一种核电机组电出力监测与诊断系统的制作方法

本发明涉及核能发电领域。

背景技术：

随着化石燃料的日益减少，以及环保需求的日益提高，火力发电在我国的占比逐渐减少，核能发电的比重开始逐渐提高。

核电机组的常规岛部分与火电机组差别不大，都是蒸汽轮机带动发电机产生电能，但其主蒸汽的提供来自于核岛的蒸汽发生器，而火电机组的主蒸汽是来自锅炉。火电机组的锅炉设计时往往留有一定富裕量，这样在气候等因素变化时(例如夏季真空变差)，锅炉仍能够提供足够的热量(蒸汽量)以保证汽轮发电机组的电出力达到额定值；而核岛的蒸汽发生器，出于核安全的考虑，不能超过100％热功率运行，这样在气候等因素变化时，汽轮机发电机组的出力就达不到额定功率。由此可见，核电机组的电出力(电功率)是直接反应机组运行状态、性能的关键指标。

但是，影响核电机组电出力的因素有很多，例如核岛热功率、汽轮机效率、凝汽器真空(海水温度)、系统运行方式等等，并且这些因素的影响相互交织、错综复杂。这样在日常运行时，机组的出力如果没达到额定值，仅凭技术人员的经验是很难确定具体是由哪一种因素或哪几种因素造成的，更无法定量的确定计算核电机组运行参数对机组电出力的影响的百分数，无法对运行操作、系统检修等进行指导。

技术实现要素：

本发明是为了能够实时采集核电机组运行数据，计算核电机组运行参数对机组电出力的影响，为机组的运行和检修提供指导的目的，提出了一种核电机组电出力监测与诊断系统。

本发明所述一种核电机组电出力监测与诊断系统，该系统包括数据采集模块1、数据处理模块2、计算诊断模块3和结果输出模块4；

数据采集模块1用于采集核电机组的运行参数；并将采集的参数发送至数据处理模块2；

数据处理模块2用于利用仪表误差参数和仪表设置位置对数据采集模块1发送的参数进行预处理，并利用数据历史趋势、相近点对比分析和数据阶跃速率，判断预处理后的参数是否存在异常，对异常数据进行剔除，将剔除异常数据后的参数发送至计算诊断模块3；

计算诊断模块3用于利用数据处理模块2发送的参数与核电机组标准参数值计算分析核电机组运行参数偏差，并计算所述核电机组运行参数偏差对核电机组输出功率的影响；并将核电机组运行参数偏差对电功率的影响发送至结果输出模块4；

结果输出模块4用于对计算诊断模块3发送的核电机组运行参数偏差对电功率的影响以饼状图的方式进行显示。

本发明的优点：本发明适用于核电机组的电出力监测与诊断，利用参数仪表的修正误差对采集的数据进行修正，并利用历史趋势曲线对采集的曲线进行异常数据筛选与剔除，这样保证了数据的准确性，同时采用采集的参数与核电机组标准参数值计算出核电机组运行参数偏差对电功率的影响，便于在核电机组输出的电功率出现异常时，判断影响因素，便于及时进行运行调整和设备检修，保证核电机组的输出电功率。

附图说明

图1是本发明所述核电机组电出力监测与诊断系统的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种核电机组电出力监测与诊断系统，该系统包括数据采集模块1、数据处理模块2、计算诊断模块3和结果输出模块4；

数据采集模块1用于采集核电机组的运行参数；并将采集的参数发送至数据处理模块2；

数据处理模块2用于利用仪表误差参数和仪表设置位置对数据采集模块1发送的参数进行预处理，并利用数据历史趋势、相近点对比分析和数据阶跃速率，判断预处理后的参数是否存在异常，对异常数据进行剔除，将剔除异常数据后的参数发送至计算诊断模块3；

计算诊断模块3用于利用数据处理模块2发送的参数与核电机组标准参数值计算分析核电机组运行参数偏差，并计算所述核电机组运行参数偏差对核电机组输出功率的影响；并将核电机组运行参数偏差对电功率的影响发送至结果输出模块4；

结果输出模块4用于对计算诊断模块3发送的核电机组运行参数偏差对电功率的影响以饼状图的方式进行显示。

进一步地，本实施方式中，数据采集模块1包括压力数据采集模块1-1、温度数据采集模块1-2、湿度数据采集模块1-3、流量数据采集模块1-4和电功率数据采集模块1-5；

压力数据采集模块1-1用于采集核电机组中压力变送器的压力参数；

温度数据采集模块1-2用于采集核电机组中温度表的温度参数；

湿度数据采集模块1-3用于采集核电机组中主蒸汽湿度参数；

流量数据采集模块1-4用于采集核电机组中流量表的流量参数；

电功率数据采集模块1-5用于采集核电机组中电能表的功率参数。

由于主蒸汽湿度无法在线测量，因此湿度数据采集模块1-3对湿度数据的采集，采用的是人机对话的方式，由人工手动录入最近一次湿度携带试验结果；除湿度数据以外，其它数据均采用摄像头拍摄电厂运行监控系统(dcs)画面，然后通过人工智能识别后获取，与电厂运行监控系统(dcs)完全物理隔离，实现“零接触”，以保证运行监控系统的安全性，进而保证核电机组运行的安全性。

进一步地，本实施方式中，数据处理模块2包括压力预处理模块2-1、仪表修正模块2-2、数据筛选模块2-3和平均值计算模块2-4；

压力预处理模块2-1用于接收压力数据采集模块1-1采集的核电机组中所有压力变送器的压力参数，并将接收的压力参数中的表压参数转换为绝对压力参数，并根据每个压力变送器的安装位置与测量基准点的高度差，对压力变送器的绝对压力参数进行修正，并将修正后的绝对压力参数数据发送至仪表修正模块2-2；

仪表修正模块2-2利用每个压力变送器的标准测量误差将核电机组中所有压力变送器的绝对压力进行误差修正处理；

利用温度表的标准测量误差对温度数据采集模块1-2采集的温度表的温度参数进行误差修正；

利用湿度测量方法的标准测量误差对湿度数据采集模块1-3采集的主蒸汽湿度参数进行误差修正；

利用流量表的标准测量误差对流量数据采集模块1-4采集的流量表的流量参数进行误差修正；

利用电能表的标准测量误差对电功率数据采集模块1-5采集的电能表的功率参数进行误差修正；

并将误差修正后的绝对压力参数、误差修正后的温度参数、误差修正后的湿度参数、误差修正后的流量参数和误差修正后的功率参数发送至数据筛选模块2-3；

本实施方式中，所述的标准测量误差为测量仪表测量值与实际值之间误差，每个仪器仪表均应在法定计量单位进行检定，检定证书上具有该仪表的测量误差；本实施方式中的修正，为将仪表的测量误差加载至测量值上，获得实际值。

数据筛选模块2-3用于利用数据历史趋势、相近点对比分析和数据阶跃速率，分别判断接收的误差修正后的绝对压力参数、误差修正后的温度参数、误差修正后的湿度参数、误差修正后的流量参数和误差修正后的功率参数是否存在异常参数；

当误差修正后的绝对压力参数、误差修正后的温度参数、误差修正后的湿度参数、误差修正后的流量参数或误差修正后的功率参数中任意一项参数中存在异常参数时，发出报警信号，并剔除异常参数，将剔除异常参数后的所有参数均发送至计算诊断模块3。

本实施方式中所述的参数异常，为测量元件故障、接线松动等情况时，测量的数据会发生异常。预处理修正压力值的获取方法为：通过加法器使修正压力值与实测大气压力值相加，从而得到绝对压力值；若压力变送器的安装位置高于压力取样点，则通过加法器使绝对压力值与高差压力值相加，从而得到预处理修正压力值；

若压力变送器的安装位置低于压力取样点，则通过减法器使绝对压力值与高差压力值相减，从而得到预处理修正压力值；

其中，高差压力值为压力变送器与压力取样点位置之间的高度换算出的压力值，高差压力值用p表示，且p＝ρgh，其中，ρ为水密度，g为重力加速度，h为压力变送器与压力取样点位置之间的高度。

数据筛选模块2-3中数据筛选的原则主要根据数据历史趋势、相近点对比分析、数据阶跃速率进行判断，当数据与相近点偏差超过±20％，且发生过与偏差同方向、幅度10％及以上阶跃的情况，判断数据存在异常。

进一步地，数据处理模块2还包括平均值计算模块2-4；

平均值计算模块2-4用于根据核电机组的系统仪表位置，对数据筛选模块2-3发送的数据中，测量同一参数的多个仪表的数据进行求平均值计算，进一步减小误差，将计算的平均值和未进行平均值计算的参数均发送至计算诊断模块3。

本实施方式中，所述计算平均值的参数为多个仪器仪表测量的一个参数，在数据处理中为了减少重复计算和进一步减少误差，对多个仪器仪表测量的一个参数，将所述多个仪器仪表检测的数据求和后求平均值，再发送至计算诊断模块3，当一个参数只有一个仪器仪表测量时，无需求平均值，直接发送至计算诊断模块3即可。

本实施方式中，平均值计算模块2-4进行算术平均值计算的公式为：x表示压力、温度、流量或电功率，n为同一参数所用仪表个数。

进一步地，计算诊断模块3包括功率修正模块3-1和参数偏差诊断模块3-2；

功率修正模块3-1用于利用数据处理模块2发送的参数和核电机组的标准输出功率，计算核电机组输出功率的总偏差；并将计算获得的核电机组输出功率的总偏差发送至参数偏差诊断模块3-2；

参数偏差诊断模块3-2利用核电机组输出功率的总偏差和数据处理模块2发送的参数，根据已知的核电机组运行参数对核电机组输出功率影响的修正曲线，获得数据处理模块2发送的参数对核电机组电输出功率的影响。

进一步地，功率修正模块3-1计算核电机组输出功率的总偏差的具体方法为：

通过公式(1)计算修正后电功率powere_c：

式中，powere_c为修正后电功率(单位mw)，powere_m为实测电功率(单位mw)，powert_d为核电机组标准热功率；(单位mw)，机组标准热功率源于厂家说明书；powert_m为实测热功率(单位mw)；

powert_m＝(gms×hms+gbd×hbd-gfw×hfw)/3600(2)

式中，gms、gbd、gfw分别为主蒸汽流量、蒸汽发生器连续排污流量和给水流量(t/h)；hms为主蒸汽焓(kj/kg)，主蒸汽焓利用主蒸汽压力和主蒸汽湿度进行焓的计算获得，具体采用ifc国际公式化委员会“水和蒸汽性质计算公式”实现。

hbd、hfw分别为蒸汽发生器连续排污焓(kj/kg)、给水焓；通过利用蒸汽发生器连续排污压力、蒸汽发生器连续排污温度，给水压力和给水温度进行焓的计算获得，具体采用ifc国际公式化委员会“水和蒸汽性质计算公式”计算实现。

核电机组的标准输出功率与核电机组的输出功率的偏差，即电功率的总偏差为：

δpower＝powere_d-powere_c。(3)

进一步地，参数偏差诊断模块3-2包括汽轮机参数偏差诊断模块3-2-1、加热器参数偏差诊断模块3-2-2和机组补水及排污诊断模块3-2-3；

汽轮机参数偏差诊断模块3-2-1用于计算分析汽轮机参数偏差对核电机组输出功率的影响：所述汽轮机参数包括主蒸汽压力、主蒸汽湿度、汽轮机排汽压力；

利用公式(4)计算汽轮机参数对电功率影响的百分比：

式中，δpower(i)为第i个参数对电功率的影响百分比(％)，i为汽轮机参数，i为1、2或3；1为主蒸汽压力，2为主蒸汽湿度，3为汽轮机排汽压力(真空)；δpower(i)为第i个参数对核电机组输出功率的影响(mw)，所述第i个参数对核电机组输出功率的影响通过参数值在汽轮机厂家提供的相应参数对核电机组输出功率影响的修正曲线中获得；

加热器参数偏差诊断模块3-2-2用于计算分析加热器运行参数偏差(上端差、下端差)对核电机组输出功率的影响：

具体计算方法为：利用公式：

计算获得，式中，δpower(j)为第j个参数对电功率的影响百分比(％)，j为加热器参数，j为1或2；1为加热器上端差，2为加热器下端差；

δpower(j)为第j个参数对核电机组输出功率的影响(mw)，从加热器上端差、下端差对电功率的修正曲线中获得；所述汽轮机标准加热器上端差、下端差对电功率的修正曲线通常由机组厂家提供；

加热器上端差δtup计算方法为：利用公式：

δtup＝t_p(psteam)-tout(6)

计算实现，式中，δtup为加热器上端差(℃)，psteam为加热器进汽压力(mpa)，tout为加热器出口水温度(℃)，t_p()为根据压力求饱和温度的函数，采用ifc国际公式化委员会“水和蒸汽性质计算公式”；

利用公式(7)计算加热器下端差δtdown：

δtdown＝tdrain-tin(7)

式中，tdrain为加热器疏水温度(℃)，tin为加热器进口水温度(℃)。

机组补水及排污诊断模块3-2-3用于计算机组补水率、排污率对核电机组输出功率的影响：

利用公式(8)计算机组补水率、排污率对核电机组输出功率的百分比：

式中，δpower(k)为第k个参数对核电机组输出功率的影响百分比(％)，k为补水及排污参数，k为1或2；1为机组补水率，2为机组排污率；

δpower(k)为第k个参数对电功率的影响(mw)，所述第k个参数对电功率的影响通过汽轮机厂家提供机组补水率、排污率对电功率的修正曲线获得；

补水率计算公式具体为：

式中，rmakeup为核电机组补水率(％)，gmakeup为核电机组补水流量(t/h)；

排污率rbd计算公式具体为：

式中，rbd为机组排污率(％)gbd为机组排污流量(t/h)。

本实施方式中，采用饼状图进行核电机组输出功率影响因素百分比显示时，上述汽轮机参数偏差诊断模块3-2-1、加热器参数偏差诊断模块3-2-2和机组补水及排污诊断模块3-2-3计算的获得的汽轮机参数偏差对核电机组输出功率影响、加热器参数偏差对核电机组输出功率影响和机组补水及排污对核电机组输出功率影响的百分比的和不为1，还有核电机组中其他运行参数的影响，其他运行参数的影响的计算方法为：利用公式：

计算获得，式中，δpower(x)为除上述三类因素以外，其它因素对电功率的影响百分比(％)。

本发明的优点：

(1)本发明数据采集，采用摄像头拍摄电厂运行监控系统(dcs)画面，然后通过人工智能来识别来获取的方式，与电厂运行监控系统(dcs)完全隔离，实现“零接触”，保证了核电厂运行监控系统的安全性。

(2)本发明对采集的数据进行预处理，并将异常数据剔除，提高了数据的准确性，可使诊断结果的计算精度提高15％以上。

(3)本发明对影响电功率因素进行诊断之前，首先将实测电功率修正到设计热功率状态，剔除了非参数偏差对电功率的影响，使诊断结果更科学、合理。

(4)本发明对影响机组电功率的因素进行分类，并将汽轮机厂家的修正曲线内置到系统中，既保证了诊断的准确度，又提高了诊断系统的条理性，使诊断结论清晰、明确，有利于决策者做出判断。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。