压水堆核电机组全仿真系统建模与分析.pdf

第29卷第4期东南大学学报Vol129No14

1999年7月JOURNALOFSOUTHEASTUNIVERSITYJuly1999

压水堆核电机组全仿真系统建模与分析

葛斌

(东南大学动力工程系,南京210096)

摘要介绍了压水堆核电机组全范围仿真系统模型的建立,列举了模型中的堆芯
物理模型、基本守恒方程和热力系统流体网络的求解方法.该模型已成功地用于秦山
300MW核电机组全范围仿真机.测试表明,仿真结果与现场测试值完全一致,模型能
够正确反映目标机组的特性.
关键词压水堆核电机组;仿真模型;特性
分类号TL33

核电机组全范围仿真系统对于核电站操纵员和管理人员的培训,实现正常启停操作、异常
工况处理和提高对故障的应变能力非常重要.而系统模型的建立对于全范围实时仿真系统的
有效运行尤为关键.压水堆核电机组是一个非常庞大的运行系统,涉及核岛(反应堆、热工水
力)、常规岛(蒸汽发电系统)、电站辅助系统和控制保护系统等,各种变量(包括数字量、模拟
量)多达数万个.对这样复杂的目标系统,采用了标准化模块设计,如图1所示1
在仿真系统研制中,按物理流程与
计算方法结合,将上述4个模块划分为
28个分系统,每个分系统根据物理量的
类型和计算速率进一步划分为若干个主
模块,每个主模块由若干个功能模块构
成,每个功能模块又由若干个基本模块
或子程序构成.再选择合适的算法,安排图1仿真模型结构
合理的帧时,协调模块接口时序,对于再
现目标系统的动静态特性提供了保证.
本文以秦山300MW核电机组全范围实时仿真系统为例,对核岛、常规岛中关键模型及其
算法作简要介绍,并列举系统瞬态测试中两项重要结果进行分析,控制保护和辅助系统不作讨
论.
1模型简介

111核岛模

堆芯物理模型采用快群与热群二群扩散方程,同时根据堆芯物理结构将121组元件作为

收稿日期:1998-12-08.第一作者:男,1953年生,硕士,高工.
第4期葛斌:压水堆核电机组全仿真系统建模与分析145

121个径向节点,轴向分成12个节点,沿x,y,z方向展开三维计算,并带6组缓发中子,写成便
于求解的形式如下:

Φ1(x,y,z,t)=T1(x,y,z,t).Ψ1(x,y,z,t)(1)

Φ2(x,y,z,t)=T2(x,y,z,t).Ψ2(x,y,z,t)(2)

5Cl(x,y,z,t)
=β[υΣΦ(x,y,z,t)+υΣΦ(x,y,z,t)-
5t1111222

λ1Cl(x,y,z,t)]l=1,2,3,⋯,6(3)

式中,Φ1为快中子通量;Φ2为热中子通量;Σ1为快中子移动截面,其中包括中子吸收截面;

Σ2为热中子吸收截面;βl为缓发中子份额;λ1为衰变常数;υ1,υ2为每次裂变产生的中子数;

Cl为缓发中子先驱核平均浓度;T为振幅函数;Ψ为归一化形状函数.
上述方程基于以下假设:快中子和热中子的平均速度与时间和空间无关;中子参数(例如
各种截面等)可以在一个节点内处理成平均;从热群到快群的扩散可以不计.
在迭代计算中,利用了Ψ比T慢的特点.堆芯物理模型能反映正常工况、异常工况包括故
障工况下各种反应性、堆芯功率分布,其结果与目标电厂的堆内外测量值能较好的符合.

112常规岛模型
11211流体网络
常规岛的蒸汽、给水系统的模型建立在质量、能量和动量守恒的基础上,根据NBSPNRC蒸
汽性质表进行参数计算.无论是蒸汽系统还是给水系统,实际上都是复杂的流体网络.考虑流
体的压力、流量与焓、温特性的差异,在模型中将其网络分成2个通道进行分别计算.现仅以最
简单的单相不可压流体网络数值求解的方法介绍如下:
泵的转速与出口压力是根据泵特性曲线进行仿真.
22
P=a0N+a1NF+a2F(4)

式中,P为泵的出口压力;N为泵的标幺化转速;F为通过泵的流量;a0,a1,a2由泵的特性
曲线确定的常数,通常用最小二乘法来计算.
通过管道阀门的流量进行线性化处理后可写成

F=KaV[(Psouce-Psink)](Psouce-Psink)1](5)

式中,V为管道上的有效阀位;Ka为导纳;P为节点压力;下标1为上一次的计算值.
对于网络中的每一个压力点,应用质量守恒方程

∑Fi=0(6)
对于m个压力点,n条流道,形成一个m×n矩阵
[A]×[X]=[C](7)
式中,[A]为系数矩阵;[X]为未知量由P;F构成的矩阵;[C]为已知值的系数阵.逆止阀在模
型中也作了考虑,凡通过逆止阀的流体具有单向性.
为了便于流网系统开发和调试,采用快速稀疏阵求解,继而采用了图形化建模,使热力系
统设计或仿真人员仅需要用鼠标就可建立整个系统的仿真程序,为我国仿真技术的发展揭开
了新的一页.
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11212非平衡两