核电机组一次调频系统投退控制方法及系统与流程

1.本发明涉及一次调频技术领域，尤其涉及一种核电机组一次调频系统投退控制方法及系统。


背景技术：

2.一次调频系统属于核电机组正常运行重要组成部分，由于其幅度和触发频率的随机性，以及瞬态初始反应堆所处状态的不确定性，机组在不适宜的情况下参与一次调频可能使反应堆的主要参数偏离稳态运行点，导致机组安全裕量降低，威胁机组长期安全运行。
3.在相关技术中，某些核电机组中的一次调频系统的投运和退出仍依赖于操作员的手动控制，这大大增加了操纵员的负担，并带来了人因失误的风险。某机组已发生过操作员误操作一次调频死区投退控件造成机组参数波动、发生运行瞬态故障的情况。另外，手动退出一次调频系统对操作员的技术能力和运行经验提出了较高的要求，若操纵员响应不及时，未能及时退出一次调频，可能导致机组超出运行技术规范、跳机跳堆、甚至丧失事故应对能力等情况的发生。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的至少一个缺陷，提供一种核电机组一次调频系统投退控制方法及系统。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电机组一次调频系统投退控制方法，包括以下步骤：
6.s1、在机组的一次调频系统处于投运的状态下，获取所述机组的设备状态信息；所述设备状态信息包括主设备状态信息、堆芯状态信息、控制棒状态信息和汽轮机状态信息中的至少一种；
7.s2、根据所述设备状态信息判断所述机组是否具备投运一次调频系统的能力，若是则返回到所述s1，否则生成一次调频退出信号。
8.优选的，在所述s1中，所述主设备状态信息包括机组稳压器压力、机组稳压器水位、蒸汽发生器水位和二回路工作状态中的至少一种。
9.优选的，在所述s2中，根据所述设备状态信息判断所述机组是否具备投运一次调频系统的能力，包括：
10.在所述机组稳压器压力超出第一设定范围、所述机组稳压器水位超出第二设定范围、所述蒸汽发生器水位超出第三设定范围或所述二回路工作状态处于异常工况时，判定所述机组不具备投运一次调频系统的能力；其中，所述异常工况包括汽水分离再热器系统甩负荷、电动主给水泵系统甩负荷和机组转速测量通道故障中的至少一种。
11.优选的，在所述s1中，所述堆芯状态信息包括反应堆冷却剂温度数据、燃料包壳状态数据和燃料芯块状态数据中的至少一种；其中，所述反应堆冷却剂温度数据包括若干用于表征不同环路中的冷却剂温度的冷却剂平均温度；所述燃料包壳状态数据包括若干用于
表征燃料包壳温度的第一检测数据；所述燃料芯块状态数据包括若干用于表征燃料芯块温度的第二检测数据。
12.优选的，在所述s2中，根据所述设备状态信息判断所述机组是否具备投运一次调频系统的能力，包括：
13.在任一所述冷却剂平均温度的最小值校正后与第一参考值的差小于第一设定阈值、任一所述冷却剂平均温度的最大值大于第二设定阈值、任一所述冷却剂平均温度与所述第一参考值的差小于第三设定阈值、任一所述冷却剂平均温度与所述第一参考值的差大于第四设定阈值、任一所述第一检测数据与第一设定保护值的差值大于第一安全裕量或任一所述第二检测数据与第二设定保护值的差值大于第二安全裕量时，判定所述机组不具备投运一次调频系统的能力。
14.优选的，在所述s1中，所述控制棒状态信息包括棒组实时行程、棒组限制指令和棒组工作模式中的至少一种。
15.优选的，在所述s2中，根据所述设备状态信息判断所述机组是否具备投运一次调频系统的能力，包括：
16.在所述棒组实时行程位于设定调节带上限、所述棒组实时行程位于行程最高位、所述棒组实时行程与设定行程存在偏差、所述棒组实时行程位于设定低行程限制位、所述棒组限制指令为禁止手动及自动提棒或所述棒组工作模式为非自动工作模式，判定所述机组不具备投运一次调频系统的能力。
17.优选的，在所述s1中，所述汽轮机状态信息包括汽轮机运行模式、汽轮机阀门状态、汽轮机瞬时状态和汽轮机输出频率中的至少一种。
18.优选的，在所述s2中，根据所述设备状态信息判断所述机组是否具备投运一次调频系统的能力，包括：
19.在所述汽轮机运行模式为负荷开环模式、所述汽轮机阀门状态处于调阀限制状态、所述汽轮机瞬时状态处于瞬时扰动状态或所述汽轮机输出频率与电网频率的差大于第五设定阈值时，判定所述机组不具备投运一次调频系统的能力。
20.优选的，所述核电机组一次调频系统投退控制方法还包括：
21.s3、在获取到所述一次调频退出信号后，控制所述一次调频系统退出。
22.优选的，所述核电机组一次调频系统投退控制方法还包括：
23.s4、在获取到投运指令时，判断所有生成所述一次调频退出信号的条件是否均失效，若是则投运所述一次调频系统，否则禁止投运所述一次调频系统。
24.本发明还构造了一种核电机组一次调频系统投退控制系统，包括：
25.信息获取单元，用于在机组的一次调频系统处于投运的状态下，根据获取指令获取所述机组的设备状态信息；所述设备状态信息包括主设备状态信息、堆芯状态信息、控制棒状态信息和汽轮机状态信息中的至少一种；
26.信号生成单元，用于根据所述设备状态信息判断所述机组是否具备投运一次调频系统的能力，并在判定所述机组具备投运一次调频系统的能力时，生成所述获取指令，还在判定所述机组不具备投运一次调频系统的能力时，生成一次调频退出信号。
27.优选的，所述核电机组一次调频系统投退控制系统还包括：
28.退出控制单元，用于在接收到所述一次调频退出信号后，控制所述一次调频系统
退出。
29.优选的，所述核电机组一次调频系统投退控制系统还包括：
30.投运控制单元，用于在获取到投运指令时，若所有生成所述一次调频退出信号的条件均失效，则投运所述一次调频系统，若存在至少一个生成所述一次调频退出信号的条件未失效，则禁止投运所述一次调频系统。
31.本发明至少具有以下有益效果：提供一种核电机组一次调频系统投退控制方法，包括：在机组的一次调频系统处于投运的状态下，获取机组的设备状态信息，并基于设备状态信息确定机组不具备投运一次调频系统的能力后，生成一次调频退出信号，进而使一次调频系统及时自动退出，降低人因失误风险，并且本发明触发一次调频退出信号的条件全面、准确、有效，从而降低了核电机组出现跳机跳堆等非预期故障事件发生的概率，有效增强机组的运行稳定性和可靠性。
附图说明
32.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
33.图1是本发明提供的核电机组一次调频系统投退控制方法的流程图一；
34.图2是本发明提供的生成一次调频退出信号的逻辑图；
35.图3是本发明提供的核电机组一次调频系统投退控制方法的流程图二；
36.图4是本发明提供的核电机组一次调频系统投退控制系统的结构示意图。
具体实施方式
37.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
38.参考图1，本发明构造了一种核电机组一次调频系统投退控制方法，包括步骤s1和步骤s2。
39.步骤s1包括：在机组的一次调频系统处于投运的状态下，获取机组的设备状态信息；设备状态信息包括主设备状态信息、堆芯状态信息、控制棒状态信息和汽轮机状态信息中的至少一种。
40.步骤s2包括：根据设备状态信息判断机组是否具备投运一次调频系统的能力，若是则返回到s1，否则生成一次调频退出信号。
41.在一些实施例中，步骤s1中的主设备状态信息包括机组稳压器压力、机组稳压器水位、蒸汽发生器水位和二回路工作状态中的至少一种。
42.进一步地，在一些实施例中，参考图2，在步骤s2中，根据设备状态信息判断机组是否具备投运一次调频系统的能力，包括：在机组稳压器压力超出第一设定范围、机组稳压器水位超出第二设定范围、蒸汽发生器水位超出第三设定范围或二回路工作状态处于异常工况时，判定机组不具备投运一次调频系统的能力；其中，异常工况包括汽水分离再热器系统甩负荷、电动主给水泵系统甩负荷和机组转速测量通道故障中的至少一种。
43.具体的，当机组的主设备处于不稳定运行状态时，可能会导致参与一次调频的重要参数出现波动，该波动可能会降低一次调频的可靠性，因此此时应退出一次调频功能。以机组稳压器压力为例，当机组稳压器压力大于第一设定范围的上限值或小于第一设定范围
的下限值时，说明机组稳压器可能因故障、受到外部干扰或处于特殊工况等原因导致机组的工作不稳定，若此时进行一次调频，轻则导致影响一次调频的稳定性和准确性，重则导致跳机跳堆等故障事件发生，因此此时应禁止一次调频系统投运。同理，当机组稳压器水位和蒸汽发生器水位超出设定范围，以及二回路工作状态处于异常工况时，也能说明机组处于工作不稳定状态。
44.在一些实施例中，步骤s1中的堆芯状态信息包括反应堆冷却剂温度数据、燃料包壳状态数据和燃料芯块状态数据中的至少一种；其中，反应堆冷却剂温度数据包括若干用于表征不同环路中的冷却剂温度的冷却剂平均温度；燃料包壳状态数据包括若干用于表征燃料包壳温度的第一检测数据；燃料芯块状态数据包括若干用于表征燃料芯块温度的第二检测数据。
45.进一步地，在一些实施例中，参考图2，在步骤s2中的根据设备状态信息判断机组是否具备投运一次调频系统的能力，包括：在任一冷却剂平均温度的最小值校正后与第一参考值的差小于第一设定阈值、任一冷却剂平均温度的最大值大于第二设定阈值、任一冷却剂平均温度与第一参考值的差小于第三设定阈值、任一冷却剂平均温度与第一参考值的差大于第四设定阈值、任一第一检测数据与第一设定保护值的差值大于第一安全裕量或任一第二检测数据与第二设定保护值的差值大于第二安全裕量时，判定机组不具备投运一次调频系统的能力。其中，第一设定阈值、第三设定阈值和第四设定阈值可以为2℃，第二设定阈值可以为310.83℃。
46.在一些实施例中，冷却剂平均温度中的最小值进行校正过程为：将冷却剂平均温度中的最小值加上校正温度。
47.具体的，在某核电厂中，反应堆包括3条环路，每条环路均使用冷却剂对其进行降温；当汽轮机的负荷过快升高时，会导致冷却剂平均温度低，可能会出现停机信号，若冷却剂平均温度继续降低，会出现中子注量率畸变和冷却剂平均温度过低的风险；相反，当汽轮机的负荷过快降低时，会导致冷却剂平均温度高，可能会出现中子注量率畸变和冷却剂平均温度过高的风险；因此，为了确保使一次调频能够稳定、可靠地进行，在任一环路的冷却剂平均温度过高或过低，以及冷却剂平均温度与设定温度值相差过大时，机组应退出一次调频；
48.任一第一检测数据过高(对应为其与第一设定保护值的差值大于第一安全裕量的情况)时，有可能导致反应堆出现偏离泡核沸腾，进而使燃料包壳烧毁；而任一第二检测数据过高(对应为其与第二设定保护值的差值大于第二安全裕量的情况)，则有可能导致芯块熔化而引起包壳损毁。并且在进行一次调频时，可能会引起反应堆平均温度、中子注量率和一回路压力变化，这些参数的变化与第一、第二检测数据密切相关，若出现第一或第二检测数据过高的情况，最终可能会使燃料包壳烧毁或燃料芯块熔化，因此，为了避免出现这些情况，在任一第一检测数据或第二检测数据过高时，机组应退出一次调频。
49.在一个优选实施例中，第一检测数据包括多个温度测量点采集到的燃料包壳温度值，第二检测数据包括多个温度测量点采集到的燃料芯块温度值。
50.进一步地，在一些实施例中，第一检测数据和第二检测数据还可以为各环路的输入、输出口的温差值，以通过各环路的输入及输出口的温差值来表征燃料包壳和燃料芯块的状态，可以理解的，第一检测数据和第二检测数据为相同的数据，虽然在该实施例中，第
一检测数据和第二检测数据无法直接表征出燃料包壳和燃料芯块的温度，但这种采样方式实现手段相对简单。另外，第一设定保护值、第二设定保护值、第一安全裕量和第二安全裕量可以根据工程需求进行设定。
51.在一些实施例中，步骤s1中的控制棒状态信息包括棒组实时行程、棒组限制指令和棒组工作模式中的至少一种。
52.进一步地，在一些实施例中，参考图2，步骤s2中的根据设备状态信息判断机组是否具备投运一次调频系统的能力，包括：在棒组实时行程位于设定调节带上限、棒组实时行程位于行程最高位、棒组实时行程与设定行程存在偏差、棒组实时行程位于设定低行程限制位、棒组限制指令为禁止手动及自动提棒或棒组工作模式为非自动工作模式，判定机组不具备投运一次调频系统的能力。
53.具体的，棒组可以包括r棒组和g棒组；在r棒组和g棒组的升降或插入被限制时，若此时进行一次调频很可能导致中子注量率畸变，此时机组应退出一次调频，停止汽轮机的负荷变化。在棒组实时行程位于设定调节带上限时，而棒组原则上是不允许超限操作的(调节超出设定调节带的情况)，应退出一次调频；同理，在棒组实时行程位于行程最高位时，说明棒组已没有继续提棒的余量，应退出一次调频；在棒组实时行程与设定行程存在偏差，说明棒组或棒组控制系统可能出现了故障，应退出一次调频；在棒组实时行程位于设定低行程限制位时，说明棒组的调节受限制，为避免与一次调频是控制产生冲突而导致非预期故障，应退出一次调频，进一步的，在一些实施例中，设定低行程限制位可以为第二低行程位(第一低行程位为棒组的最低行程位，可以理解的，第二低行程位比第一低行程位仅高一位)；在棒组限制指令为禁止手动及自动提棒时，说明棒组已被禁止操作，此时一次调频受限，应退出一次调频；在棒组工作模式为非自动工作模式时，一次调频对棒组的控制受限，应退出一次调频。
54.在一些实施例中，步骤s1中的汽轮机状态信息包括汽轮机运行模式、汽轮机阀门状态、汽轮机瞬时状态和汽轮机输出频率中的至少一种。
55.进一步地，在一些实施例中，参考图2，步骤s2中的根据设备状态信息判断机组是否具备投运一次调频系统的能力，包括：在汽轮机运行模式为负荷开环模式、汽轮机阀门状态处于调阀限制状态、汽轮机瞬时状态处于瞬时扰动状态或汽轮机输出频率与电网频率的差大于第五设定阈值时，判定机组不具备投运一次调频系统的能力。
56.具体的，负荷开环模式主要目的是保证机组运行稳定，而一次调频可能造成不必要的扰动，因此，在汽轮机运行模式处于负荷开环模式时，应退出一次调频；在汽轮机阀门状态处于调阀限制状态时，汽轮机调节有功功率的能力受限，应退出一次调频；在汽轮机瞬时状态处于瞬时扰动状态时，如汽轮机出现甩负荷现象，为了避免参与一次调频的主要参数波动，影响一次调频的可靠性，应退出一次调频汽轮机输出频率与电网频率的差大于第五设定阈值时，此时一次调频对频率校正已超出了汽轮机的调节能力极限，因此应退出一次调频，其中，第五设定阈值可以结合转速不等率和反应堆的调节能力取值，可选的，第五设定阈值可以为0.2hz。
57.可以理解的，在本实施例中，只要如图2所示的任一条件成立，均会生成一次调频退出信号，因此这些条件可以互相任意组合，考虑到不同核电机组的运行参数、系统配置等不尽相同，这些退出调节、监测参数和设计限值选取可以依据机组运行的实际要求进行调
整。
58.在一些实施例中，如图3所示，该核电机组一次调频系统投退控制方法还包括：步骤s3：在获取到一次调频退出信号后，控制一次调频系统退出。
59.为了保证一次调频系统能够稳定运作，在重新投用时，应确保所有失效故障已排除，机组具备投运一次调频系统的能力，在一些实施例中，如图3所示，该核电机组一次调频系统投退控制方法还包括：步骤s4：在获取到投运指令时，判断所有生成一次调频退出信号的条件是否均失效，若是则投运一次调频系统，否则禁止投运一次调频系统。其中，工作人员可以向系统输入投运指令。
60.参考图4，本发明还构造了一种核电机组一次调频系统投退控制系统，包括信息获取单元1和信号生成单元2。
61.信息获取单元1用于在机组的一次调频系统处于投运的状态下，根据获取指令获取机组的设备状态信息；设备状态信息包括主设备状态信息、堆芯状态信息、控制棒状态信息和汽轮机状态信息中的至少一种。
62.信号生成单元2用于根据设备状态信息判断机组是否具备投运一次调频系统的能力，并在判定机组具备投运一次调频系统的能力时，生成获取指令，还在判定机组不具备投运一次调频系统的能力时，生成一次调频退出信号。
63.在一些实施例中，如图4所示，该核电机组一次调频系统投退控制系统还包括退出控制单元3。退出控制单元3用于在接收到一次调频退出信号后，控制一次调频系统退出。
64.在一些实施例中，如图4所示，该核电机组一次调频系统投退控制系统还包括投运控制单元4。投运控制单元4用于在获取到投运指令时，若所有生成一次调频退出信号的条件均失效，则投运一次调频系统，若存在至少一个生成一次调频退出信号的条件未失效，则禁止投运一次调频系统。
65.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
66.可以理解的，实施本发明可以根据设备状态信息判断机组是否具备投运一次调频系统的能力，在判定机组不具备投运一次调频系统的能力时，生成一次调频退出信号，使一次调频系统及时自动退出，降低人因失误风险，并且本发明触发一次调频退出信号的条件全面、准确，有效降低了核电机组出现跳机跳堆等非预期故障事件发生的概率，增强机组的运行稳定性和可靠性。
67.可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。