CN101127252A - 用于核设备的综合监测方法和采用该方法的系统 - Google Patents

用于核设备的综合监测方法和采用该方法的系统 Download PDF

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CN101127252A CNA2007101296915A CN200710129691A CN101127252A CN 101127252 A CN101127252 A CN 101127252A CN A2007101296915 A CNA2007101296915 A CN A2007101296915A CN 200710129691 A CN200710129691 A CN 200710129691A CN 101127252 A CN101127252 A CN 101127252A
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尹斗炳
崔荣哲
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Abstract

提供了可以监测核设备的结构完整性或运行状态的综合监测方法和使用该方法的系统。一个综合分析单元接收若干信号，用以综合、相互交换并分析来自安装在核设备中的若干异构传感器信号。综合分析单元可以向工作人员发送警报，因为警报单元可以与综合分析单元相连。因而，本发明可以在没有增加安装的传感器数量的情形下提供由传感器信号综合而来的准确、有用和不同的信息，通过生成这些传感器信号的数据库制造仿真器，或者通过研究和分析过去的信号将过去的信号用作优化设计的数据。

Description

用于核设备的综合监测方法和采用该方法的系统
对相关申请的交叉引用
本发明要求2006年8月17日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2006-0077853的权益，其在此通过引用并入。
技术领域
本发明涉及用于核设备的综合监测方法和采用该方法的系统，更具体地涉及用于核设备的综合监测方法和采用该方法的系统，该方法可以交换安装在核设备中的异构传感器信号，并综合地分析传感器信号，从而可以在没有增加安装的传感器数量的情形下提供通过传感器信号综合而来的准确、有用和不同的信息，通过生成这些传感器信号的数据库制造仿真器，或者通过研究和分析过去的信号将过去的信号用作优化设计的数据。
背景技术
历史上最严重的核事故于1986年4月26日发生在前苏联的切尔诺贝利。核反应堆的内核熔化，大量放射性物质泄漏，这一空前的辐射事故是由于切尔诺贝利的技术人员忽视了几个安全步骤的结果，而内核的链式反应无法受控。
虽然并无法证实由于事故散播的原子尘造成的死亡数目是1945年日本的原子弹爆炸产生的原子尘所造成的死亡人数的数十或数百倍，但是1998年乌克兰政府公布仅死亡的人数就约3500人。据推测，受伤害的人数是数十或数百万，专家推测，这些人中，将有几千的受害者会死于各种癌症。许多畸形儿童出生，婴儿的死亡率上升。这是因为周围环境受到严重影响，距切尔诺贝利核发电厂约32km范围内的土壤和地下水源都被放射性物质严重污染。
而在韩国也发生过影响厂区外人的生命的核事故，即使是发生非常小的核电厂事故，伤害也是严重的，会引起社会的关注。
因而，核安全这一问题再强调也不为过，已大致颁布或加强与未来安全相关的法律等。因此，需要提高对核发电厂结构的结构完整性的监测能力。
目前，各种传感器与核设备相连，用以监测结构完整性等。目前正在进行研究以提高上述监测系统的功能，该监测系统与优化传感器位置的方法有关，或者附加地与安装足够数量的传感器的方法有关。
然而，因为当优化传感器位置时，需要更换和安装传感器、连接传感器的线缆和导管，或额外地增加许多传感器，因此会产生成本方面的问题，而工人要在高辐射水平的辐射控制区域中长时间工作也有困难。因而，对系统的持续改进和更换是有疑问的。
即使在每个适当位置安装振动传感器、声学探测传感器、非接触位移传感器、加速传感器等，并利用它们来确定核设备的结构完整性，从而确定是否发生了外来物质渗入、裂缝或泄漏，然而综合分析这些传感器信号或者关于信号交换或信号综合的研究是不够的。因而，只有通过增加传感器来获得比现有的信息更准确和更有意义的信息。增加传感器的结果是产生由于传感器的消耗导致的附加费用、由于工作时间增加导致的工作效率下降和安全问题等。
因此，需要用于核设备的综合监测方法和使用该方法的系统。
发明内容
本发明的一个方面提供了用于核设备的综合监测方法和使用该方法的系统，该方法可以交换安装在核设备中的异构传感器信号，并综合地分析传感器信号。
本发明的一个方面也提供了用于核设备的综合监测方法和使用该方法的系统，在不增加安装在核设备中的传感器数量的情形下，，该方法可以提供由于传感器信号综合而来的准确、有用和不同的信息。
本发明的一个方面也提供了用于核设备的综合监测方法和使用该方法的系统，该方法可以减小工作时间、由于传感器的增加从而减小辐射环境中的工作时间，并通过向工作人员提供核设备的快速安全警告来改进核设备的安全。
本发明的一个方面也提供了用于核设备的综合监测方法和使用该方法的系统，通过综合地获取并分析各种传感器的测量信号，该方法可以实现核设备的自动和准确监测功能。
本发明的一个方面也提供了用于核设备的综合监测方法和使用该方法的系统，该方法可以通过产生综合分析单元的测量信号的数据库来制造仿真器，或者通过研究和分析过去的信号将过去的信号用作优化设计的数据。
根据本发明的一个方面，提供了用于核设备的综合监测系统，该系统包括：传感器单元；综合信号获取单元；以及综合分析单元。
传感器单元包括与核设备相连并感测异构信号的若干传感器模块。同时，传感器单元包括：第一传感器模块，用于探测由于核设备内部系统中的外来物质导致的冲击波；第二传感器模块，用于探测系统中的泄漏；第三传感器模块，用于探测核设备的核反应堆内部结构的固有振动频率；以及，第四传感器模块，用于探测核设备中的反应堆冷却泵的机架和旋转轴的异常振动状态。
第一传感器模块是安装在核设备压力边界外侧的振动传感器，第二模块是安装在核设备的压力边界外侧的对应声音发射(AE)传感器的泄漏探测传感器。同时，第三传感器模块通过分析中子探测器的噪声信号分量来探测核设备的内部结构固有振动频率，第四传感器模块是振动传感器和非接触位移传感器。
综合信号获取单元与传感器单元相连，用于获取测量信号。综合分析单元与综合信号获取单元相连，并与之相互交换异构信号并分析该异构信号。传感器单元测量核设备的振动，由每个传感器测量的频率范围是不同的。
该系统进一步包括：警报单元，用于在综合分析单元中的数值大于或等于预定数值时向工作人员发出警报。警报单元向工作人员提供至少一个可听警告信号和一个可视警告信号。
综合信号获取单元的数目和综合分析单元的数目与传感器单元的数目相等，从综合信号获取单元接收的信号分别被提供给若干综合分析单元。在该情形中，可使硬件方面的改变最小，本发明的一个方面可以通过软件方式实现。
根据本发明的另一个方面，提供了用于核设备的综合监测方法，该方法包括：配置用于感测利用核能进行发电、材料提取或检测的核设备的各类不同信号的若干传感器模块；获取从若干传感器模块生成的若干信号；当若干信号中的任意一个的数值大于预定数值时发出警报；以及，交换分析若干信号。
因而，本发明可以交换安装在核设备中的异构传感器信号，并综合分析传感器信号，从而可以在没有增加安装传感器数量的情形下提供由传感器信号综合而得的准确、有用和不同的信息，通过生成这些传感器信号的数据库制造仿真器，或者通过研究和分析过去的信号将过去的信号用作优化设计的数据。
本发明的其它方面、特征和/或益处部分地在以下的说明中给出，部分地根据本发明将是显而易见的，或者可以通过实践本发明掌握。
附图说明
根据以下对示例实施例的说明，并参考附图，本发明的这些和/或其它方面、特征和益处将是显而易见的，其中：
图1是根据本发明示例实施例的用于核设备的综合监测系统的示意图；
图2是本发明的修改示例实施例的示意图；
图3是根据本发明的另一示例实施例的用于核设备的综合监测系统的示意图；以及
图4是根据本发明示例实施例的综合监测方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的示例实施例，其实例在附图中示出，其中相似的附图标记始终指相似的元件。以下将参考附图说明示例实施例用以解释本发明。
图1是根据本发明示例实施例的用于核设备110的综合监测系统100的示意图。如图1所示，综合监测系统100包括核设备110、传感器单元120、综合信号获取单元130和综合信号分析单元140。
核设备110可以是用于核发电的设备、利用核能来提取特定材料的设备或者用于核能性能检测的检测设备。同时，核设备110包括利用核能来发电、进行试验和进行处理的所有设备。
传感器单元120包括感测各类不同信号的若干各类不同传感器模块。以下将详细说明传感器单元120。
第一传感器模块121可以是松动部件监测系统(LPMS)的传感器模块。LPMS是指利用安装在核反应堆的压力边界外侧的振动传感器来探测由核设备内部系统中的外来物质导致的冲击波的系统。可以通过LPMS监测外来物质存在还是不存在、外来物质的冲击位置和外来物质的质量等。
通过较早地探测出核反应系统设备和结构的损伤，LPMS可保证核发电厂的结构完整性安全。特别地，可以探测由松动部件产生而导致的冲击波，从而可以评估是否存在松动部件。同时，可以进行在线警报产生等。
第二传感器模块122可以是声学泄漏监测系统(ALMS)的传感器模块。ALMS是利用核反应堆的压力边界外侧的声音发射(AE)传感器和振动传感器来探测核反应堆的主压力边界中的泄漏和裂缝的系统。根据利用ALMS确定的裂缝或泄漏，可以实现立即关闭核反应堆等的功能。
可以将ALMS传感器模块安装在核反应系统压力边界的外表明，从而能监测系统结构的泄漏和裂缝。同时，可以通过打开和关闭稳压安全阀(PSV)来监测泄漏等。ALMS可被配置为产生在线、实时警报，用以探测泄漏或裂缝，发现泄漏和裂缝的位置和发展程度。
第三传感器模块123可以是内部振动监测系统(IVMS)的传感器模块。IVMS是通过分析中子探测器的噪声信号分量来探测核反应堆内部结构的固有振动频率的系统。可以利用IVMS来监测核反应堆内部结构的结构完整性。
当核反应堆正常工作时，IVMS通过分析中子探测器的噪声信号分量来监测核反应堆内部结构的支撑状况的缺陷。通过较早地探测出核反应堆内部结构的活动缺陷，IVMS可以确保核发电厂的结构完整性。IVMS可以在线实时地监测内核支撑柱(CSB，Core Support Barrel)或核燃料通道固有振动频率的变化。
第四传感器模块124可以是反应堆冷却泵振动监测系统(RCP-VMS)的传感器模块。RCP-VMS是指利用振动传感器和非接触位移传感器来探测核反应堆中冷却泵的机架和旋转轴的异常振动状态。可以利用RCP-VMS来探测旋转轴的对准状态、非平衡状态和轴的裂缝。
RCP-VMS利用振动传感器和非接触位移传感器的信号来监测核反应堆中的冷却泵的旋转轴和支撑单元的异常状态。通过探测由油膜涡动或油膜振荡导致的异常运动或不稳定，或者通过探测支撑单元等的磨损或缺陷，可以评估冷却泵的性能。
每个传感器模块121、122、123和124与一个综合信号获取单元130相连。综合信号获取单元130可以是数据获取(DAQ，)板。综合信号获取单元130可以包括用于接收来自板上的每个传感器模块的信息的每个接收模块，然而，综合信号获取单元130可以独立地配置接收模块。
综合信号获取单元130与综合分析单元140相连。在综合分析单元140综合所有从每个传感器模块接收的信号并对它们加以分析。可以进行上述操作，因为每个传感器模块的测量信号包括每个不同系统的信息，利用这些信号可以使这些信息互补，从而可以提高监测系统的准确度。
综合信号获取单元130放大对应结构完整性评估目标而从安装在核设备中的传感器输入的信号，采用频带滤波器，执行将模拟信号转换为数字信号的模数(AD)转换功能，再进行处理以便综合分析单元140可以利用该信号。
具体而言，每个传感器121、122、123、124等都是类似的，所有的传感器都测量监测目标结构的振动，然而，每个传感器121、122、123、124等具有的根据每个传感器的独一性特征所测量的振动的频率范围是不同的。具体而言，通常用于LPMS的加速计传感器测量小于或等于200kHz的振动，以监测松动部件，通常用于ALMS的AE传感器通常测量小于或等于2MHz的振动，以探测泄漏。
每个传感器都可用于相同目的，即使频带是不同的。具体而言，当松动部件产生时，通过LPMS和ALMS可以探测结构的振动。因而，当由LPMS测量的信息和由ALMS测量的信息被额外地用于估计松动部件的位置和质量时，实质上可以增加LPMS的数量，提高分析的准确性。
同时，因为RCP-VMS和ALMS的某些传感器是与LPMS相同类型的加速度计传感器，因此，这些在核设备的监测目标结构中安装用于LPMS的附加传感器的作用。因此，可以提高LPMS的分析准确性。
因而，与本发明类似，通过综合地获取和分析由各种传感器测量的所有信号可以自动监测和检查用于核发电厂的核设备的结构完整性。
同时，通过生成信号数据库可以制造仿真器，或通过研究和分析过去的信号可以将过去的信号用作用于优化设计的数据。可以将综合分析单元140与辅助存储介质相连以便构造数据库。
图2是本发明的修改示例实施例的示意图。如图2所示，警报单元150与综合分析单元140相连。当对本发明的本修改示例实施例进行说明时，出于简化说明的目的省略了本发明前面示例实施例的多余细节。
警报单元150产生具有可觉察的效果的语音、声音或光，向用户发出警报。警报单元150与综合分析单元150相连，在通过由综合分析单元140综合分析的信号在核设备中探测到异常现象后，可以产生警报。
根据另一种机制，警报单元150可以与用于获取传感器单元120信号的综合信号获取单元130相连。在该情形下，当包括在传感器单元120中的传感器模块121、122、123、124中的至少一个的测量值大于预定的许可值时，警报单元150会生成可听见的警报等。
综合分析单元140对由综合信号获取单元130提供的所有信号进行基本分析。同时，当对目标结构的结构完整性的下述问题进行监测时，即具有松动部件，管和阀产生泄漏和裂缝，CSB的支撑状况和振动特点产生变化，以及反应堆的冷却泵产生高振动时，综合分析单元140将向警报单元150发送警报信号，并通过该警报单元150通知位于控制室的工作人员。
同时，综合分析单元140可以接收从核设备的测量结果获取的所有信号，并对信号进行综合的详细分析。作为综合的详细分析的结构，综合分析单元140可以以在线方式对松动部件的位置和质量、泄漏位置、泄漏量、CSB的支撑状况和核燃料堆的支撑状况进行估计，并对反应堆冷却泵进行高振动分析和高振动原因等进行分析。同时，综合分析单元140基于上述的详细信号分析结果综合地诊断完整性评估目标结构的结构完整性，从而产生综合分析结果的数据库，并按需要输出监测和检查结果。
综合分析单元140可被配置为向核设备提供反馈信号，使核设备能立即或在预定时间后停止运行。
图3是根据本发明的另一示例实施例的用于核设备的综合监测系统的示意图。图3示出了分别与传感器单元120、警报单元170和分析单元180相连并沿着它们安装的若干信号获取单元160。具体而言，每个传感器模块121、122、123、124与相应的信号获取模块161、162、163和164相连，每个信号获取模块161、162、163和164与每个警报模块171、172、173和174相连，每个警报模块171、172、173和174与每个分析模块181、182、183和184相连。
从每个信号获取模块161、162、163和164输入的信号与每个警报模块171、172、173和174相连。同时，由每个警报模块171、172、173和174接收和处理的信号与每个分析模块181、182、183和184共享。
上述的配置是本发明的示例实施例，它可以使对已有的硬件的变化最小，能以软件方式改变该配置，从而在没有安装变化等配置困难的情形下实现本发明的目的。
图4是根据本发明的示例实施例的综合监测方法的流程图。如图4所示，在将每个传感器模块安装在核设备中后，在操作S1中测量传感器信号。在操作S2中，利用DAQ板等综合地获取接收的传感器信号。在该例子中，在如图3所示配置完每个单独的硬件并分别获取信号后，可将传感器信号的综合获取配置为以软件方式进行交换。
接着，在操作S3中综合分析由综合分析单元等获取的信号。在该例子中，在操作S4中，当感测到根据预定条件可以产生警报的信号时，就会产生警报，并向工作人员等发送该警报。同时，如上所述，在综合获取传感器信号后、综合分析单元进行随后的分析操作前，当一个传感器中的数值大于表示危险的预定数值时，本发明可被配置为在操作S4中立即产生警报。
接着，在操作S5中，当分析完成时，存储信号，或者生成信号的数据库。
本发明中核设备被用作实例，然而，本发明也可用于在没有改变本发明某方面、需要监测、检查和评估结构完整性的所有结构和设备的范围中。
根据本发明的上述示例实施例，用于核设备的综合监测方法和使用该方法的系统可以交换安装在核设备中的异构传感器信号并综合地分析传感器信号。
同时，根据本发明的上述实施例，用于核设备的综合监测方法和使用该方法的系统可以在没有增加安装在核设备中的传感器数量的情形下，提供由传感器信号综合而得的准确、有用和不同的信息。
同时，根据本发明的上述实施例，用于核设备的综合监测方法和使用该方法的系统可以减少工作时间、由于传感器的增加从而减小辐射环境中的工作时间，并通过为工作人员提供核设备的快速安全警告来改进核设备的安全。
同时，根据本发明的上述实施例，用于核设备的综合监测方法和使用该方法的系统，通过综合地获取并分析各种传感器的测量信号，可以实现核设备的自动和准确监测和检查功能。
同时，根据本发明的上述实施例，用于核设备的综合监测方法和使用该方法的系统，可以通过产生综合分析单元的测量信号的数据库来制造仿真器，或者通过研究和分析过去的信号将过去的信号用作优化设计的数据。
尽管已经给出和说明了本发明的几个示例实施例，然而本发明并不受限于所述的示例实施例。相反，要理解，在没有背离本发明的原则和精神以及由权利要求所定义的范围下，本领域技术人员可以对这些示例实施例做出修改。

Claims (16)

1.一种综合监测系统，用于利用核能进行发电、材料提取或检测的核设备，所述系统包括：
传感器单元，包括与所述核设备相连的若干传感器模块，用于感测异构信号；
综合信号获取单元，与所述传感器单元相连，用于获取测量的信号；以及
综合分析单元，与所述综合信号获取单元相连并与之互相交换所述异构信号并分析所述异构信号。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述传感器单元包括：
第一传感器模块，用于探测由于所述核设备内部系统中的外来物质导致的冲击波；
第二传感器模块，用于探测所述系统中的泄漏或裂缝；
第三传感器模块，用于探测所述核设备的核反应堆内部结构的固有振动频率；以及
第四传感器模块，用于探测所述核设备中的冷却泵的机架和旋转轴的异常振动状态。
3.如权利要求2所述的系统，其中
所述第一传感器模块是安装在所述核设备的压力边界外侧的振动传感器。
4.如权利要求2所述的系统，其中所述第二模块是安装在所述核设备的压力边界外侧的对应于声音发射(AE)传感器的声音探测传感器。
5.如权利要求2所述的系统，其中所述第三传感器模块通过分析中子探测器的噪声信号分量来探测所述核设备的所述内部结构的固有振动频率。
6.如权利要求2所述的系统，其中所述第四传感器模块是振动传感器和非接触位移传感器。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述传感器单元测量所述核设备的振动，而且每个传感器测量的频率范围是不同的。
8.如权利要求1所述的系统，进一步包括警报单元，用于在所述综合分析单元的数值大于或等于预定数值时向工作人员发出警报。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述警报单元向所述工作人员提供至少一个可听警告信号和一个可视警告信号。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述综合分析单元包括辅助存储介质，并生成所述分析或测量信号的数据库。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述综合信号获取单元的数目和所述综合分析单元的数目等于所述传感器单元的数目，从所述综合信号获取单元接收的信号分别被提供给若干综合分析单元。
12.用于核设备的综合监测方法，所述方法包括：
配置用于感测所述核设备的异构信号的若干传感器模块，所述核设备用于利用核能进行发电、材料提取或检测；
获取从所述若干传感器模块生成的若干信号；
当所述若干信号中的任意一个的数值大于预定数值时以警报的方式进行通知；以及
交换并分析所述若干信号。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述配置包括如下配置：
第一传感器模块，用于探测由于所述核设备内部系统中的外来物质导致的冲击波；
第二传感器模块，用于探测所述系统中的泄漏或裂缝；
第三传感器模块，用于探测所述核设备的核反应堆内部结构的固有振动频率；以及
第四传感器模块，用于探测所述核设备中的冷却泵的机架和旋转轴的异常振动状态。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述若干传感器模块测量所述核设备的振动，每个传感器测量的频率范围是不同的。
15.如权利要求12所述的方法，其中，所述进行通知向工作人员提供至少一个可听警告信号和一个可视警告信号。
16.如权利要求12所述的方法，其中，所述交换和分析包括：
生成所述分析或测量信号的数据库。
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