AP1000一回路冷热腿温度信号处理分析

霍学华 赵瑜龙

山东核电有限公司 山东省烟台市 265116

摘 要：AP1000是世界先进的第三代核电技术，其一回路冷却剂系统作为核电厂的三道屏障之一，是AP1000最重要的系统之一。本文将重点介AP1000一回路温度信号的处理过程，对机组运行期间的温度仪表故障分析和处理有一定的借鉴指导意义。

关键词：AP1000，一回路冷却剂系统，热电阻，处理分析

引言

AP1000一回路冷热腿热电阻是1E级仪表，其信号作为监视一回路温度的关键参数，是保护与安全监测系统的重要输入信号，主要用于触发紧急停堆及相应专设安全设施，是机组紧急故障下仍能处于安全状态的关键参数。本文重点介绍AP1000一回路冷却剂系统冷热腿热电阻的信号处理过程。

1. 信号处理

AP1000一回路冷却剂系统共有2个环路，每个环路有2条冷腿，1条热腿，冷热腿温度信号分别送往反应堆保护系统，用于反应堆保护逻辑的计算及事故后监视；部分热腿温度信号送往多样化驱动系统，用于多样化驱动系统的保护逻辑。

1. 系统简介

一回路冷却剂系统冷热腿热电阻为双支8线制PT100热电阻，属１Ｅ级，仪表具有抗震要求，设计寿命为20年。反应堆保护系统设有独立的4个冗余序列，每个序列接收2个冷腿温度信号，3个热腿温度信号，用于参与一回路平均温度的计算。

2. 温度信号转换

双支热电阻信号通过反应堆保护系统AI卡件，分别送入各保护序列的冗余稳态逻辑机柜，通过以下算法，实现A/D转换：

Tm = (1/2B) * {-A + SQRT(A²-4B[1 - (Rt/R0)])}

Rt = R0 (1 + AT +BT²) 0 < T < 850℃

其中，Rt为 测量的温度阻值信号（Ω）；Tm 为 温度信号 (℃) ；R0为 0℃时的电阻信号 (Ω) ；A = 3.9083 x 10^-3 ℃^-1；B = -5.775 x 10^-7 ℃^-2 。

3. 温度修正

AP1000反应堆保护系统对冷热腿温度信号的修正有两个环节，反应堆临界前，主要通过一阶线性修正（GAIN和OFFSET）对温度信号进行修正；反应堆临界后，温度修正逻辑考虑不同功率下各温度元件的偏差，通过两次温度修正逻辑，使一回路冷热腿温度信号更加可信。

1. 一阶线性温度修正

根据2.2章节A/D转换方式后，各温度信号间可能存在偏差，为消除这一偏差，在反应堆保护系统内设置了温度信号GAIN和OFFSET参数，算法如下：

Tc (℃) = Tm (℃)+ OFFSET (℃)+ GAIN*Tm (℃)

其中，Tm 为就地测量的温度信号；Tc为修正后的温度信号。

一阶线性参数GAIN和OFFSET均为反应堆保护系统内的可调参数，通过机组上下行期间，执行一回路各环路温度与堆芯出口热电偶的交叉比较试验，判定该参数是否需要修正，如需修正可通过在维修测试面板进行修改。

2. 功率温度修正

因一回路冷却剂经过不同的蒸汽发生器传热管、不同的主泵以及冷热腿热电阻的安装位置不同，需要在不同功率平台对温度信号进行适当修正，具体修正算法如下：

T^E=T^F-PBS0

其中，T^E为功率补偿后的冷热腿温度（℃）；T^F为经线性温度修正但未经功率补偿的冷热腿温度信号（℃）；PB=Max（0,Min(1.5,qΔT/100%)），qΔT为反应堆热功率；S0为功率温度补偿参数设定值。

功率补偿参数S0为反应堆保护系统内的可调参数，在反应堆满功率平台下，通过保护系统单序列冷/热腿温度信号的交叉比较来计算，实现机组满功率工况下，一回路冷热腿温度的真实性、一致性。

4. 平均温度算法

一回路冷热腿温度信号作为AP1000最重要的就地仪表信号，送往反应堆保护系统，主要用于冷热腿平均温度及一回路平均温度的计算，实现反应堆停堆及专设安全设施驱动等保护功能。

1. 冷腿平均温度算法

单列反应堆保护系统共有2个冷腿温度信号用于冷腿平均温度的计算，其算法如下：

T_Ci=[∑(W_CijT^E_Cij)]/[∑(W_Cij)]

其中，TCi为保护系统第i列的冷腿平均温度，i为A/B/C/D；WCij为保护系统第i列第j支冷腿温度的权重值，j为1或2；TECi为经过第2.3章节算法修正后的，第i列第j支冷腿温度信号；

一回路冷腿平均温度主要用于保护系统安注（S）信号的触发、qΔT的计算以及功率量程探测器等仪表的补偿。冷腿温度权重值WCij为反应堆保护系统内的可调参数，可根据各冷腿温度的信号波动情况，对各冷腿温度信号权重值进行修改，以提高相关保护功能的可靠性。

2. 热腿平均温度算法

单列反应堆保护系统共有3个热腿温度信号用于热腿平均温度的计算，其算法如下：

T

_Hi=[∑(W_HijT^E_Hij)]/[∑(W_Hij)]

其中，T_Hi为保护系统第i列的热腿平均温度，i为A/B/C/D；W_Hij为保护系统第i列第j支热腿温度信号的权重值，j为1或2；T^E_Hij为经过第2.3章节算法修正后的，第i列第j支热腿温度信号；

一回路热腿平均温度主要用于保护系统非能动余热排出（PRHR）信号的触发、qΔT的计算以及一回路平均温度的计算。热腿温度权重值WHij同样为反应堆保护系统内的可调参数，可根据各热腿温度的信号波动情况，对各冷腿温度信号权重值进行修改，以提高相关保护功能的可靠性。

3. 一回路平均温度算法

反应堆保护系统通过各自序列的冷热腿平均温度计算一回路平均温度，其算法如下：

T_AVG= (T_H+T_C)/2

一回路平均温度作为AP1000最重要的参数之一，主要用于反应堆保护系统允许信号（P-8）、PRHR驱动闭锁以及主给水隔离等安全功能，也用于一回路稳压器液位控制及蒸汽旁排等非安全级电厂控制逻辑。

2. 小结

一回路冷却剂系统作为AP1000三道安全屏障之一，是最重要的工艺系统之一，其冷热腿温度信号也是核电厂安全级及非安全级仪控系统的重要输入信号。本文重点介绍了一回路冷热腿热电阻的信号处理过程，包括信号A/D转换、温度信号修正方法以及平均温度的计算方法，为后续一回路冷热腿热电阻故障后的影响以及故障处理后需补充的试验内容及调整方法提供了一定的指导意义。

参考文献

1. 冀焕青. AP1000核电站数字化反应堆保护系统 [J]. 自动化与仪表. 2013 (02)

2. 张淑慧,任永忠. AP1000核电厂仪控系统介绍 [J]. 自动化仪表. 2010 (10)