核電站儀表崗前培訓-第一章至第三章

1、核電站丈量儀表 授課教師 蘇杰.第一章 核電站儀表和控制系統(tǒng)概述1.1 壓水堆核電廠根本構造及流程.1.2 核電廠儀表和控制系統(tǒng)的主要功能.核電廠儀表和控制系統(tǒng)主要有三種功能：信息功能、控制功能和維護功能信息功能：監(jiān)測核電廠的有關參數(shù)，及時提供應操作員；對數(shù)據進展處置和存儲。.信息功能主要包括1監(jiān)測反響堆的中子通量程度及其變化率；2監(jiān)測堆內中子通量分布及溫度場分布；3監(jiān)測核電廠的區(qū)域輻射劑量和工藝過程輻射劑量；4監(jiān)測核電廠的工藝過程參數(shù)；5檢測設備的形狀、位置、運動速度；6監(jiān)測燃料元件包殼的破損；7監(jiān)測冷卻劑的純度；8 ) 監(jiān)測反響堆及設備事故的形狀；9設備潛在缺點的診斷及報警；10供電的監(jiān)測

2、與報警；11火災的監(jiān)測與報警；12異常、缺點或事故的聲光報警；13系統(tǒng)間的信息傳輸；14計算機的信息處置及存儲；15環(huán)境監(jiān)測。.控制功能：控制核電廠在規(guī)定的工況下運轉。 主要包括：1現(xiàn)場控制；2遠間隔控制；3自動控制。 核電廠控制可 分為兩個部分：反響堆功率控制和過程控制.主要的控制系統(tǒng)有：反響堆功率控制系統(tǒng)；一次冷卻劑過程參數(shù)監(jiān)測及控制系統(tǒng)；二次冷卻劑過程參數(shù)監(jiān)測及控制系統(tǒng)；汽輪機控制及維護系統(tǒng)；發(fā)電機控制及維護系統(tǒng)；換料控制系統(tǒng)；核電廠信息處置系統(tǒng)。.維護功能:用于維護核電廠、環(huán)境及人員的平安。當核電廠出現(xiàn)事故時，維護核電廠的主要設備、人員的平安，控制放射性對環(huán)境的影響。主要包括：1當核電

3、廠出現(xiàn)異常瞬態(tài)事件時，立刻觸發(fā)平安停堆，防止瞬態(tài)事件的進一步開展；2當核電廠出現(xiàn)事故時，除立刻觸發(fā)停堆外，還觸發(fā)有關的公用平安設備動作，來終止或緩解事故的動作；3設置平安連鎖，防止因支配員誤操作而呵斥事故工況；4對執(zhí)行平安功能的設備進展缺點診斷，保證它們的平安功能不受影響。.1.3 壓水堆反響性控制 反響性定義為上一代與下一代中子數(shù)的相對變化，即增殖因數(shù)k.1.3.1 壓水堆反響性效應 壓水堆中引起反響性變化的主要是燃料、慢化劑和毒物。1燃料溫度系數(shù) 燃料溫度的上升導致燃料有效吸收截面增大，中子吸收增大。 238U的燃料溫度系數(shù)總是負的。.2慢化劑溫度系數(shù) 慢化劑水的溫度升高，水膨脹，密度減小

4、，慢化才干減弱，反響性變??；而硼毒作用將隨硼密度減小而下降，使反響性增大。 壓水堆在功率運轉時，要求慢化劑溫度系數(shù)是負的。3慢化劑壓力系數(shù)4慢化劑汽泡系數(shù)5中毒效應 氙和釤吸收大量熱中子而引起放映性的變化。.1.3.2 壓水堆固有的自穩(wěn)自調特性自穩(wěn)性：反響堆出現(xiàn)內、外擾動時，反響堆能維持原功率程度的特性。例如反響堆引入一個正的反響性擾動，由于溫度效應產生一個負反響性，抵消了正反響性擾動。自調性：負荷變化時，反響堆本身能迅速到達熱平衡。 例如 汽輪機負荷忽然變化的過程，表達出壓水堆的自調特性。.1.3.3 反響性控制的功能要求及措施 1. 反響性控制的目的 反響性控制，就是采取各種有效的控制方式

5、，在確保平安的前提下，控制反響堆的剩余反響性。 滿足反響堆長期運轉的需求 ;使反響堆在整個堆芯壽期內，堅持平坦的功率分布，使功率峰因子盡能夠的小 ;順應外界負荷的變化; 反響堆出現(xiàn)事故 ,能經過維護系統(tǒng)迅速落棒停堆，并堅持一定的停堆濃度 。.2 反響性控制方法 常用控制棒組件、加裝可燃毒物棒和在冷卻劑中參與硼酸等結合的控制方法 。1控制棒 ：用于控制反響堆快速的反響性變化 。 停堆； 在功率運轉范圍內，由慢化劑溫度變化引起的反響性變化； 由負荷變化引起的反響性變化： 與功率系數(shù)有關的反響性變化等。 .2慢化劑中可溶性毒物控制 在慢化劑中參與一定濃度的可溶性中子吸收劑B。經過調理溶液中硼酸濃度或

6、溶液總體積來補償反響性。 硼酸濃度控制有自動補償、稀釋、快速稀釋和加濃等方式。伴隨著反響堆的啟動運轉，由于從冷態(tài)到熱態(tài)運轉中的溫度變化以及燃耗、中毒等引起的比較緩慢的反響性下降，采用稀釋的方法調理；停堆、換料及補償氙的衰變引起的反響性添加，需求加濃調理。 .3 可燃毒物棒控制 壓水堆采用在堆內裝入中子吸收截面較大的物質，把它作為固定不動的控制棒裝入堆芯，用以補償堆芯壽命初期的剩余反響性。普通為含硼玻璃棒。 在初次燃料循環(huán)開場時，它具有降低對慢化劑中硼酸濃度的要求的作用。在第一壽期終了換料時，可燃毒物棒就去掉。 .1.4 壓水堆核電廠負荷運轉方式 核電廠負荷運轉方式主要有兩種：根本負荷方式A)運

7、轉方式和負荷跟蹤方式G)運轉方式1. 根本負荷方式A)運轉方式 .2.負荷跟蹤方式G)運轉方式 . 兩種方式的比較 在機組采取比較緩慢的負荷跟蹤運轉時，可以采用方式A。這種情況下調硼操作所排出的慢化劑數(shù)量比采用方式G要少得多。而在快速的負荷跟蹤運轉時，情況正好相反。 在燃料循環(huán)末期，用方式A不能夠進展快速的負荷跟蹤運轉。方式A適宜于帶根本負荷運轉的機組，功率調理性能較差，但在運轉過程中設備遭到的熱應力較小，這將無疑地有利于平安和機組的壽命。 采用方式G功率調理系統(tǒng)操作方式，可以使機組具有靈敏的功率調理性能。在任何情況下機組可以參與負荷跟蹤和電網調頻運轉。 .1.5 壓水堆核電廠穩(wěn)態(tài)運轉方案 所

8、謂核電廠穩(wěn)態(tài)運轉方案是指反響堆及動力安裝在穩(wěn)態(tài)運轉條件下，以負荷功率或反響堆功率為中心，各運轉參數(shù)，如，溫度、壓力和流量等應遵照的一種相互關系的特性。 . 核電廠的輸出功率PH與蒸汽發(fā)生器一次側和二次側的溫度差有如下聯(lián)絡：反響堆輸出功率Pn可表示為核電廠運轉的目的是使PH Pn . 核電廠穩(wěn)態(tài)運轉控制方案普通有三種：Tavg恒定運轉方式，蒸汽發(fā)生器蒸汽壓力Ps恒定運轉方式Tavg隨功率變化運轉方式。 .1.一次冷卻劑平均溫度恒定的運轉方式 Tavg恒定運轉方式是指壓水堆核電廠一次冷卻劑平均溫度在整個功率范圍內堅持恒定不變的運轉方式。 當一次冷卻劑流量堅持不變時，二回路的輸出功率P2 . . 這

9、種運轉方式的優(yōu)點 順應反響堆的自調特性，穩(wěn)定性好。另外，由于Tavg恒定，冷卻劑容積變化小，穩(wěn)壓器的尺寸相對可以小。 缺陷 要堅持Tavg恒定不變，隨著P2添加，Ts就要下降，因此Ps蒸汽發(fā)生器壓力也要下降。蒸汽發(fā)生器出口溫度Ts下降會使汽輸機效率降低， Ps不能低于設計要求的最低值。 .2. 蒸汽壓力恒定的運轉方式 蒸汽壓力恒定是指在整個運轉過程中，蒸汽發(fā)生器的蒸汽壓力Ps堅持不變，運轉方式如圖1-9所示。 .優(yōu)點有利于汽輪機的運轉 缺陷一次冷卻劑的平均溫度Tavg變化較大，它將產生如下后果： 必需采用一個比較大的穩(wěn)壓器 ；一回路排出待處置的液體容量比較大； 調理棒組件挪動的范圍較大。 .3

10、.一次冷卻劑平均溫度隨功率線性變化的運轉方式 平均溫度隨功率成線性變化的程序運轉方式是一種熱和機械制約之間的折衷方式。如今，大多數(shù)壓水堆核電廠均采用此種穩(wěn)態(tài)運轉方案。 Tavg隨功率的變化可由下式描畫： Tavg= Tav0+KP2.1.6 核電廠I&C系統(tǒng)設計準那么 由于核電廠的特殊性，決議了它的傳感器及維護系統(tǒng)有特別的設計要求，而其它系統(tǒng)那么與常規(guī)電廠無大的區(qū)別。 1. 核電廠I&C系統(tǒng)設計應滿足的法規(guī)及要求 以下文件的規(guī)定對I&C系統(tǒng)的設計起指點作用： 1) HAF102 核電廠設計平安規(guī)定； 2HAF102/10 核電廠維護系統(tǒng)及有關設備; 3HAF102/14 核電廠平安有儀表和控制

11、系統(tǒng)。 I&C系統(tǒng)設計中應思索滿足單一缺點準那么、缺點平安準那么以及多樣性和獨立性等要求，實現(xiàn)系統(tǒng)的可維修性，保證系統(tǒng)平安可靠實行。 .2. 傳感器 1傳感器的分類傳感器按以下三個準那么分類：a能否屬于維護系統(tǒng)；b能否屬于平安級即1E級；c有無抗地震要求。 2)傳感器的環(huán)境條件傳感器必需能經受安裝位置的環(huán)境影響，特別是事故和事故后的環(huán)境對傳感器的影響。 3傳感器儀表管線的設計原那么.3. 反響堆維護系統(tǒng) 它的設計原理:1反響堆維護系統(tǒng)的目的是為了維護核電廠三道平安屏障的完好性；2除非從產生危險條件到需求維護動作的間隔時間很長如大于 l0min),支配員來得及進展干涉，否那么維護系統(tǒng)從觸發(fā)到動作

12、完成均為自動，而且維護動作一經觸發(fā)就必需完成； 3必需遵照單一缺點準那么，即單一缺點不會呵斥維護功能的喪失，這在設計上必需思索維護系統(tǒng)具有充分的冗余度。 . 4為探測系統(tǒng)內部缺點及證明系統(tǒng)性能能滿足設計要求，維護系統(tǒng)應設計成能在在役情況下進展定期實驗； 5維護系統(tǒng)有時與控制系統(tǒng)共用一些敏感元件如堆外丈量，此時為了防止控制系統(tǒng)缺點擴展到維護系統(tǒng)，信號必需經過隔離的設備如隔離放大器分別傳送： 6共模缺點對多重冗余的通道要挾很大，抑制的方法是采用電氣隔離如通道電源獨立及實體分隔如A列、B列； 7此外在維護系統(tǒng)中尚需思索維護功能的手動觸發(fā)、通道的旁通等。 .第二章 核電廠儀表和控制系統(tǒng)及其供電設備的平

13、安分級 為保證平安，核電廠遵照以下縱深防御原那么： a)依托設計和制造質量保證電廠在正常工況下不發(fā)生缺點； b依托平安停堆系統(tǒng)將異常瞬態(tài)或事件的影響減到最小; c)依托專設平安設備將事故工況的后果減到最小。 上述a, b是預防事故，要求控制和維護系統(tǒng)設計能保證電廠可靠地正常運轉，或者預防假設始發(fā)事件PIE)或緩解其后果，從而堅持燃料包殼和反響堆冷卻劑系統(tǒng)邊境的完好性。c是事故維護，專設平安設備對放射性的釋放提供最后一道防護。 假設始發(fā)事件： 在設計過程中確定能導致估計運轉事件或事故工況的事件或它們的組合。.1.核電廠儀表和控制系統(tǒng)及其供電設備的平安分級 儀表和控制系統(tǒng)設備按其所在系統(tǒng)功能對電廠

14、平安的重要性分為三類： 平安級(1E)設備; 平安有關的(SR)設備; 非平安重要(NS)設備。 它們的供電設備按其所在系統(tǒng)功能對電廠平安的重要性分為兩類： 平安級設備和非平安重要設備 .2. 核電廠儀表和控制系統(tǒng)分級原那么 通常采用確定論法，即按其執(zhí)行的功能對電廠核平安的重要性分級，不思索失效的概率或緩解效應。 但是在能夠的情況下，也應思索概率論法，即儀表及其供電設備執(zhí)行的功能失效的后果、要求執(zhí)行該功能的頻度和該功能在需求時不能被執(zhí)行的概率，這三個因子的乘積必需低于可接受的程度。 . 1)平安級1E級設備 執(zhí)行下述功能，或對核平安有下述影響的儀表及其供電設備屬核平安級： 預防PIE或緩解PI

15、E后果，例如，反響堆緊急停堆并維持在次臨界形狀，堆芯余熱和平安殼熱量排出，應急堆芯冷卻，平安殼隔離； 假設在需求它們動作呼應PIE時失效拒動，能夠產生嚴重后果； 它們的缺點或誤動作直接導致嚴重后果;為允許支配員干涉以預防事故或緩解事故后果而提供的信息或控制才干；控制放射性釋放。 . 2平安有關的(SR)設備 執(zhí)行下述功能的儀表和控制系統(tǒng)設備屬于核平安有關的： 控制電廠運轉，使得過程變量堅持在運轉限值以內： 其缺點或失效能夠要求平安級系統(tǒng)或設備動作； 在電廠設計基準范圍之內，預防或減輕較小的放射性排放或較小的燃料性能劣化： 記錄或監(jiān)測電廠平安級系統(tǒng)和設備的形狀，向控制室 支配員發(fā)出缺點警告： 減

16、少對平安級系統(tǒng)或設備的性能要求或提高其性能； 為平安級設備和運轉人員提供一個可接受的環(huán)境，例如在電廠有放射性釋放時； PIE的監(jiān)測和報警屬1E級的除外，以降低其頻度; 監(jiān)測可控放射性排出物，堅持放射性物質排放率和排 放總量在允許限值之內，警告核電廠人員現(xiàn)場有大量 放射性物質釋放或有輻照危險。 .3非平安重要NS設備非平安重要儀表及其供電設備對核平安沒有明顯影響。 .3. 對1E級設備的根本要求 (1)功能保證要求;(2)可靠性保證要求;(3)性能保證要求;(4) 耐環(huán)境才干保證要求;(5)質量保證QA和質量控制QC)要求 . 3.1 參數(shù)丈量的根本概念 1.丈量的定義：丈量是利用某種工具并以實

17、驗或計算的方法獲取被測參數(shù)數(shù)值的過程。詳細說，是指被測參數(shù)與預先確定的被測參數(shù)的“單位進展比較，并獲取比值的過程。 2.丈量的根本公式： x = Ux 實踐的關系式應該是 x Ux 第三章 核電廠過程參數(shù)的丈量 .表征被測對象物質屬性客觀存在的量值稱為真值。從顯示元件上得到的被丈量的數(shù)值被稱為測定值。測定值不能夠等于真值，丈量誤差必然存在。絕對誤差相對誤差3.1.1 丈量誤差與精度1丈量誤差 根據丈量誤差的性質，普通可將誤差分為三類： 隨機誤差、系統(tǒng)誤差、粗大誤差.a) 隨機誤差 當對同一丈量值進展多次等精度的反復丈量時，得到一系列不同的丈量值常稱為丈量列，每個丈量值都含有誤差，這些誤差的出現(xiàn)

18、沒有確定的規(guī)律，即前一個數(shù)據出現(xiàn)后，不能預測下一個數(shù)據的大小和方向。但就誤差整體而言，卻明顯具有某種統(tǒng)計規(guī)律。. 隨機誤差是由很多暫時未能掌握或不便掌握的微小要素構成，隨機誤差的存在是不可防止的。就個體而言，隨機誤差是沒有規(guī)律的，無法經過實驗方法消除。 丈量次數(shù)足夠多時，隨機誤差的分布服從一定的統(tǒng)計規(guī)律，可以從實際上來估計隨機誤差對丈量結果的影響。. b) 粗大誤差 由于丈量者的大意所呵斥的誤差。含有粗大誤差的數(shù)值稱為壞值。它是對丈量結果的嚴重歪曲。 此種誤差一旦發(fā)現(xiàn)，這類數(shù)據一定要予以剔除。.C系統(tǒng)誤差 在同一條件下，多次丈量同一丈量值時，誤差的絕對值和符號堅持不變，或者按一定的規(guī)律變化,

19、這類誤差稱為系統(tǒng)誤差。 系統(tǒng)誤差產生的緣由往往是可知的或者是可以掌握的。這類誤差可以經過實驗方法予以消除或經過引入修正值的方法加以更正。.2丈量精度精細度 反復丈量時，丈量結果的分散性。精細度反映了隨機誤差的影響大小。準確度 丈量結果與真值的接近程度，系統(tǒng)誤差的影響程度準確度 系統(tǒng)誤差和隨機誤差綜合影響程度.不精細隨機誤差大不準確系統(tǒng)誤差大 精細隨機誤差小不準確系統(tǒng)誤差大不精細隨機誤差大 準確系統(tǒng)誤差小精細隨機誤差小準確系統(tǒng)誤差小測量精度舉例.3.1.2 丈量儀表的性能 儀表的質量目的(主要引見儀表的計量性能目的 1儀表丈量范圍 儀表在保證規(guī)定準確度的前提下所能丈量的被丈量的區(qū)域稱為儀表的丈量

20、范圍。 儀表的上、下限 在上述一樣條件下儀表所能丈量的被丈量的最高、最低值分別稱為儀表丈量的上限和下限簡稱上、下限，又稱儀表的零位和滿量程值。 儀表的量程 儀表的量程是指丈量范圍上限與下限的代數(shù)差。.2儀表的靈敏度 儀表的靈敏度是指其輸出信號的變化值與對應的輸入信號變化值的比值。用數(shù)學方式表示，在某一點處儀表的靈敏度為式中 S在某一點處儀表的靈敏度； 儀表的輸出信號； x 儀表的輸入信號。求得儀表的靈敏度后留意： 不要把單位丟掉！ ！.3 分辨率 分辨率反映儀表對輸入量微小變化的反響才干。 模擬儀表的分辨率是指使儀表示值產生可察看變化對應輸入量的最小變化值； 數(shù)字儀表的分辨率的定義是使末位數(shù)產

21、生單位變化對應的輸入量的變化值。 對應的輸入量變化值越小，分辨率就越高。從丈量角度看，希望儀表分辨率高些好。.4線性度 線性度反映儀表的輸入一輸出特性曲線與選用的對比直線之間的偏離程度。線性度又稱為非線性誤差。 常用的對比直線有三種情況，對應有三種線性度的表示方式: 1端基線性度 ; 2零基線性度 ; 3最小二乘線性度 . 三種線性度表示法表示a端基線性度；b零基線性度c最小二乘線性度留意：選用的對比直線不同，計算結果不同。. 5儀表的根本誤差 根本誤差 在規(guī)定的正常任務條件下，儀表整個量程范圍內各點示值誤差中絕對值最大的誤差稱為儀表的根本誤差。 普通可用絕對誤差b和援用誤差(b)兩種方式表示

22、。 . 6儀表允許誤差 按計量部門的規(guī)定，儀表廠家保證某一類儀表的根本誤差不超越某個規(guī)定的數(shù)值，此數(shù)值就被稱為儀表的允許誤差允許誤差。 允許誤差也可用絕對誤差與援用誤差兩種方式表示，其符號分別為yu和yu。 留意: 允許誤差是一種極限誤差，在儀表刻度范圍內各點的示值誤差均應保證小于至多等于允許誤差值。 . 7)儀表精度等級 允許誤差yu去掉百分號剩下的數(shù)值就稱為儀表的精度等級或準確度等級，俗稱精度級。 要掌握: 準確度合格的儀表應滿足其根本誤差不大于儀表的允許誤差，能否滿足這一要求是儀表檢定任務的主要義務之一。留意了解：根本誤差、允許誤差和儀表的準確度等級的關系。.8儀表可靠性 隨著現(xiàn)代工業(yè)消

23、費自動化程度的日益提高，丈量儀表的義務不僅是提供準確的讀數(shù)，而且經常是自動化消費過程中的一個組成部分。丈量儀表的缺點會影響控制系統(tǒng)，甚至會導致整個消費安裝的嚴重事故。衡量檢測儀表的可靠性還沒有專門的尺度，目前以有效性作為可靠性目的，即 .9儀表的動態(tài)特性 動態(tài)特性是指儀表跟蹤丈量隨時間變化的才干。普通用被丈量初始值為零作階躍變化時，儀表的示值隨時間變化所顯示的時間特性來評價。10儀表的穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是指丈量儀表表示值不隨時間和運用條件變化的性能。. 3.1.3 丈量系統(tǒng)的組成 環(huán)節(jié)間的聯(lián)絡 1-被測對象；2-敏感元件；3-變換元件；4-顯示或控制部件；5-傳送元件.舉例1: 一塊溫度表，丈量范

24、圍01000，0.5級準確度，滿量程指針總位移為200 mm，對該表檢定結果如下所示。求：1各示值的絕對誤差及相對誤差；2儀表的根本誤差，該儀表合格否？3儀表的平均靈敏度。 被檢表讀數(shù) 0，100，200，300，400，500，600，700，800，900，1000規(guī)范表讀數(shù) 0，99，202，304，398，502，604， 705，800，895，1000.舉例2: 知某溫度儀表的的測溫范圍為200600，儀表刻度盤上小圓圈內標有1.0數(shù)字，試問該儀表的準確度等級、允許誤差各為多少？儀表最大允許示值誤差為多少攝氏度？對上述溫度表進展校驗時，在各校驗點上的數(shù)值如下表所示： 儀表示值 200，300，400，500，600 規(guī)范表示值 正 200，301，399，498，601 反 200，300，398，497，601 根據校驗記錄，計算該表的根本誤差和變差？判別該表能否合格？ .3.2 核電廠過程參數(shù)儀表的功能 核電廠中有放射