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数据系统,应对核电厂仪器老化挑战

日期:2021-12-29    来源:嘿嘿能源heypower

国际电力网

2021
12/29
11:37
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关键词: 核电厂仪器 核电厂 核电站

数据验证与校核(DVR)是一种软件建模方法,使用电厂工作的过程测量、基本方程和统计分析生成一组校正测量值,分析确定最可能的过程值,用于优化性能。

1、检测误差问题

DVR在检测偏差错误方面灵敏度更高(图源:网络)

美国大多数核反应堆已达到其最初的40年许可使用寿命,并预计将许可证续期20年。一些电厂正在进行运行续期,预计运营到80年。

但仪表和控制系统的老化故障会降低电厂系统的可靠性,并增加电厂跳闸的可能。

数据验证与校核(DVR)可以在仪器出现错乱时提供相关数据——通常是可观察到的故障前兆,有助于电力公司为老化仪器制定更好、更具成本效益的运行策略。

仪器的目标是提供测量参数的实际值,但不幸的是,所有仪器都有一定的相关误差,因此其测量值具有不确定度或置信区间。

检测的错误来源可能包括:

仪器本身的固有精度。

仪表安装不当或安装位置选择不当(如管道弯头后立即安装流量计)。

仪器校准之间可能出现的“漂移”错误,或者仪器从未校准过。

根据测量系统确定所需合成参数的补偿。然后与补偿相关的误差是最终参数值的一部分。

由于采集系统的性质和准确性而引入误差这一参数。

许多仪器位置没有冗余测量,因此测量尽可能准确更为重要。许多二次侧仪表被忽视,且未定期维护,无论是由于零件、成本、人力、与其他工作相比优先级较低等原因,均可能会加剧误差,并导致仪表提供不准确的结果。

2、数据验证和校核(DVR)

许多系统可用于在运行期间帮助监测电站,但大多数在线监测系统有一个弱点,过度依赖电厂仪表提供连续准确的测量。

大多数电站也使用热力学建模系统,尽管这些系统适用于某些情况,不过其缺点是它们通常依靠很少的输入测量来产生输出。

假设电厂仪表正在提供准确的持续测量,或依赖少量测量,则可能意味着决策、计算、修改等存在错误输入,并产生意外后果。DVR有助于解决这些问题。

什么是数据验证和校核(DVR)?

图1:DVR的质量流率测量

对于核电站,DVR模型将检查200至300个测量变量及其相关不确定性,包括温度、压力、流量和功率。

DVR建立这些测量之间的功能关系,以产生冗余测量系统,并使用德国技术标准VDI-2048中描述的数学计算和方法,包括使用经验协方差矩阵和高斯校正原理。

经验协方差矩阵将测量不确定性的误差与基本方程(如质量和能量平衡以及热力学性质)联系起来。

图2:DVR的质量流率校核结果

利用矩阵和高斯校正原理,DVR消除了系统误差,最大限度地减少了随机误差,并以最小的校正量在测量精度范围内拟合测量值。

测量校正,是测量不确定度和与该测量相关的冗余度的函数。最终结果是一组统计分析的所有台站测量(协调测量)的最可能值(最接近真实值)。该过程还计算整个循环中没有仪器的位置的最可能值。

除了提供最可能值外,DVR还计算与每个校准测量相关的不确定度、与每个校准测量相关的误差,以及数据集的总体质量评级。

计算出的不确定度是为每个校准测量值确定的,提供了一个降低的不确定度值和校准值的更准确反映。

计算的罚值是基于与原始测量不确定度相比的校准值和测量值(误差)之间的差异。

随着误差的增加,对测量的罚值也会增加。一旦罚值超过与该测量相关的95%置信区间,软件将标记该标签并将其视为可疑。

质量评级验证了整个校核结果集,并根据所有罚值的加权和与卡方检验值之间的比率进行计算。卡方检验值是根据模型中的冗余数量和检验的统计确定性(95%置信度)计算的。

质量必须保持在1以下才能被视为有效和可接受。如果质量超过1,则可能存在与模型或测量值相关的重大误差。

3、DVR的优势

实施DVR的优势有:

DVR模型中包含的所有站点测量值的在线验证。

循环中未安装仪器位置的伪测量。通过利用当前测站测量值和质量与能量平衡方程,可以查看循环中任何部分的压力、温度、流量等,而不仅仅是仪器安装的位置。

这为循环的其他部分提供了额外的可视性,并通过在无需额外仪器的位置提供测量节省了资金。

通过去除不必要的余量,操作更接近规范。

对仪表进行的预防性维护较少,因为可以推迟。测量罚值可用于帮助识别故障、漂移或需要校准的仪器。其结果是减少了维护,改善了电厂仪表和控制系统的老化管理。

仪器退化的早期检测。这有助于电厂在问题出现之前进行维修或纠正,并避免测量不准确的后果。

减少对不存在物理冗余的单个仪器测量的依赖性。

总功率输出增加,因为电厂可以根据DVR结果对喷嘴结垢导致的给水流量误差实施修正系数。

利润的提升, DVR可以替代昂贵的流量计。美国正在对此进行评估。

确定导致发电损失的电厂问题,如循环隔离泄漏。

通过减少与电站测量相关的不确定性,更准确地了解电站运行条件和参数。

近年来,这些优点促使许多电厂实施了DVR。GSE TrueNorth已成功帮助美国30多个核电站实施了Belsim的DVR软件。

电站使用DVR可以更好地在线监测其电站性能,改进问题识别,并帮助解决发电损失问题。

其中三个电厂已使用DVR确定给水流量修正,实现功率恢复,目前电力恢复工作已取得成功,综合收益为20 MWe。

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