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1、第29卷第4期东南大学学报Vol129No141999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
2、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,
3、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.
4、第4期葛斌:压水堆核电机组全仿真系统建模与分析145121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)=β1[υ1Σ1Φ1(x,y,z,t)+υ2Σ2Φ2(x,y,z,t)-5tλ1Cl(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
5、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
6、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.22P=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
7、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
8、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.146东南大学学报第29卷11212非平衡两相控制容器在常规岛热力系统中,存在着加热器、除氧器、扩容器和凝汽器等工质在流动中进行质能交换的控制容器.对于该类控制容器按如下方式建立模型:首先将其分成气相与液相2个控制体.考虑两相之间存在着质能传
