CN105913884A - 一种核电站电气贯穿件气体状态监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种核电站电气贯穿件气体状态监测系统，包括：用于采集电气贯穿件内部气体的压力和温度数据，并将所采集的数据传送给上位机的气体状态监测组件；以及用于接收并存储气体状态监测组件传送来的数据，并计算每个电气贯穿件的泄漏率，同时通过显示屏实时显示每个电气贯穿件内部气体的压力、温度和泄漏率的上位机。本发明提供的系统可以对核电站现场的贯穿件气压进行实时检测，提高了气体状态监测装置的可靠性和贯穿件的安全性，并且降低了检察人员的工作难度；进而大大提高了核电站反应堆运行的安全性和设备运行的可靠性，同时也为设备可靠性维修和老化管理提供了依据。
Description
技术领域
本发明涉及监测系统技术领域，特别涉及一种核电站中电气贯穿件内气体的集中式监测系统。
背景技术
电气贯穿件是核电站中的一项重要设备，分布安装于核电站安全壳上的各个位置。除发挥保证电气设备正常供电的作用之外，电气贯穿件还须要在其寿命周期内以及事故状态时，保持密封性和安全壳压力边界的完整性，与安全壳一起构成反应堆的第三道屏障。
一个核电站的核岛内，通常有几十甚至上百个电气贯穿件，其内部一般充有一定压力的气体，保证其内部压力大于安全壳内外两侧的环境压力，即使电气贯穿件密封失效，发生较小时泄漏，短时间内可以保持气体从电气贯穿件内部向安全壳的内侧或外侧泄漏，可以保证安全壳内带辐射性的气体不会泄露到安全壳外。
目前核电站使用的电气贯穿件，一般安装有一个简易的压力监测组件。例如专利CN202662301U中，公开了一种在筒体组件上安装压力监测组件的贯穿件的形式。压力监测组件直接测量电气贯穿件内部的气压。在日常使用中，工作人员定期检查每一个贯穿件的压力监测组件，确定电气贯穿件内部的气压，以此判断电气贯穿件是否发生泄漏。如气压低到一定程度，则需要对贯穿件内部补气。如果泄漏速度过大，则需要维修或更换贯穿件。
这种压力监测组件能够反映出电气贯穿件内部气体的压力，检测方法比较简单，但是会有以下几点问题：
1、机械式的压力表读数不精确，加上每个贯穿件在安全壳上安装的位置不同，有些位置并不方便读数，会导致有较大的读数的误差。
2、工作人员通常间隔一段时间对贯穿件压力表进行读数。在间隔期间内，贯穿件的内部压力没有监测，如果贯穿件发生较大的泄漏，很短时间内筒体内的气体将漏光，有可能导致安全壳内放射性气体泄漏。
3、每个贯穿件仅有一个压力表进行气体检测，一旦此压力表出现了故障，又未被及时发现，很可能会导致此贯穿件长期失去压力监测。
4、机械式的压力表没有报警装置，无论是贯穿件内气体漏光还是气体泄漏率超标，都无法进行报警，需要人工凭借经验判断。
5、随着核电技术的发展，新型核电站内电气设备的排布空间越来越紧密，电气贯穿件由于不需要进行频繁的人工操作，通常被安装在电器柜或者电缆桥架的上方，给工作人员检查其压力表度数造成了很大的困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何保证气体状态监测的可靠性和贯穿件的安全性，同时降低检察人员的工作难度。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种核电站电气贯穿件气体状态监测系统，其特征在于，包括：
用于采集电气贯穿件内部气体的压力和温度数据，并将所采集的数据传送给上位机的气体状态监测组件；以及
用于接收并存储气体状态监测组件传送来的数据，并计算每个电气贯穿件的泄漏率，同时通过显示屏实时显示每个电气贯穿件内部气体的压力、温度和泄漏率的上位机。
优选地，每个电气贯穿件上分别设有一所述气体状态监测组件，相邻气体状态监测组件之间通过总线串联，首尾气体状态监测组件均连接所述上位机。
优选地，所述总线采用CAN总线。
优选地，所述气体状态监测组件包括：
用于监测电气贯穿件内部气体压力的机械式压力表和压力传感器；
用于测量电气贯穿件内部气体温度的温度传感器；以及
用于将所述压力传感器和温度传感器采集的数据转换为总线信号用于信号传输的第一总线模块。
优选地，所述上位机包括：
用于接收所述第一总线模块传来的总线信号并传输给工控机的第二总线模块；
用于接收第二总线模块传来的信号，并进行计算、处理、存储的工控机；以及
用于显示工控机输出和指令输入的显示屏。
优选地，所述显示屏为人机交互触摸屏。
优选地，所述显示屏设有USB接口、Ethernet接口、CF卡接口。
优选地，当某个电气贯穿件的内部气压小于规定限制，或内部气体温度高于规定值，或泄漏率大于规定限制时，上位机发出报警。
优选地，所述泄漏率的具体计算方法如下：
L＝(V1-V2)/s
其中，L为泄漏率，V1为第一状态下的气体体积，V2为第二状态下的气体体积，s为间隔时间；
V1、V2由下式计算可得：
V＝nRT/p
其中，p是气体的压强，V为气体的体积，n表示气体物质的量，T是示理想气体的热力学温度，R为理想气体常数。
本发明提供了一种基于分布式控制系统的气体状态监测系统，在电气贯穿件上安装了机械式和电子式的双重气体状态监测组件，不仅有机械式的压力表和压力传感器同时监测贯穿件内部的气压，还有温度传感器测量气体温度，更全面地测量气体状态。将所有的电气贯穿件气体监测的传感器信息通过总线传输到系统上位机，上位机带有报警、提示和数据记录、分析等功能，能够智能判断电气贯穿件微小泄漏。该系统不仅能对贯穿件气压实时检测，在气压低于一定的限制时进行报警，还能结合其他类似的电气贯穿件的情况，和该电气贯穿件体内的温度情况，通过数据处理，计算出是否有某个贯穿件泄漏率超标，提醒检察人员重点关注。
本发明提供的系统克服了现有技术的不足，可以对核电站现场的贯穿件气压进行实时检测，提高了气体状态监测装置的可靠性和贯穿件的安全性，并且降低了检察人员的工作难度；进而大大提高了核电站反应堆运行的安全性和设备运行的可靠性，同时也为设备可靠性维修和老化管理提供了依据。
附图说明
图1为本实施例提供的核电站电气贯穿件气体状态监测系统示意图；
图2为气体状态监测组件的组成图；
图3为上位机的组成图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
图1为本实施例提供的核电站电气贯穿件气体状态监测系统示意图，所述的核电站电气贯穿件气体状态监测系统包括电气贯穿件、气体状态监测组件和上位机。电气贯穿件安装于核电站安全壳上，电气贯穿件内部充有一定压力的氮气；每个电气贯穿件上分别安装一气体状态监测组件，相邻气体状态监测组件之间通过总线串联，首尾气体状态监测组件都接入上位机。
总线采用CAN总线，具有更好的抗干扰能力和传输距离。
如图2所示为气体状态监测组件的组成图，气体状态监测组件包含：用于监测电气贯穿件内部气体压力的机械式压力表和压力传感器，用于测量电气贯穿件内部气体温度的温度传感器，以及用于将压力传感器和温度传感器采集的信号转换为总线信号用于信号传输的第一总线模块。
如图3所示为上位机的组成图，上位机包含：用于收发信息的第二总线模块，用于计算、处理、存储数据的工控机，以及用于显示输出和指令输入的显示屏。
显示屏带有USB接口、Ethernet接口、CF卡接口，方便工作人员记录、读取数据，远程监控等。
工作时，压力传感器和温度传感器实时采集电气贯穿件内部气体的压力和温度信号，并将所采集信号传送到每个气体状态监测组件的第一总线模块内。第一总线模块将该信号转为总线信号，并通过连接的总线将总线信号传输到上位机的第二总线模块，第二总线模块再传输到工控机内进行计算分析，最后将结果显示到显示屏。
显示屏在工作时，可以显示所有电气贯穿件内部气体的温度、压力以及泄漏率的值。正常无报警状态时，贯穿件显示框默认为白色。同时，通过点击显示屏上对应的电气贯穿件编号，可以读取该电气贯穿件内部气体温度压力变化的曲线。当某个电气贯穿件内部气压小于规定限制时，触摸屏上对应编号的电气贯穿件会亮红灯发出报警，提示工作人员需要核对电气贯穿件本体上的机械式的压力表确认压力情况，及时对该电气贯穿件补气。当某个电气贯穿件内部气体温度高于规定值时，触摸屏上对应编号的电气贯穿件也会亮红灯报警，提示工作人员需要进一步仔细观察电气贯穿件运行情况。
同时，显示屏上还会显示每个电气贯穿件的泄漏率，这个泄漏率是基于电气贯穿件在较长一段时间内的气体压力变化，综合考虑了气体温度变化，根据标准气体状态方程计算得出的。泄漏率L的具体计算方法如下：
L＝(V1-V2)/s
其中，V1为第一状态下的气体体积，V2为第二状态下的气体体积，s为间隔时间。V1、V2由下式计算可得：
V＝nRT/p
其中，p是气体的压强，V为气体的体积，n表示气体物质的量，T是示理想气体的热力学温度，R为理想气体常数。
当某个电气贯穿件泄漏率大于规定限制时，触摸屏上对应编号的电气贯穿件也会亮红灯发出报警，提示工作人员需要进一步用更精确的方式，判断电气贯穿件的泄漏情况，并采取适当的措施。同时，工控机还会存储所有电气贯穿件气体状态的压力、温度、泄漏率等参数的历史数据，供检查人员参考。
本实施例采用分布采集、集中处理的结构组成核电站电气贯穿件气体状态监测系统。采用了气体状态监测组件，既可以用高精度的传感器测量气体状态，实现运算、报警、数据存储等功能，又保留了原有的机械式压力表，防止在系统出现意外失效时电气贯穿件处于无法监测的状态。
上位机上的气体状态监测软件，不仅带有报警、提示和数据记录、分析等功能，更能够智能判断电气贯穿件微小泄漏。相比以往的贯穿件，只能在核电厂停堆大修时，用很复杂的氦检漏法对某些贯穿件进行逐一检漏，此系统是很大的进步。
通过总线控制、分布式控制系统，进行所有压力变送器的数据记录和处理，不仅能适用于气压监测，更为今后对贯穿件绝缘电阻、焊缝状态的在线监测提供了平台。
本实施例提供的核电站电气贯穿件气体状态监测系统提高了电气贯穿件气体状态监测的可靠性，大大降低了人因失误的概率和检察人员的工作量。在新型核电站中，电气贯穿件的数量不断增加，安装空间过于拥挤，读取压力表示数不方便，本实施例提供的核电站电气贯穿件气体状态监测系统将大大降低工作人员对电气贯穿件气压监测的难度。
Claims (9)
1.一种核电站电气贯穿件气体状态监测系统，其特征在于，包括：
用于采集电气贯穿件内部气体的压力和温度数据，并将所采集的数据传送给上位机的气体状态监测组件；以及
用于接收并存储气体状态监测组件传送来的数据，并计算每个电气贯穿件的泄漏率，同时通过显示屏实时显示每个电气贯穿件内部气体的压力、温度和泄漏率的上位机。
2.如权利要求1所述的一种核电站电气贯穿件气体状态监测系统，其特征在于：每个电气贯穿件上分别设有一所述气体状态监测组件，相邻气体状态监测组件之间通过总线串联，首尾气体状态监测组件均连接所述上位机。
3.如权利要求2所述的一种核电站电气贯穿件气体状态监测系统，其特征在于：所述总线采用CAN总线。
4.如权利要求1所述的一种核电站电气贯穿件气体状态监测系统，其特征在于：所述气体状态监测组件包括：
用于监测电气贯穿件内部气体压力的机械式压力表和压力传感器；
用于测量电气贯穿件内部气体温度的温度传感器；以及
用于将所述压力传感器和温度传感器采集的数据转换为总线信号用于信号传输的第一总线模块。
5.如权利要求4所述的一种核电站电气贯穿件气体状态监测系统，其特征在于：所述上位机包括：
用于接收所述第一总线模块传来的总线信号并传输给工控机的第二总线模块；
用于接收第二总线模块传来的信号，并进行计算、处理、存储的工控机；以及
用于显示工控机输出和指令输入的显示屏。
6.如权利要求1所述的一种核电站电气贯穿件气体状态监测系统，其特征在于：所述显示屏为人机交互触摸屏。
7.如权利要求1或6所述的一种核电站电气贯穿件气体状态监测系统，其特征在于：所述显示屏设有USB接口、Ethernet接口、CF卡接口。
8.如权利要求1所述的一种核电站电气贯穿件气体状态监测系统，其特征在于：当某个电气贯穿件的内部气压小于规定限制，或内部气体温度高于规定值，或泄漏率大于规定限制时，上位机发出报警。
9.如权利要求1所述的一种核电站电气贯穿件气体状态监测系统，其特征在于：所述泄漏率的具体计算方法如下：
L＝(V1-V2)/s
其中，L为泄漏率，V1为第一状态下的气体体积，V2为第二状态下的气体体积，s为间隔时间；
V1、V2由下式计算可得：
V＝nRT/p
其中，p是气体的压强，V为气体的体积，n表示气体物质的量，T是示理想气体的热力学温度，R为理想气体常数。
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