基于核主元分析法的核电厂设备状态监测技术研究

为解决核电厂传统监测手段的局限性，提出将核主元分析法（KPCA）引入核电厂设备在线监测领域中，并设计了监测模型建设方法以及在线监测策略。为验证算法的有效性，将其应用在国内某核电机组电动主给水泵的真实监测案例中。仿真结果表明，KPCA算法可适应核电厂设备监测的要求，能比现有阈值监测手段提供更为早期的故障预警。同时，相比于常规的主元分析法（PCA），KPCA算法能够提取各变量之间的非线性关系，识别出设备不同的运行模式，有效减少误报警。      

基于ARIMA和LSTM组合模型的核电厂主泵状态预测

为了对核电厂主泵的运行过程进行监测和追踪,进而提高主泵的预警能力,提出了基于差分自回归移动平均（ARIMA）和长短期记忆（LSTM）神经网络组合模型的主泵状态预测方法,并用该方法对某核电厂主泵止推轴承温度和可控泄漏流量进行单步和多步预测,以根均方误差（RMSE）为指标对预测精度进行评估。结果表明,所建立的ARIMA和LSTM神经网络组合模型能够对主泵的状态进行准确的预测和追踪,并且组合模型的预测精度要优于ARIMA和LSTM单一模型,尤其在多步预测中,组合模型的优势更加明显。      

核电厂主泵转速测量现状分析及可靠性改进

核电厂主泵转速前置器(简称前置器)是监测主泵转速的关键设备。核电厂运行20多年间出现数次由前置器自身问题引起的主泵转速测量故障,其根本原因是元器件质量问题和电路设计不够合理。为彻底解决转速测量异常问题,采用前置器1E级开发的改进性方案。新产品在电路开发方面进行了全面改进,在结构设计方面进行了局部优化,具有精度高、性能稳定、抗干扰能力强等特点,在现场进行实际运用后状态良好,提高了核电厂运行的安全性和可靠性。     

某核电厂主泵变频器故障分析与可靠性提升

我国某三代压水堆机组主泵必须配置变频器,且变频器与主泵长时间同时运行,因而变频器的可靠性对机组的稳定运行和经济效益具有重要意义。本文主要介绍了主泵变频器的可靠性设计,分析了某核电厂1、2号机组变频器历史故障,找出了影响主泵变频器可靠性的薄弱点,提出了相应故障的应对措施和提升可靠性的措施,对国内后续该机型主泵变频器的设计优化、设备制造和运行维护有一定的借鉴意义。     

基于PCA的核电站传感器状态监测方法研究

针对目前核电站中以物理冗余为主的传感器状态监测方法所存在的不足之处,提出了基于主元分析(PCA)的传感器状态监测方法,这种基于解析冗余的方法是对物理冗余方法的验证,解决了物理冗余方法不能实现传感器小漂移的监测,改善了冗余传感器组中多数传感器出现共模故障时,物理冗余监测方法可能给出错误融合结果的问题。使用核电站的真实传感器数据建立PCA监测模型,人为引入故障到测试数据中进行分析,仿真结果验证了文中提出的传感器状态监测模型的有效性。     

基于PCA与SDG的反应堆一回路系统故障诊断方法研究

反应堆一回路系统复杂,运行参数耦合多变,安全问题突出。为了保障运行安全、快速定位故障源,提出基于主元分析（PCA）与符号有向图（SDG）的一回路系统故障诊断模型。以一回路系统为诊断研究对象建立PCA-SDG模型,通过PCA分析监测参数的残差,判断故障的发生;然后采用SDG模型进行反向推理,找到潜在故障类型。通过模拟机仿真试验验证,该方法能够有效诊断故障,并提供报警传递路径。该方法可用于运行人员辅助决策,对运行装置的状态监测、报警分析和故障诊断具有重要意义。      

核电厂安全级主泵转速测量装置健壮性设计

目前核电现场使用的安全级主泵转速测量装置均反馈出现了不同类型的故障现象,严重影响核电厂的安全稳定运行。文章针对该问题,从信号产生、信号传输、信号处理和信号输出四个方面层层解析,提出了一种核电厂安全级主泵转速测量装置的健壮性设计。并通过试验验证表明,相对于传统的测量设备,该设计具备高精度、高可靠和高鲁棒性的特点,能够较好的满足核电厂主泵转速测量的需求。     

核电厂重大设备健康状态的模糊综合评价方法

针对核电厂重大设备管理细则、设备运行特点和要求，提出了核电厂的重大设备健康状态综合评价方法。根据核电厂设备状态监测特点，建立了基于监测任务的多层次指标体系模型。基于设备零部件潜在故障模式分析故障现象，分析设备监测任务，并构建监测任务隶属度函数模型。总结专家实际评估经验，提出指标权重由所辖多个监测任务共享，由劣化最严重的监测任务继承权重，得到设备的指标状态；通过改进的层次分析法，分配各指标的初始权重，并提出基于指标状态等级的分级变权理论模型，均衡考虑关键指标的恶化情况。将建立的评价方法应用于核岛主泵轴封系统健康状态评估，结果表明该方法可靠实用，能够有效表征重大设备的实际运行健康状态。      

基于主元分析的核电站主冷却剂泵故障诊断

研究了基于主元分析的故障诊断方法，在对某核电厂主冷却剂泵的故障诊断仿真实验中，建立了15个测量参数异常情况的故障特征方向库。通过对实测数据进行分析，证明此方法用于核电站的主冷却剂泵的故障诊断是可行的。     

核电厂主泵振动控制技术研究

为解决秦山第三核电厂1号机组3号主泵的振动问题,通过在核电厂反应堆停堆期间,测量主泵系统的振动特性和模态参数,在反应堆启动升功率和满功率运行期间,测量主泵系统运行时的热位移、振动和相位变化过程,结合故障诊断分析技术、主泵运行历史数据分析、反应堆机组各种运行工况及运行参数变化对主泵振动的敏感度分析,确定了控制主泵振动的技术。首次将主泵振动水平控制在可长期稳定运行的优良水平,确保了核电厂反应堆长期安全运行的可靠性。     

船用反应堆冷却剂泵连续调速研究

采用船用核动力装置模拟程序,对反应堆冷却剂泵转速连续调节研究进行仿真试验研究。在相同的40%满功率工况下,进行冷却剂泵转速阶跃变化与连续变化两种试验。对比了反应堆进出口温度、反应堆功率、反应堆反应性、冷却剂流量、蒸发器蒸汽压力等参数的变化情况,对开展船用反应堆冷却剂泵连续调速设计具有重要的指导意义。     

Transient flow analysis in reactor coolant pump systems during flow coastdown period

The rapid flow transient calculation in reactor coolant pump system is important in the safety analysis of a nuclear reactor. An accurate transient analysis of flow coastdown is also important and necessary for the design and manufacture of a reactor coolant pump. Only under the reliable work of a reactor coolant pump the safety of a nuclear power plant can be guaranteed. A mathematical model is developed for solving flow rate transient and pump speed transient during flow coastdown period. The detailed information of the centrifugal pump characteristics is not required. The flow rate and pump speed are solved analytically. The analytic solution of non-dimensional flow rate indicates that non-dimensional flow rate is determined by energy ratio β. The kinetic energy of the loop coolant fluid and the kinetic energy stored in the rotating parts are two important parameters in form of β. When the steady-state flow rate and pump speed are constant, the inertia of primary loop fluid and the pump moment of inertia are also two important parameters in flow transient analysis. For the condition all pump shafts are seized, the flow decay depends on the inertia of primary loop fluid. For the case that pump inertia is very large, the flow decay is determined by the pump inertia. The calculated non-dimensional flow rate and non-dimensional pump speed using the model are compared with published experimental data of two nuclear power plants and a reactor model test on flow coastdown transients. The comparison results show a good agreement. As the flow rate approaches to zero, the increase difference between experimental and calculated value is due to the effect of the mechanical friction loss.     

基于参数自回归算法的核电厂关键设备早期预警方法研究

本研究设计并开发了一种基于参数自回归算法的用于核电厂关键设备早期预警的方法,该方法创新性地引入了基于多维度时序数据的参数自回归算法,对设备正常运行状态下的参数进行估计,并通过与实测值分析比较来提取残差特征,从而实现了基于动态阈值的设备状态监测机制。此外,结合设备机理,本研究提出并采用了测点重要度的关键概念,通过对设备核心部件拆分建模,实现了对设备运行状态的识别、异常征兆的早期预警、故障部件的确定和相关报警事件的生成。本研究在AP1000核电机组的核心设备——反应堆冷却剂泵（简称主泵）上对设计开发的方法进行了测试验证,通过对主泵实际运行数据和异常事件的相关数据分析,结果表明,与现有设备状态监测方法相比,新建立的关键设备早期预警方法可以在早期发现相关设备的异常征兆,进行预警,并给出关键信息协助工程师进行故障的分析和定位,从而显著缩短了故障诊断和排故的时间,同时极大降低了关键设备监测的人力投入。      

AP1000核主泵排气过渡工况下瞬态流动特性研究

为了研究核主泵在排气过渡工况下的气液两相流瞬态流动特性,基于非均相流模型,采用CFX软件对核主泵排气过渡工况进行瞬态数值模拟,通过分析叶轮、导叶流道内的压力脉动、涡量变化及速度分布,得到了排气过渡过程的流动变化规律。研究结果表明：气液两相工况下,叶轮各流道内气相、液相的不均匀分布及两相之间的滑移作用,导致叶轮径向力产生大幅度波动;核主泵采用的扭曲型径向导叶,在进口含气率较高的工况下,其流道内易产生气泡堆积现象,使过流面积减小,产生较大的能量损失;核主泵类球形蜗壳的对称性结构,使左侧类隔舌部位出现低流速区,堵塞了部分出口流道,这也是核主泵排气过渡工况运行不稳定的重要原因。     

AP1000核主泵的优化设计及试验研究

根据核主泵的设计参数,采用正交试验对核主泵的主要参数进行了初步正交优化设计。根据正交优化结果,得到了1组最佳几何参数组合及各主要参数对核主泵性能影响的主次顺序,根据主次影响顺序对主要影响因素进行了进一步的多方案优化设计,进而得到能使核主泵具有更好性能的叶轮几何设计参数组合。根据最终的叶轮几何设计参数,建立了三维模型及对其内部流场进行了数值模拟计算,并用相似换算法,设计制造出对应的模型泵进行试验研究。结果显示:试验结果和模拟结果基本吻合,由此可证明叶轮优化设计的正确性。     

核反应堆冷却剂循环泵全流道三维数值模拟及性能预估

为实现核反应堆冷却剂循环泵（核主泵）的设计自主化及制造国产化，通过CFD数值模拟软件FLUENT，应用RNGk-ε湍流模型及SIMPLE算法对某核主泵进行全流道三维数值模拟，获得了在不同工况下的叶轮内部流动情况，分析了压力和速度分布规律，并进行了性能预估。结果表明，稳态工况下叶片的工作面与背面的压力分布与速度分布合理;泵段压力总体上由进口端至出水端呈递增趋势且在叶轮段出现最大值;在设计工况点得到了较为理想的泵效率与扬程值;随着流量的增加，核主泵的轴功率也逐步增加。模拟结果有助于认识核主泵在运转状态下的内部流场变化情况，为核主泵的国产化前期探索和理论研究提供支持。     

反应堆冷却剂系统流量测量试验研究与设计

华龙一号（HPR1000）设置了反应堆冷却剂泵进出口压差表用于测量反应堆冷却剂系统（RCS系统）环路流量,取消了二代改进型核电机组设置的弯管流量计。环路流量测量方式的改变直接影响RCS系统流量测量试验的实施。通过研究主泵的运行特性和系统的阻力特性,提出了基于主泵电功率测量RCS系统流量的试验方法。结合理论分析结果和工程实践经验,给出了反应堆冷却剂惰走流量试验的试验方法和验收准则。研究表明,主泵电功率法可以测量RCS系统的流量,反应堆冷却剂惰走流量可以通过主泵惰转过程的转速变化进行验证。      

考虑管路中冷却剂动能的反应堆冷却剂泵惰转计算模型

核主泵惰转惯量设计过小,一旦核电站全厂停电会造成核事故,而设计过大会极大地降低机组效率,因此惰转计算模型的准确性对于保证核电站安全和提高机组效率十分重要。本文考虑管路中冷却剂动能对反应堆冷却剂泵惰转过程的影响,通过启-停机过程中功率守恒方程和泵相似定律,推导并建立了考虑管路冷却剂影响的惰转瞬态计算模型,并给出了泵机组惰转惯量和惰转时间的简单计算公式,使计算结果更精确,工程适用范围更广泛,可应用于核工程和非核工程中惰转惯量的精准设计以及惰转时间的精准计算。      

对美国罗宾逊核电厂由火灾导致的反应堆紧急停堆和主泵丧失轴封冷却的运行事件的经验反馈

描述和分析了美国罗宾逊(H.B.Robinson)核电厂发生的一次由电缆故障引起的火灾并导致安注启动、主泵丧失轴封冷却的运行事件。介绍了操纵员处理事件的过程和失误。从设备、管理、人员培训等方面探究了事件的直接原因和根本原因,并针对这些原因进行总结,对我国核电厂的运行管理工作提出了具体建议。     

CAP1400核主泵导叶和叶轮匹配数研究

为研究导叶和叶轮之间匹配对核主泵性能的影响及作用在叶轮上的径向力分布情况,采用CFD技术对不同方案下的核主泵进行非定常数值模拟,并进行试验验证。研究结果表明：核主泵扬程和效率的计算曲线与试验曲线基本吻合,效率相对误差在2.5%左右,扬程相对误差在4%左右;叶轮叶片数和导叶叶片数对核主泵性能影响较大,对其进行合理匹配能有效地提高泵性能;叶轮和导叶的不同匹配使叶轮径向力分布规律具有很大差别,作用在叶轮上的径向力呈周期波动,脉动频率以叶轮通过导叶频率为主;小流量工况下,随着流量的减小,叶轮的径向力及其脉动幅值增大,而变化速率减小;大流量工况下,随着流量的增加,叶轮的径向力及其脉动幅值增大。