法国常规岛监测系统CLIP简介及
大亚湾核电站应用前景展望
李召杰
CLIP又名CEF，是法国电力公司研究与开发部（EDF R&D）设计的一套用于压水堆常规岛效率在线监测的系统。与常规电厂相比，核电厂同样存在常规岛是否达到发电效率最优化以得到最经济的热耗和降低成本的问题，而如何建立一套行之有效的在线监测系统，以时时了解系统的健康状态就成了一项至关重要的工作。EDF早在1982年就开始了这方面的研究工作，到1985年常规岛在线监测系统的基本模型和技术已经成型，此后在不同电厂的应用和经验反馈，使得CLIP系统不断完善和改进。现在EDF电厂所采用的CLIP系统已进入了技术成熟、设备先进、信息可靠的稳定运行、安全生产时期。截至2002年，CLIP系统已在EDF的58个压水堆上安装运行，并取得了良好的经济效益。根据法国的经验反馈，机组在初始安装CLIP系统后，可以立即挽回的功率损失约10 MW，在机组大修过后再次起机时可以挽回约2 MW的功率损失，正常运行期间每年可挽回约5 MW的功率损失，这样平均下来每年挽回的经济利益可达几百万法郎。
1 CLIP系统的主要功能
1.1 实现了常规岛重要参数的分析和评价
常规岛包括许多系统设备和大量的参数监测点，如果对每一个参数都采用高精度的仪表去监测，非常的不经济，且在理论上也没有必要，因为许多参数对常规岛的发电效率影响很小。CLIP精选了与常规岛热力性能密切相关的82个重要参数，比如：循环水温度、冷凝器真空、给水流量、加热器进出口温度、抽汽温度压力等，对这些参数精确测量，并分析计算出在不同工况和不同外界环境下这些参数的最佳运行参考值，从而与实际测量值比较，以确认该参数是否有异常，在异常情况下还会计算出该参数引起的功率损失。另一方面，在线监测实现了对重要参数变化趋势的连续跟踪考察，从而达到了预防异常扩大为故障的风险。
除了以上82个重要参数外，CLIP还对与机组热力性能相关的其它一百多个参数进行了监测，以利于分析整个系统的运行状况。
1.2 子系统角度考核机组的运行状况
以法国电厂CRUAS-2为例，CLIP将常规岛分为GSS、VVP/STR、GRE、CEX/CVI、CRF、ARE/APG、APP、AHP、ADG九个子系统，对于每一个子系统利用进出该系统的质量守衡、能量守衡原理，计算出系统有无旁漏、排汽阀失效、控制器失效、运行连接方式不合理等问题。对于子系统内的重要设备，如换热器、泵、汽水分离器、除氧器等，分析计算出其主要指标参数，并给出这些指标对机组电功率的影响，从而了解设备的健康状态，指导维修活动。
CLIP可以给出每个子系统详细的指标参数监测图，利于使用者理解各参数之间的逻辑关系，并使得分析判断设备或系统的故障来源也变得相对容易。图1(略)为高低压缸的参数监测图。
1.3 机组整体运行状况监测
CLIP的最重要功能是保障机组在最优状态下进行最大的连续功率输出。在对各个子系统分析计算的基础上，进一步考核各相关系统之间的流量分配比率、压头损失、能量损失等指标，从而考核整个机组的运行状况。代表常规岛全回路整体性能的特征指标是热耗（CS）：
其中：
QGV.3 ：蒸汽发生器出口处的蒸汽流量
QSTR.1 ：向STR系统提供的蒸汽流量
HGV.3和HGV.1 ：分别为蒸汽发生器出口焓和加热器出口给水焓
We ：交流发电机端毛电功率或有功功率
WTPA ：汽动给水泵所提供的功率
当机组效率降低时，汽轮机的热耗将会上升，因此可以从热耗的变化监测汽轮机的机组效率。对于机组效率的偏差，分析形成原因，并归类为内部原因（设备故障、运行方式不当等）、外部原因（海水温度、电网要求功率、功率因数等）和不可解释的内部原因三种。内部原因可以通过运行维修人员的调整和修理加以解决，从而消除系统或设备的缺陷，提高机组效率。
CLIP将以报告和列表两种方式给出常规岛各主要子系统和总体的性能监测结果。在报告中对子系统或总体的运行效率和状况进行概括性的描述。列表主要给出监测参数的测量值和计算参考值清单、系统热平衡表、参数存在的偏差、偏差对机组功率的影响以及将偏差根据不同的原因进行分类，从而指导故障分析。
2 CLIP系统及模型描述
CLIP的系统功能图如图2(略)。
常规岛热力系统进出口参数，首先送到数据采集单元PATERN，由PATERN统一打包后送往计算分析单元CLIP，CLIP再结合二回路热力学模型CITER，分别给出机组期望的特性参数和实际测量到的特性参数，两者相比较，存在偏差说明机组运行不正常，工作人员可以根据CLIP给出的故障信息查找到问题所在，加以解决。
图中的CITER是包含有许多基本热力学模型的软件包，模型单独应用或相互组合，可以计算现场的任何热工水力设备和系统，图3(略)是几个模型的例子。
模型中的每个接点（出口和入口）都含有压力P、温度T、流量D、湿度X、焓值H五个物理量，对于特定模型，许多量是已知的或可测量的，对于未知量通过能量平衡和质量平衡方程也可求出。我们可以通过测量得知一个系统模型的入口和出口特征参数值，而利用入口特征参数值进行数学模型计算可以得到出口特征参数的参考值，出口特征参数的测量值与计算参考值的偏差即可反映该系统是否正常工作，从这些偏差再进一步分析对机组功率的影响。
CLIP的硬件包括：
82个高精度传感器＋25个计算值（流量值）＋其它100多个现场仪表e实现常规岛热力系统的全范围监测，根据电厂的不同，测点数量也有所不同。
PATERN数据采集e将模拟信号转化为数字信号后送往计算机，1次/5 s的采集速率，20 min实现一个采集循环。
UNIX工作站e安装有CLIP分析处理软件、CITER二回路热力学模型，完成所有数据的处理工作。
打印机e完成报告和结果的输出工作。
图4(略)给出了CLIP的硬件连接简图，从系统图可知，CLIP的硬件系统简单明晰，易于实现，其主要分析计算功能都由一台工作站完成。
3 在大亚湾机组上应用的前景展望
目前大亚湾两台机组都能够达到满功率发电，有时还可以超发，这主要是我们充分利用了核岛的设计裕度，即在安全许可前提下尽可能提高反应堆的输出热量，从而达到较高的功率水平，但我们很少关注常规岛是否达到最佳工作效率，即在给定核岛输出热量时，如何尽可能地多发电。如果我们安装了CLIP系统，将会大大弥补这方面的不足，具体而言将在以下几方面提升我们的电站业绩水平。
（1）加强常规岛机组管理，提高发电效率。在以往的运行中，受试验设备和技术水平的限制，我们无法完成常规岛重要系统的效率和性能试验，也就无法考核它们是否处于最佳运行状态，当发电量出现波动或降低时，很难找到解决问题的根本原因。CLIP监测系统对重要参数和系统的监测和分析，会使我们有一个非常有效的手段，时时了解常规岛是否处于最佳运行状态下，从而指导运行和维修，使机组发挥最大发电潜力。
2003年4月份，大亚湾两台机组完成大修后，2号机发电功率一直偏低，2003年5月份的平均功率仅有977 MW，而2002年5月份的平均功率为983 MW，功率损失6 MW。经过运行和性能试验人员的大量调查，初步认为是2GPV036VA、2GPV116VV等阀门存在的泄漏降低了机组的发电效率，但由于机组已处于满功率运行状态，停下来维修损失更大，因此2号机至今仍处于低功率水平运行。在安装了CLIP在线监测系统后，这样的问题将会得到解决。首先在机组启动阶段，我们就可以通过在线效率分析，考核机组的效率是否最优，及早发现问题，为故障的解决赢得宝贵的时间。然后，通过CLIP的故障分析功能，可以实现故障的快速准确判断，从而节省大量的人力、物力和时间。根据法国的经验反馈，在大修后机组重新启动阶段，CLIP可为每台机组平均挽回2 MW的功率损失。
（2）CLIP系统为电厂提供了一个有效的试验平台。冷凝器效率试验、高压加热器效率试验、汽水分离器效率试验、主给水泵性能试验等这些平时很难实施或无法完成的试验，将可以方便地在CLIP系统上完成，从而加强对常规岛重要系统的监控，及早发现设备存在的问题，消除机组的安全隐患。
（3）对某些缓慢变化的微小偏差，如设备老化、磨损、腐蚀等原因造成的设备性能降低等，利用常规手段很难发现和监测。CLIP强大的在线即时监测和存储功能解决了这一难题，它对每个偏差都进行监测和分析评价，并建立档案管理，在一个较长的时间段内比较其变化趋势。这将大大加强大亚湾
核电站在机组和设备老化问题方面的管理。
大亚湾两台机组近年来一直保持良好的运行状态，但并非说明机组或设备不存在任何问题。某些潜在的不易发现的因素正慢慢影响着机组的发电效率，一些微小的设备隐患也可能逐步发展为影响机组安全运行的故障，我们必须借助可靠的手段及时发现并监控这些影响机组效率的因素，使机组处于最经济的运行状态，并指导维修及时排解设备故障。相信在安装了常规岛在线效率监测系统后，大亚湾核电站的管理水平和运行业绩将会得到进一步的提升。
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发表于 2010-9-14 23:18:04