压水堆核电站核岛变工况蓄热增量的计算方法技术

本发明专利技术涉及一种压水堆核电站核岛变工况蓄热增量的计算方法。其特点是，包括如下步骤：(1)利用能量守恒原理，建立压水堆核电机组一次冷却剂回路、蒸汽发生器二次侧回路及核反应堆的整体能量平衡方程，分析能量平衡方程得到影响压水堆核电机组核岛变工况蓄热增量的关键变量；(2)对得到的关键变量进行数学建模，利用得到的数学模型计算变工况下所述关键变量对蓄热量的影响量；(3)将全部所述关键变量数学模型的计算值进行求和得到核电机组核岛变工况下蓄热量的增量，至此计算完成。通过本发明专利技术的计算方法，有效的解决了核电机组不具备真机试验的条件下，提供一种可以获得核电机组核岛变工况蓄热增量的计算方法。

Calculating Method of Heat Storage Increment of PWR Nuclear Power Station under Variable Conditions

The present invention relates to a method for calculating the heat storage increment of PWR nuclear power plant under off-design conditions. Its characteristics are as follows: (1) Based on the principle of energy conservation, the overall energy balance equations of primary coolant loop, secondary side loop of steam generator and nuclear reactor of PWR nuclear power unit are established, and the key variables affecting the increment of heat storage in PWR nuclear power unit under off-design conditions are obtained by analyzing the energy balance equation; (2) the key variables are modeled mathematically and used. The obtained mathematical model calculates the influence of the key variables on the heat storage under the off-design conditions; (3) summing up the calculated values of all the key variables to get the increment of the heat storage under the off-design conditions of the nuclear power unit's nuclear island, and the calculation is completed. The calculation method of the present invention effectively solves the problem that the nuclear power unit does not have a real machine test, and provides a calculation method that can obtain the heat storage increment of the nuclear power unit under the off-design condition.

【技术实现步骤摘要】
压水堆核电站核岛变工况蓄热增量的计算方法
本专利技术涉及一种压水堆核电站核岛变工况蓄热增量的计算方法。
技术介绍
随着核电机组装机容量不断增加，在延海电网中所占的比重例越来越大。在某些省份，核电装机容量已经占省内总装机容量的50％以上。现有核电机组均具备一次调频功能，但核电机组本身的特殊性，国内运行的核电机组一次调频死区设置都很大。因此对于核电占比高的电网，其电网的电网安全稳定问题已经非常突出。核电机组在运行时出于安全考虑，提出为了避免核岛内的控制棒的频繁动作，减少参与电网一次调频的要求。核电机组与常规火电机组一样，是将热能转换为电能的过程。但是国内没有针对核电机组的一次调频的能力进行专门的研究。也没有从热力学的角度，研究核电机组核岛蓄热变化量对一次调频的影响，及相关的理论计算与分析。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种压水堆核电站核岛变工况蓄热增量的计算方法，在核电机组不具备真机试验的条件下能够提供一种核电机组核岛变工况蓄热增量的计算方法。一种压水堆核电站核岛变工况蓄热增量的计算方法，其特别之处在于，包括如下步骤：(1)利用能量守恒原理，建立压水堆核电机组一次冷却剂回路、蒸汽发生器二次侧回路及核反应堆的整体能量平衡方程，分析能量平衡方程得到影响压水堆核电机组核岛变工况蓄热增量的关键变量；(2)对得到的关键变量进行数学建模，利用得到的数学模型计算变工况下所述关键变量对蓄热量的影响量；(3)将全部所述关键变量数学模型的计算值进行求和得到核电机组核岛变工况下蓄热量的增量，至此计算完成。步骤(1)中关键变量包括核反应堆冷却剂温度效应导致核功率的增量、蒸汽发生器蓄热增量和一次冷却剂回路蓄热增量。步骤(1)中一次冷却剂回路是指核电站一次冷却剂循环回路，其功能是通过冷却剂循环流动，将堆芯裂变反应产生的热量通过蒸汽发生器内U型换热器传递给蒸汽发生器二次侧给水。其中蒸汽发生器是指利用一次冷却剂回路热量加热二次回路给水的立式自然对流循环蒸汽发生器。其中核反应堆冷却剂温度效应导致核功率的增量是指由于冷却剂温度的变化引起核反应性发生变化，从而导致核功率的变化量。其中对蒸汽发生器蓄热增量进行数学建模，具体是根据能量守恒定律，利用机理分析法建立蒸汽发生器蓄热增量数学模型，具体为：式中：dQz为蒸汽发生器蓄热量增量，Vwx为蒸汽发生器给水下降通道体积，Vwy为蒸汽发生器内U型换热段给水预热段体积，Vh为蒸汽发生器U型换热段给水混合换热段的体积，Vzs为蒸汽发生器水位以上上部气体空间体积，ρwx、ρwy分别为蒸汽发生器给水下降通道、蒸汽发生器内二次侧给水预热段的给水密度并且近似取饱和水密度，hwx、hwy蒸汽发生器给水下降通道、蒸汽发生器内二次侧给水预热段的给水比焓并且均为混合焓，近似取饱和水比焓，ρws、ρs分别为蒸汽发生器内饱和水、饱和蒸汽的密度，hws、hs分别为蒸汽发生器内饱和水、饱和蒸汽的比焓，α为蒸汽发生器U型换热段混合加热段的平均体积含汽率，mqf、mgz分别为蒸汽发生器内汽水分离器、蒸汽干燥器的质量，Cqf、Cgz分别为汽水分离器、干燥器的金属比热容；Ts为蒸汽发生器内饱和蒸汽温度；p为蒸汽发生器出口主蒸汽压力。其中对一次冷却剂回路蓄热增量进行数学建模，具体是根据能量守恒定律，利用机理分析法建立一次冷却剂回路蓄热增量模型，具体为：式中：dQy为一次冷却剂回路蓄热变化量，mg1为一次冷却剂回路内冷却剂质量，Cpg1为一次冷却剂回路内冷却剂定压比热容，mU为U型换热管金属总质量，CU为U型换热管金属定压比热容，Ts为蒸汽发生器内饱和蒸汽温度，p为蒸汽发生器出口主蒸汽压力。其中对核反应堆冷却剂温度效应导致核功率的增量进行数学建模，具体是通过配套的核电站仿真平台进行仿真试验取得数据样本，再利用一元线性回归法，获到反应堆冷却剂平均温度与核功率的一元线性数学模型。进一步的，包括如下步骤：1)设置特定仿真工况平台；2)利用核电站仿真平台做G棒、R棒均为手动条件下的一次调频阶跃试验；3)将每次扰动后的相关测点数据进行转存；4)根据平衡点附近微小摄动的线性化理论，设反应堆冷却剂平均温度-核功率计算模型：G1＝a·Tavg+b；式中：G1为核功率，a为回归系数、b为常数项；5)以步骤2)中获得的测点数据样本，利用一元线性回归方法求得步骤3)中所述系数a和b，从而求得反应堆冷却剂平均温度-核功率计算模型；6)对特定仿真工况平台下不同数据样本求得的所述系数a和b进行加权平均，最终求得某一寿期下的冷却剂平均温度-核功率计算模型7)所述冷却剂平均温度-核功率数学模型对压力求导后可得8)按照给定负荷阶跃，得到蒸汽发生器出口压力变化量dp，将dp代入各关键变量数学模型，通过计算并求和可得到所述压水堆核电站核岛变工况蓄热增量。本专利技术的有益效果为：(1)通过本专利技术的计算方法，有效的解决了核电机组不具备真机试验的条件下，提供一种可以获得核电机组核岛变工况蓄热增量的计算方法；(2)本专利技术的计算方法，可作为得到压水堆核电机组核岛蓄热增量对于一次调频贡献量的理论依据。附图说明附图1为本专利技术计算获得压水堆核电站核岛变工况蓄热增量的流程图。具体实施方式本专利技术通过研究核岛蒸汽发生器、一次回路换热特性及核反应堆特性的基础上，利用能量守恒原理，建立压水堆核电机组一次冷却剂回路、蒸汽发生器二次侧回路及核反应堆的整体能量平衡方程，从而得到在核燃料不同寿期下，可适用于工程计算的核电机组核岛蓄热增量的计算模型，为相关类型的核电机组一次调频能力研究提供了理论依据。本专利技术提供了一种压水堆核电站核岛变工况蓄热增量的计算方法，用于计算压水堆核电机组变工况运行时，一次冷却剂回路和蒸汽发生器二次回路的工质及金属蓄热量的增量，以及核反应堆温度效应引起的核功率的增量。具体是利用能量守恒定律建立核电机组整体能量平衡方程、通过分析能量平衡方程得到影响蓄热的关键变量、利用机理分析及仿真拟合技术建立所述关键变量的数学模型，计算得到所述核岛变工况蓄热增量。本专利技术为了解决上述问题，为相关类型的核电机组一次调频能力研究提供理论依据，提出一种压水堆核电站核岛变工况蓄热增量的计算方法。本专利技术提出的技术方案为：首先，利用能量守恒原理，建立一次冷却剂回路、蒸汽发生器二次侧回路及核反应堆整体能量平衡方程，分析能量平衡方程得到影响蓄热的关键变量；其次，对关键变量进行数学建模；最后，以所得数学模型为依据，计算求得所述压水堆核电站核岛变工况蓄热增量。具体方法及过程如下：1、建立一次冷却剂回路、蒸汽发生器二次侧回路及核反应堆整体能量平衡方程，得到影响蓄热的关键变量根据能量守恒原理，列能量平衡方程：(G1+Gw+dG1)·dt+hw0(D0+dD0)·dt＝hs(Ds+dDs)·dt+dQz+dQy式中：G1为扰动前核岛热功率，Gw为系统与外界的换热量，主要是指一次冷却剂回路循环泵带入的热量，dG1为冷却剂平均温度变化引起的核功率变化量，D0、dD0分别为蒸汽发生器给水流量和给水流量变化量(为简化计算本专利将三台蒸汽发生器视为一台处理)，Ds、dDs分别为蒸汽发生器出口蒸汽流量和蒸汽流量变化量，hw0为蒸汽发生器二次侧给水的焓值，hs为蒸汽发生器出口蒸汽的焓值，dQz为蒸汽发生器蓄热量变化量，dQy为一次冷却剂回路蓄本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压水堆核电站核岛变工况蓄热增量的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)利用能量守恒原理，建立压水堆核电机组一次冷却剂回路、蒸汽发生器二次侧回路及核反应堆的整体能量平衡方程，分析能量平衡方程得到影响压水堆核电机组核岛变工况蓄热增量的关键变量；(2)对得到的关键变量进行数学建模，利用得到的数学模型计算变工况下所述关键变量对蓄热量的影响量；(3)将全部所述关键变量数学模型的计算值进行求和得到核电机组核岛变工况下蓄热量的增量，至此计算完成。

【技术特征摘要】
1.一种压水堆核电站核岛变工况蓄热增量的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)利用能量守恒原理，建立压水堆核电机组一次冷却剂回路、蒸汽发生器二次侧回路及核反应堆的整体能量平衡方程，分析能量平衡方程得到影响压水堆核电机组核岛变工况蓄热增量的关键变量；(2)对得到的关键变量进行数学建模，利用得到的数学模型计算变工况下所述关键变量对蓄热量的影响量；(3)将全部所述关键变量数学模型的计算值进行求和得到核电机组核岛变工况下蓄热量的增量，至此计算完成。2.如权利要求1所述的压水堆核电站核岛变工况蓄热增量的计算方法，其特征在于：步骤(1)中关键变量包括核反应堆冷却剂温度效应导致核功率的增量、蒸汽发生器蓄热增量和一次冷却剂回路蓄热增量。3.如权利要求1所述的压水堆核电站核岛变工况蓄热增量的计算方法，其特征在于：步骤(1)中一次冷却剂回路是指核电站一次冷却剂循环回路，其功能是通过冷却剂循环流动，将堆芯裂变反应产生的热量通过蒸汽发生器内U型换热器传递给蒸汽发生器二次侧给水。4.如权利要求2所述的压水堆核电站核岛变工况蓄热增量的计算方法，其特征在于：其中蒸汽发生器是指利用一次冷却剂回路热量加热二次回路给水的立式自然对流循环蒸汽发生器。5.如权利要求2所述的压水堆核电站核岛变工况蓄热增量的计算方法，其特征在于：其中核反应堆冷却剂温度效应导致核功率的增量是指由于冷却剂温度的变化引起核反应性发生变化，从而导致核功率的变化量。6.如权利要求2所述的压水堆核电站核岛变工况蓄热增量的计算方法，其特征在于：其中对蒸汽发生器蓄热增量进行数学建模，具体是根据能量守恒定律，利用机理分析法建立蒸汽发生器蓄热增量数学模型，具体为：式中：dQz为蒸汽发生器蓄热量增量，Vwx为蒸汽发生器给水下降通道体积，Vwy为蒸汽发生器内U型换热段给水预热段体积，Vh为蒸汽发生器U型换热段给水混合换热段的体积，Vzs为蒸汽发生器水位以上上部气体空间体积，ρwx、ρwy分别为蒸汽发生器给水下降通道、蒸汽发生器内二次侧给水预热段的给水密度并且近似取饱和水密度，hwx、hwy蒸汽发生器给水下降通道、蒸汽发生器内二次侧给水预热段的给水比焓并且均为混合焓，近似取饱和水比焓，ρws、ρs分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁振宇，苏毅，于大海，徐振华，陶向宇，何凤军，陈巍，宋少群，徐文，余秀月，黄兴，夏潮，马晓光，田永兴，李学智，刘建华，黄道姗，杜磊，王鹏，丁海丽，李文娜，陈清，乔炜，哈志坚，蒯长文，陈建科，王超，黄霆，张健，江伟，林因，
申请(专利权)人：国网宁夏电力有限公司电力科学研究院，中国电力科学研究院有限公司，国网福建省电力有限公司，国网福建省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：宁夏,64