。 上。

28、述步骤在20分钟通道 核功率与热工率滑动平均偏差超出0.5时对通道核功率进行重新标定， 通过对核功率和 热功率进行比较， 能够及时消除堆芯燃耗对机组发电出力的影响。 0054 进一步地， 该监测方法还包括步骤： 0055 S6、 判断核电机组是否处于非满负荷运行工况下； 若是， 则屏蔽所述预警功能。 0056 在本实施例中， 预警功能包括弹窗警报和声音警报， 警报内容包括预先录入的超 限值项目提醒语音和应对建议， 使得运行人员能够及时掌握机组热功率运行状况， 并根据 裕度做出调整； 且上述步骤在非满负荷运行工况下， 实现自动判断并屏蔽报警功能， 从而与 操纵员常规的运行监控与操作不相冲突， 满。

29、足核电机组安全性操作要求。 在本发明的其他 一些实施例中， 屏蔽预警功能时可以只屏蔽声音警报而保留弹窗警报； 当然， 操纵员可以人 为手动屏蔽报警功能。 0057 进一步地， 该监测方法还包括步骤： 0058 S7、 判断所述特征参数的实时数据采集在与所述特征参数的滑动平均值计算对应 的各个时间长度内是否发生数据采集异常， 并实时显示判断结果。 0059 在本实施例中， 设置三个报警指示灯分别指示1分钟、 20分钟和8小时内是否出现 过数据采集异常。 在实际采集过程中， 采集的实时数据带有标志位GOOD和TIMEOUT,当检测 到标志位GOOD时， 判定数据采集正常， 三个报警指示灯显示绿色，。

30、 代表1分钟、 20分钟和8小 时数据可信； 当检测到标志位TIMEOUT时， 判定发生数据采集异常， 三个报警指示灯全部显 示红色， 表示1分钟、 20分钟和8小时数据不可信， 相关人员可立即进行维修处理； 当检测到 标志位GOOD恢复时， 开始计时， 计时达到1分钟后其中一个代表1分钟数据可用的报警指示 灯显示绿色； 当计时达到20分钟后另一个代表20分钟数据可用的报警指示灯显示绿色， 以 此类推， 从而明确告知操作员各个时间长度内的滑动平均功率、 一回路滑动平均温差等计 算值数据是否可用， 防止误判。 0060 图2为本实施例提供的一种核电机组热功率提升裕度的在线监测系统的结构示意 图，。

31、 如图2所示， 该监测系统包括采集网路10、 实时数据库20和主控终端30， 采集网路10用于 实时采集与机组出力相关特征参数的实时数据； 实时数据库20连接采集网路10， 用于保存 所述特征参数的实时数据； 主控终端30连接实时数据库20， 用于根据所述实时数据库进行 所述特征参数的差值、 最大值、 均值、 滑动平均值和超限时长计算， 并将所述特征参数的实 时数据及计算值与对应的报警限值进行对比， 判断是否超出其对应的报警限值； 若是， 则触 说明书 5/6 页 8 CN 110580964 A 8 发预警功能进行报警。 0061 具体的， 所述特征参数包括热功率、 环路平均温度与平均温差、。

32、 通道核功率、 进汽 阀开度、 海水潮位与温度。 0062 在本实施例中， 在线监测系统实时采集机组出力相关的特征参数并保存在实时数 据库中， 其硬件结果是建立采集网络和实时数据库服务器， 采用BS机构， 采集网络可与办公 网共用， 主控终端可连接办公网。 本系统建立在实时数据采集和存储技术之上， 通过对特征 参数实时数据的采集， 以及进一步地后台计算、 统计和综合报警技术对核电机组操作员进 行支持， 尽可能高地控制热功率， 提高机组出力。 0063 所属领域的技术人员可以清楚地了解到， 为描述的方便和简洁， 上述在线监测系 统的其他实施细节可以参考上述在线监测方法中提供的对应的实施过程进行实。

33、现， 本实施 例在此不再赘述。 0064 综上所述， 本发明提供了一种核电机组热功率提升裕度的在线监测方法以及系 统， 实时采集与机组出力相关的特征参数， 通过计算这些特征参数的差值、 最大值、 均值、 滑 动平均值和超限时长作为热功率控制参数， 并设置报警功能实时跟踪其变化， 实现了对核 电机组热功率提升裕度的实时在线监测， 能够及时提醒操纵员监控与调整， 提升机组出力， 在保证机组安全运行的前提下实现电厂发电能力的最大化。 0065 应当理解的是， 对本领域普通技术人员来说， 可以根据上述说明加以改进或变换， 而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。 说明书 6/6 页 9 CN 110580964 A 9 图1 图2 说明书附图 1/1 页 10 CN 110580964 A 10 。