CN101968974B - 一种核电站反应堆保护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种核电站反应堆保护系统，包括：至少一个下层采集装置，所述下层采集装置与核电站反应堆的一个仪表组相连，所述仪表组包括过程测量仪表和核仪表，所述下层采集装置采集并处理过程测量仪表的过程信号以及核仪表产生的核功率信号，与设定的过程信号阈值和核功率信号阈值比较产生数字量信号；上层处理装置，与所述下层采集装置连接，接收下层采集装置产生的数字量信号，并对所述数字量信号进行预设逻辑处理后产生停堆信号和专设驱动信号。实施本发明的核电站反应堆保护系统，通过对反应堆信号进行数字化的处理，与模拟技术相比，自动化程度高，且在改善核电厂可用性、可靠性、可维修性、经济性、抗过时性以及灵活性方面具有较大的优势。

Description

一种核电站反应堆保护系统
技术领域
本发明涉及仪表控制技术领域，更具体地说，涉及一种核电站反应堆保护系统。
背景技术
反应堆保护系统的功能主要是保护三大核安全屏障(燃料包壳、一回路压力边界和安全壳)的完整性，当运行参数达到危及三大屏障完整性的阈值时，保护系统动作触发反应堆紧急停堆和启动专设安全设施。
请参阅图1，为现有核电站模拟式反应堆保护系统的结构示意图。如图1所示，该模拟式反应堆保护系统首先通过多个仪表组采集模拟量信号，如第一仪表组21至第四仪表组24，每个仪表组由过程测量仪表和核仪表组成。这些仪表组的传感器设置在反应堆现场用以检测反应堆现场的过程信号和核功率信号等，如第一传感器11至第四传感器14。随后，这些采集的模拟量信号被传送到冗余配置的第一保护系统30A和第二保护系统30B进行处理。
在第一保护系统30A中，配置了4个隔离部件(第一隔离部件41A至44A)分别接收第一仪表组21至第四仪表组24采集的模拟量信号。隔离部件为去耦组件，将每个仪表组采集的信号分成多路。接着设置4个逻辑单元分别对其进行运算，其中第一逻辑单元51A和第二逻辑单元52A分别对4组模拟量信号进行运算并通过第一逻辑输出单元60A进行“与”运算获得停堆信号控制反应堆紧急停堆。同时，第三逻辑单元53A和第四逻辑单元54A分别对4组模拟量信号进行运算并通过第一逻辑输出单元60A进行“与”运算获得专设驱动信号以驱动专设安全设施。由于第二保护系统30B与第一保护系统30A互为冗余，因此其结构与连接关系与之对应。
上述的模拟式反应堆保护系统主要经过由继电器电路构成的隔离部件与由计算单元模拟卡件构成的逻辑单元搭建，所以整个系统的自动化程度低、系统结构庞大、在线测试性差、故障诊断和定位困难，同时仪表设备的精度低、漂移大，降低了运行的裕量，增大了不确定度。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有模拟式反应堆保护系统的上述自动化程度低且精度低等缺陷，提供一种数字式核电站反应堆保护系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供了一种核电站反应堆保护系统，包括：
至少一个下层采集装置，所述下层采集装置与核电站反应堆的一个仪表组相连，所述仪表组包括过程测量仪表和核仪表，所述下层采集装置采集并处理过程测量仪表的过程信号以及核仪表产生的核功率信号，与设定的过程信号阈值和核功率信号阈值比较产生数字量信号；
上层处理装置，所述上层处理装置与所述下层采集装置连接，用于接收下层采集装置产生的数字量信号，并对所述数字量信号进行预设逻辑处理后产生停堆信号和专设驱动信号以实现反应堆紧急停堆并启动专设安全设施。
实施本发明的核电站反应堆保护系统，具有以下有益效果：通过对核反应堆的过程测量仪表和核仪表信号进行定值比较产生数字量信号，并采用由数字化处理器构成的上层处理装置对数字量信号经过预设逻辑处理后产生停堆信号和专设驱动信号，在此过程中实现了数字化的处理，与模拟技术相比，自动化程度和精度高，且在改善核电厂可用性、可靠性、可维修性、经济性、抗过时性以及灵活性方面具有较大的优势。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是现有核电站模拟式反应堆保护系统的结构示意图；
图2是本发明核电站反应堆保护系统一较佳实施例的结构示意图；
图3是本发明核电站反应堆保护系统一较佳实施例的具体结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
请参阅图2，为本发明核电站反应堆保护系统一较佳实施例的结构示意图。如图2所示，本发明实施例提供的核电站反应堆保护系统，包括至少一个下层采集装置以及至少一个上层处理装置。在本实施例中，设置了4个下层采集装置，分别为第一下层采集装置101、第二下层采集装置102、第三下层采集装置103和第四下层采集装置104。本实施例提供的下层采集装置连接了设于核反应堆现场的4个仪表组，即第一仪表组301、第二仪表组302、第三仪表组303和第四仪表组304。其中每个仪表组包括过程测量仪表和核仪表。上述每个下层采集装置都与核电站反应堆的一个仪表组相连，采集并处理过程测量仪表的过程信号以及核仪表产生的核功率信号，与设定的过程信号阈值和核功率信号阈值比较产生数字量信号，例如0或1。例如，设超过阈值产生的信号为1，否则为0。本发明中所述的过程信号阈值和核功率信号阈值可以根据需要设置，例如根据核电站机反应堆的功率来设置不同的取值，也可以结合其它因素来设置。第一下层采集装置101通过第一仪表组301采集并处理过程测量仪表的过程信号以及核功率信号。上层处理装置则与所有下层采集装置连接，接收下层采集装置产生的数字量信号，并对所述数字量信号进行预设逻辑处理后产生停堆信号和专设驱动信号。如第一上层处理装置201接收第一下层采集装置101至第四下层采集装置104产生的数字量信号经预设逻辑运算产生停堆信号和专设驱动信号。
请参阅图3，为本发明核电站反应堆保护系统一较佳实施例的具体结构示意图。下面结合图2和图3对本发明的实施进一步说明。
每个下层采集装置都包括过程仪表处理单元、核测单元、采集处理器子系统。过程仪表处理单元与该下层采集装置对应的过程测量仪表相连，用于向过程测量仪表进行供电，并采集过程测量仪表的过程信号。核测单元与该下层采集装置对应的核仪表相连，用于采集和处理核仪表产生的核功率信号；采集处理器子系统与过程仪表处理单元和核测单元相连，用于将过程信号和核功率信号与设定的过程信号阈值和核功率信号阈值比较产生数字量信号。更进一步地，可以配置两个具有多样性的采集处理器子系统，分别采用不同的逻辑计算产生第一数字量信号和第二数字量信号。本发明中所采用的术语“多样性”是指为执行某一确定功能而设置两个或多个多重部件或系统，这些不同部件或系统具有不同属性，从而减少了共同故障的可能性。对于核电站反应堆保护系统而言，多样性的设置尤为重要，通过设置不同的部件，可以减少保护系统输出信号的误动，提高了保护系统的可靠性。下面对第一下层采集装置101的结构进行描述，而其它下层采集装置的结构与之对应，在此不在赘述。第一下层采集装置101包括第一过程仪表处理单元111、第一核测单元121、采集处理器第一子系统131和采集处理器第二子系统141。其中，第一过程仪表处理单元111与第一过程测量仪表311相连，用于向第一过程测量仪表311进行供电，并采集第一过程测量仪表311的过程信号。第一核测单元121与第一核仪表321相连，用于采集和处理第一核仪表321产生的核功率信号。为了系统多样性的需要，采集处理器第一子系统131还包括第一采集处理器和第二采集处理器，即采用两个APU(Accelerated Processing Units，加速处理器)分别对第一过程仪表处理单元111采集的信号与第一核测单元121采集的核功率信号进行比较产生具有多样性的数字量信号。同时，采集处理器第二子系统141也包括第三采集处理器和第四采集处理器，对第一过程仪表处理单元111采集的过程信号与第一核测单元121采集的核功率信号进行比较产生数字量信号。由此，采集处理器第一子系统131和采集处理器第二子系统141分别获得了一个数字量信号，分别为第一数字量信号和第二数字量信号。同样，第二下层采集装置102、第三下层采集装置103和第四下层采集装置104都能产生第一数字量信号和第二数字量信号，且这些第一数字量信号通过数据线相连，第二数字量信号通过数据线相连，并通过设置的支路单元(TU-Tributary Unit，TU)提供低阶通道层(下层采集装置)和高阶通道层(上层采集装置)之间适配的信息结构，从而将上述各个下层采集装置产生的第一数字量信号和第二数字量信号传送给上层采集装置，以实现通信
在本实施例中，可以进一步冗余配置上层处理装置。例如第一上层处理装置201和第二上层处理装置202，分别构成两个通道独立运算产生停堆信号和专设驱动信号。每个上层处理装置都包括具有多样性的第一驱动逻辑单元和第二驱动逻辑单元，以及停堆信号输出逻辑单元和专设信号输出逻辑单元。下面对第一上层处理装置201的具体结构进行描述，而其它上层采集装置的结构与之对应，在此不再赘述。第一上层处理装置201包括第一驱动逻辑单元211、第二驱动逻辑单元221、第一停堆信号输出逻辑单元231和第一专设信号输出逻辑单元241。第一驱动逻辑单元211、第二驱动逻辑单元221分别对多个下层采集装置产生的第一数字量信号和第二数字量信号进行逻辑运算，每个驱动逻辑单元都生成初级停堆信号和初级专设驱动信号。例如第一驱动逻辑单元211对多个下层采集装置产生的第一数字量信号进行处理，生成初级停堆信号和初级专设驱动信号。更进一步地，每个逻辑驱动单元都包括具有多样性的的两个半逻辑单元，即ALU(Arithmetic Logic Unit，算术逻辑单元)，分别为逻辑“x”和逻辑“y”，即第一逻辑驱动单元211包括第一半逻辑单元211x和第二半逻辑单元211y。其中第一半逻辑单元211x接收上述第一数字量信号并进行运算产生第一初级停堆信号和第一初级专设驱动信号，第二半逻辑单元211y接收第一数字量信号并进行运算产生第二初级停堆信号和第二初级专设驱动信号。逻辑“x”可以采用例如4组第一数字量信号中2组为“1”则输出高电平，逻辑“y”可以采用例如4组第一数字量信号中4组委“1”则输出高电平，从而实现具有多样性的结果，以保证最后输出的停堆信号和专设驱动信号的合理性。随后第一停堆信号输出逻辑单元231分别与所述第一驱动逻辑单元211和第二驱动逻辑单元221相连，根据第一驱动逻辑单元与第二驱动逻辑单元输出的初级停堆信号进行逻辑运算以产生停堆信号。停堆信号输出逻辑单元包括冗余配置的两组逻辑门，分别先对第一驱动逻辑单元生成的两个初级停堆信号进行与运算，对第二驱动逻辑单元生成的两个初级停堆信号进行与运算，再对第一驱动逻辑单元和第二驱动逻辑单元的与运算结果进行或运算，以获得冗余的第一停堆信号和第二停堆信号。例如，第一组逻辑门先对第一驱动逻辑单元211的第一半逻辑单元211x输出的第一初级停堆信号与第二半逻辑单元211y输出的第二初级停堆信号进行“与”运算，同时对第二驱动逻辑单元221的第一半逻辑单元221x输出的第一初级停堆信号与第二半逻辑单元221y输出的第二初级停堆信号进行“与”运算，然后再对两个“与”运算的结果进行“或”运算，从而获得第一停堆信号。另一组逻辑门也采用“与”门和“或”门实现上述运算过程，得到第二停堆信号。而另一个上层处理装置202也会产生对应的第一停堆信号和第二停堆信号。这些停堆信号与后续专门的仪控系统连接实现控制。
第一专设信号输出逻辑单元241，分别与所述第一驱动逻辑单元211和第二驱动逻辑单元221相连，根据第一半逻辑单元211x、221x和第二半逻辑单元211y、221y的输出的初级专设驱动信号进行逻辑运算以产生专设驱动信号。第一专设信号输出逻辑单元241包括“或”门。即对第一驱动逻辑单元211的第一半逻辑211x和第二半逻辑211y输出的第一初级专设驱动信号和第二初级专设驱动信号进行“或”运算，以得到第一专设驱动信号。对第二驱动逻辑单元221的第一半逻辑221x和第二半逻辑221y输出的第一初级专设驱动信号和第二初级专设驱动信号进行“或”运算，以得到第二专设驱动信号。同样第二上层处理装置202也将获得这样的第一专设驱动信号和第二专设驱动信号，以满足专设安全设施输入的多样性的要求。
值得一提的是，在本发明中还在所述专设信号输出逻辑单元后设置了优先级驱动控制单元。即在第一专设信号输出逻辑单元241后设置了第一优先级驱动控制单元251，从而有效控制信号驱动专设安全设施。相应地，在第二专设信号输出逻辑单元242后设置了第二优先级驱动控制单元252。每个优先级驱动控制单元可以采用一个主板，例如AV42模块，以对其驱动信号进行优选，再连接到后续的专门的仪控系统以实现控制。
本发明的核电站反应堆保护系统通过对核反应堆的过程测量仪表和核仪表信号进行定值比较产生数字量信号，并通过由数字化处理器构成的上层处理装置对数字量信号经过预设逻辑处理后产生停堆信号和专设驱动信号，在此过程中实现了数字化的处理，与模拟技术相比，自动化程度和精度高，且在改善核电厂可用性、可靠性、可维修性、经济性、抗过时性以及灵活性方面具有较大的优势。
本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合或材料，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims (10)

1.一种核电站反应堆保护系统，其特征在于，包括：
至少一个下层采集装置，所述下层采集装置与核电站反应堆的一个仪表组相连，所述仪表组包括过程测量仪表和核仪表，所述下层采集装置采集并处理过程测量仪表的过程信号以及核仪表产生的核功率信号，与设定的过程信号阈值和核功率信号阈值比较产生数字量信号；
上层处理装置，所述上层处理装置与所述下层采集装置连接，用于接收下层采集装置产生的数字量信号，并对所述数字量信号进行预设逻辑处理后产生停堆信号和专设驱动信号以实现反应堆紧急停堆并启动专设安全设施。
2.根据权利要求1所述的核电站反应堆保护系统，其特征在于，所述下层采集装置包括：
过程仪表处理单元，与该下层采集装置对应的过程测量仪表相连，用于向所述过程测量仪表进行供电，并采集过程测量仪表的过程信号；
核测单元，与该下层采集装置对应的核仪表相连，用于采集和处理核仪表产生的核功率信号；
采集处理器子系统，所述采集处理器子系统与所述过程仪表处理单元和核测单元相连，用于将过程信号和核功率信号与设定的过程信号阈值和核功率信号阈值进行比较产生数字量信号。
3.根据权利要求2所述的核电站反应堆保护系统，其特征在于，所述采集处理器子系统为具有多样性的两个采集处理器子系统，分别采用不同的逻辑计算产生第一数字量信号和第二数字量信号。
4.根据权利要求2或3所述的核电站反应堆保护系统，其特征在于，每个所述采集处理器子系统包括具有多样性的两个采集处理器。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的核电站反应堆保护系统，其特征在于，所述上层处理装置为冗余配置的第一上层处理装置和第二上层处理装置。
6.根据权利要求5所述的核电站反应堆保护系统，其特征在于，每个所述上层处理装置包括：
具有多样性的第一驱动逻辑单元与第二驱动逻辑单元，分别对多个下层采集装置产生的第一数字量信号和第二数字量信号进行逻辑运算，每个驱动逻辑单元都生成初级停堆信号和初级专设驱动信号；
停堆信号输出逻辑单元，分别与所述第一驱动逻辑单元和第二驱动逻辑单元相连，根据第一驱动逻辑单元与第二驱动逻辑单元输出的初级停堆信号进行逻辑运算以产生停堆信号；
专设信号输出逻辑单元，分别与所述第一驱动逻辑单元和第二驱动逻辑单元相连，根据第一驱动逻辑单元与第二驱动逻辑单元输出的初级专设驱动信号进行逻辑运算以产生专设驱动信号。
7.根据权利要求6所述的核电站反应堆保护系统，其特征在于，所述第一驱动逻辑单元包括具有多样性的第一半逻辑单元和第二半逻辑单元，其中第一半逻辑单元生成第一初级停堆信号和第一初级专设驱动信号，第二半逻辑单元生成第二初级停堆信号和第二初级专设驱动信号；所述第二驱动逻辑单元与第一驱动逻辑单元具有多样性。
8.根据权利要求7所述的核电站反应堆保护系统，其特征在于，所述停堆信号输出逻辑单元包括冗余配置的两组逻辑门，分别先对第一驱动逻辑单元生成的两个初级停堆信号进行与运算，对第二驱动逻辑单元生成的两个初级停堆信号进行与运算，再对第一驱动逻辑单元和第二驱动逻辑单元的与运算结果进行或运算，以获得冗余的第一停堆信号和第二停堆信号。
9.根据权利要求7所述的核电站反应堆保护系统，其特征在于，所述专设信号输出逻辑单元对第一驱动逻辑单元生成的第一初级专设驱动信号和第二初级专设驱动信号进行或运算，以获得第一专设驱动信号；并对第二驱动逻辑单元生成的第一初级专设驱动信号和第二初级专设驱动信号进行或运算，以获得第二专设驱动信号。
10.根据权利要求9所述的核电站反应堆保护系统，其特征在于，所述专设信号输出逻辑单元后还连接有优先级驱动控制单元，以对专设驱动信号进行优选控制。
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