CN106205754B - 一种用于检测核电站反应堆压力容器水位的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于检测核电站反应堆压力容器水位的装置和方法，该装置包括用于获取堆芯出口冷却剂的过冷度信号和主泵状态信号的堆芯冷却监测仪；用于接收所述过冷度信号,并识别所述过冷度信号所处的温度区间的堆芯冷却状态识别模块；用于根据所述主泵状态信号和所述过冷度信号所处的温度区间，计算得到预测压力容器水位的压力容器水位预测模块，本发明通过对压力容器水位的预测，实现了对压力容器水位的持续监测，为操纵员正确判断压力容器水装置恶化程度提供了手段；本发明同时提出根据压力容器水位判断燃料包壳温度的恶化程度，弥补了燃料包壳温度无法直接测量的不足，为操纵员正确判断堆芯冷却状态，进而采取有效缓解措施提供依据。

Description

一种用于检测核电站反应堆压力容器水位的装置和方法

技术领域

本发明涉及核安全技术领域，特别涉及一种针对压水堆核电站的根据堆芯出口冷却剂过冷度预测压力容器水位的方法和装置。

背景技术

压水堆核电站一般通过稳压器水位仪表检测一回路水装量，而在实际应用中，如果压力容器内冷却剂为汽液两相，则稳压器水位并不能真实反映一回路实际的水装量，错误的水装量信息可能导致操纵员对堆芯冷却状态的错误诊断，进而影响事故处理进程，使事故朝向恶化的方向发展。

目前压力容器水位监测仪表根据类型的不同，主要分以下几种：(1)通过测量压力容器底部与顶部的差压，或热管段与压力容器底部的差压实现压力容器水位测量；(2)利用稳态导向管，通过热辐射实现压力容器上腔室的水位测量；(3)测量空泡份额和压力容器顶盖内的冷却剂温度；(4)使用热电偶测量固定水位。其中，由于空泡份额的测量较难直接实现，通过热辐射测量水位并不能覆盖压力容器低于热管段的部分，所以使用较多的方案是通过测量压力容器底部和顶部的差压实现压力容器水位测量，以及使用热电偶测量固定的压力容器水位值。

核电站安全法规要求在发生一回路小破口，冷却剂失流事故时，燃料包壳温度不能超过1204℃，以确保堆芯不会融化。受限于目前技术水平，燃料包壳温度无法直接测量，因此，尚未有供操纵员使用的能直接判断燃料包壳温度恶化程度的装置。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

在使用测量压力容器底部和顶部的差压实现压力容器水装量监测的方法中，使用了两列测量的压力容器底部的引压管线独立连接至压力容器底部中心处。但是由于这两列压力容器水位测量共用引压管线，所以不能实现这两列的完全冗余，不能够完全满足单一故障准则，使得操纵员无法对压力容器水位实施有效监测。

在使用热电偶测量固定水位的方法中，压力容器水位的测量结果是离散的，不能连续反映水位的变化趋势。同时，测量结果也受探测端安装的数量及位置的限制。

以上两种方法中均未提供监测燃料包壳温度恶化程度的手段。

发明内容

本发明针对在压力容器水位测量系统因排气管破口或其它原因失效时，压力容器水装量恶化程度判断不准确和燃料包壳温度无法直接测量的问题，提供了一种用于检测核电站反应堆压力容器水位的装置和方法。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：

本发明提供了一种用于检测核电站反应堆压力容器水位的装置，根据堆芯出口冷却剂过冷度预测所述水位，所述装置包括：

堆芯冷却监测仪：连接所述压力容器，用于获取堆芯出口冷却剂的过冷度信号和主泵状态信号；

堆芯冷却状态识别模块，连接堆芯冷却监测仪，用于接收所述过冷度信号，并识别所述过冷度信号所处的温度区间；

压力容器水位预测模块，连接所述堆芯冷却状态识别模块和堆芯冷却监测仪，接收所述主泵状态信号，并根据所述主泵状态信号和所述过冷度信号所处的温度区间，计算得到预测压力容器水位；

压力容器水位显示模块，连接所述压力容器水位预测模块，用于显示所述预测压力容器水位。

根据上述装置，所述压力容器水位预测模块包括存储模块，接收模块，查询模块；

存储模块用于建立主泵状态信号和过冷度信号所处的温度区间的对应关系表，所述主泵状态信号包括至少一台主泵的开启或者关闭信号，所述过冷度信号所处的温度区间包括4个不同温度区间；

接收模块用于接收所述过冷度信号所处的其中之一的温度区间信号以及至少一主泵开启或关闭信号；

查询模块用于根据所接收的其中之一的温度区间信号以及主泵开启或关闭信号查询所述关系表，得到所述预测压力容器水位。

根据上述装置，所述4个不同温度区间包括：

堆芯出口冷却剂的过冷度<-ε(堆芯出口冷却剂的过冷度测量的不确定度)时，表明堆芯冷却剂处于绝对过热状态，压力容器排空；

-ε≤堆芯出口冷却剂的过冷度<ε时，表明堆芯冷却剂处于汽液两相阶段；

ε≤堆芯出口冷却剂的过冷度<ε+SC1(考虑不凝气体进入压力容器对堆芯出口冷却剂的过冷度引入的附加误差)，表明只有当不凝气体进入压力容器內时，堆芯冷却剂的过冷边界才可能不丧失；

ε+SC1≤堆芯出口冷却剂的过冷度，表明堆芯冷却剂的过冷边界未丧失。

其中：ε为堆芯出口冷却剂的过冷度测量的不确定度，

堆芯出口冷却剂的过冷度>ε表明堆芯冷却剂仍未失去过冷边界；

SC1为考虑不凝气体进入压力容器对堆芯出口冷却剂的过冷度引入的附加误差。

根据上述装置，所述装置还包括选择开关，分别连接所述压力容器水位预测模块，所述压力容器水位显示模块和所述堆芯冷却监测仪，

所述堆芯冷却监测仪还用于获取实测压力容器水位信号和压力容器水位测量可用状态信号，

所述选择开关用于接收实测压力容器水位信号和压力容器水位测量可用状态信号，在所述压力容器水位测量可用状态信号正常时，所述选择开关用于将实测压力容器水位信号传输给所述压力容器水位显示模块；

在所述压力容器水位测量可用状态信号故障时，通过所述选择开关用于将所述预测压力容器水位信号传输给所述压力容器水位显示模块。

根据上述装置，所述装置还包括一回路压力测量仪，安装在一回路中，用于测量一回路的压力信号，

临界水位判断模块，连接所述选择开关，用于接收并判断所述选择开关输出的压力容器水位信号是否低于第一预设条件；

计算模块：分别连接所述临界水位判断模块，堆芯冷却监测仪和一回路压力测量仪，用于分别接收压力容器水位信号和一回路压力信号、所述主泵状态信号以及一回路压力信号，并判断所述压力容器水位信号是否满足所述第一预设条件，所述一回路压力信号是否满足第二预设条件，以及所述主泵状态信号是否满足第三预设条件，并在所述压力容器水位信号、一回路压力信号以及主泵状态信号同时满足相应的预设条件时，发出报警信号；

报警模块：连接所述计算模块，用于接收所述报警信号，指示燃料包壳温度超过预设温度，防止燃料包壳因高温而恶化。

根据上述装置，所述第一预设条件为所述压力容器水位信号低于临界水位，所述临界水位是在一回路特定压力下燃料包壳温度达到一预设温度时所对应的压力容器水位，所述临界水位随一回路压力变化而变化；

所述第二预设条件为获取的所述一回路压力低于主蒸汽安全阀的整定压力；

所述第三预设条件为所述主泵状态信号表示所有主泵停运时的状态。

根据上述装置，所述预设温度为1204℃。

根据上述装置，所述压力容器水位信号来源于所述预测压力容器水位信号或实测压力容器水位信号，

所述选择开关还用于根据所述压力容器水位测量可用状态信号,选择将所述预测压力容器水位信号或实测压力容器水位信号传输至临界水位判断模块。

根据上述装置，所述选择开关在所述压力容器水位测量可用状态信号正常时，将实测压力容器水位信号传输给所述临界水位判断模块；

所述选择开关在所述压力容器水位测量可用状态信号故障时，将预测压力容器水位信号传输给所述临界水位判断模块。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过堆芯冷却监测仪获取过冷度信号、主泵状态信号、实测压力容器水位信号和压力容器测量可用状态信号，然后根据过冷度信号和主泵状态信号计算得到预测压力容器水位，根据压力容器测量可用状态信号，由选择开关选择输出实测压力容器水位或预测压力容器水位，实现了对压力容器水位的持续监测，为操纵员正确判断压力容器水装量恶化程度提供手段；

通过临界水位判断模块、堆芯冷却监测仪和一回路压力测量仪来接收压力容器水位信号、主泵状态信号和一回路压力信号，然后当获取的压力容器水位信号满足第一预设条件、当主泵状态信号满足第二预设条件、以及当一回路压力信号同时也满足第三预设条件时，发出报警信号。弥补了燃料包壳温度无法直接测量的不足，为操纵员正确判断堆芯冷却状态提供依据。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种用于检测核电站反应堆压力容器水位的装置的结构示意图。

图2是本发明实施例一提供的一种压力容器水位预测模块的结构示意图。

图3是本发明实施例一提供的根据堆芯出口冷却剂预测压力容器水位的流程判断图。

图4是本发明实施例一提供的堆芯出口冷却剂的过冷度与压力容器水位之间的曲线关系图。

图5是本发明实施例一提供的显示模块的数据显示图。

图6是本发明实施例一提供的另一用于检测核电站反应堆压力容器水位的装置的结构示意图。

图7是本发明实施例二提供的一种用于检测核电站反应堆压力容器水位流程图。

图8是本发明实施例二提供的随一回路压力变化而变化的临界水位曲线。

具体实施方式

为了解决现有技术中所存在的在压力容器水位测量系统因排气管破口或其它原因失效时，压力容器水装量恶化程度判断不准确和燃料包壳温度无法直接测量的问题，本发明旨在提供一种可有效预测压力容器水位并根据压力容器水位判断燃料包壳温度恶化程度的方法，其核心思想是：提出一种根据堆芯出口冷却剂过冷度预测压力容器水位的测量装置，本发明采用已有的电站参数，预测一回路小破口，冷却剂失流事故(SB LOCA)后长期阶段的压力容器水位(L VSL)，在压力容器水位测量失效时，操纵员可以使用本装置对LVSL实施持续监测，本发明同时提出根据L VSL判断燃料包壳温度的恶化程度的方法，弥补了燃料包壳温度无法直接测量的不足，为操纵员正确判断堆芯冷却状态，进而采取有效缓解措施提供依据。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种用于检测核电站反应堆压力容器水位的装置，参见图1，图1为本发明实施例一的装置结构图，该装置包括：

堆芯冷却监测仪11，安装在一回路中，与压力容器连接，用于获取堆芯出口冷却剂的过冷度信号和主泵状态信号；

堆芯冷却状态识别模块12,连接堆芯冷却监测仪11，用于接收所述过冷度信号,并识别所述过冷度信号所处的温度区间；

压力容器水位预测模块13，连接堆芯冷却状态识别模块12和堆芯冷却监测仪11，接收主泵状态信号，并根据主泵状态信号和过冷度信号所处的温度区间，计算得到预测压力容器水位；

压力容器水位显示模块14，连接压力容器水位预测模块13，用于显示预测压力容器水位。

具体地，参见图2，图1是压力容器水位预测模块结构示意图，其中压力容器水位预测模块13包括存储模块21、接收模块22、查询模块23；

存储模块21用于建立主泵状态信号和过冷度信号所处的温度区间的对应关系表，主泵状态信号包括至少一台主泵的开启或者关闭信号，过冷度信号所处的温度区间包括4个不同温度区间；

接收模块22用于接收过冷度信号所处的其中之一的温度区间信号以及至少一主泵开启或关闭信号；

查询模块23用于根据所接收的其中之一的温度区间信号以及主泵开启或关闭信号查询所述关系表，得到所述预测压力容器水位。

如下述表1，主泵状态信号的判断包括：

如果至少有一台主泵保持运行，则一回路冷却剂为强迫循环，通过堆芯的冷却剂流量维持在较高水平，此时输出为1；如果所有主泵停运，则一回路冷却剂为自然循环直至池式沸腾，通过堆芯的冷却剂流量很低或为0，此时输出为0。

如下述表1，过冷度信号所处的温度区间包括：

堆芯出口冷却剂的过冷度<-ε时，表明堆芯冷却剂处于绝对过热状态；

-ε≤堆芯出口冷却剂的过冷度<ε时，表明堆芯冷却剂处于汽液两相阶段；

ε≤堆芯出口冷却剂的过冷度<ε+SC1，表明只有当不凝气体进入压力容器內时，堆芯冷却剂的过冷边界才可能不丧失；

ε+SC1≤堆芯出口冷却剂的过冷度，表明堆芯冷却剂的过冷边界未丧失。

其中：DTSAT为堆芯出口冷却剂的过冷度；

Boc表示堆芯底部；

BHL表示热管段底部；

Toc表示堆芯顶部；

【表1】

具体地，参见图3，图3详细说明了依据堆芯出口冷却剂的过冷度预测压力容器水位的流程判断图，其中预测压力容器水位与主泵状态信号和温度区间的关系包括：

首先判断是否是至少一台主泵在运行，如果是，包括下述的三个判断步骤，如果否，同样在不同区间包括三个判断步骤：

具体地描述如下：

1)、如果至少有一台主泵在运行，当堆芯出口冷却剂的过冷度<-ε时，由于堆芯冷却剂处于强迫循环，表明堆芯冷却剂已全部汽相，处于绝对过热阶段。因此，强制压力容器水位为0％，即压力容器排空；

2)、当-ε≤堆芯出口冷却剂的过冷度<ε时，由于堆芯冷却剂处于强迫循环，随着冷却剂从破口的持续排出，表明堆芯冷却剂处于汽液两相阶段，因此，强制压力容器水位在堆芯底部和热管段底部之间；

3)、当ε≤堆芯出口冷却剂的过冷度<ε+SC1时，只有当不凝气体进入压力容器内时，堆芯冷却剂的过冷边界才可能不丧失。因此强制压力容器水位为热管段底部，以确保操纵员对堆芯冷却状态的正确判断；

4)、当ε+SC1≤堆芯出口冷却剂的过冷度时，可以确信堆芯冷却剂的过冷边界并未丧失，压力容器内冷却剂不大可能出现汽相，因此，强制压力容器水位为100％，即压力容器为满水状态。

5)、如果所有主泵停运，当堆芯出口冷却剂的过冷度<-ε时，随着冷却剂的持续丧失，表明堆芯出口冷却剂绝对过热，堆芯已经开始裸露。在这种情况下，依据过冷度和压力容器水位的关系曲线确定压力容器水位；

6)、当-ε≤堆芯出口冷却剂的过冷度<ε时，由于堆芯冷却剂处于池式沸腾阶段，随着冷却剂从破口从持续排出，表明堆芯仍旧处于淹没状态，因此，强制压力容器水位为堆芯顶部；

7)、当ε≤堆芯出口冷却剂的过冷度<ε+SC1时，只有当不凝气体进入压力容器内时，堆芯冷却剂的过冷边界才可能不丧失。因此，强制压力容器水位为热管段底部，以确保操纵员对堆芯冷却状态的正确判断；

8)、当ε+SC1≤堆芯出口冷却剂的过冷度时，可以确信堆芯冷却剂的过冷边界并未丧失，压力容器内冷却剂不大可能出现汽相，因此，强制压力容器水位为100％，即压力容器为满水状态。

具体地，参见图4，过冷度与压力容器水位的关系曲线包括：

选定主蒸汽安全阀的整定压力为一回路压力，确定该压力下的冷却剂饱和温度；

依据压力容器水位和冷却剂饱和温度确定堆芯出口冷却剂(过热蒸汽)的温度；

依据压力和温度参数确定饱和水和过热蒸汽的物性参数，包括密度、比焓等；

假定堆芯衰变热为定值，比如取满功率的1.5％，并符合余弦分布，依据流体的质能守恒性质，计算堆芯裸露长度；

根据堆芯裸露长度确定该过冷度下的压力容器水位。

其中，L VSL表示压力容器水位。

具体地，参见图4，对主泵停运状态下堆芯出口冷却剂的过冷度<-ε时的过冷度和压力容器水位的关系曲线，可以发现，压力容器水位随过冷度的变化较小。因此，从简化装置的角度考虑，可依据曲线直接给出某一强迫数位，如当堆芯出口冷却剂的过冷度<-ε时直接强制压力容器水位为45％。

具体地，参见图5为显示模块的数据显示图，显示模块除提供压力容器水位的数值显示之外，为了能够直观地反映压力容器内的水装量情况，同时以柱状图的形式显示出水位信息，并标识出关键的水位阈值，以便于操纵员使用。

此外，在监测到测量失效(如仪表断线故障等)时，显示部分能够给出测量失效的指示，同时数值显示为“上一刻的有效值”。

其中，ToV表示压力容器顶部；

THL表示热管段顶部。

本发明实施例一中进一步的结构还具有根据L VSL判断燃料包壳温度恶化程度的过程，其通过图6实现，具体地，参见图6，图6是本实施例中另一结构示意图，该装置还可以包括：

选择开关16，分别连接压力容器水位预测模块13，压力容器水位显示模块14和堆芯冷却监测仪11，其用于实现L VSL数据的选择，如果压力容器水位测量状态为可用，则送出L VSL测量得到的数值，如果压力容器水位测量状态为不可用，则送出根据DTSAT预测的LVSL数值。具体开关作用在后面进一步描述。

堆芯冷却监测仪11还用于获取实测压力容器水位信号和压力容器水位测量可用状态信号。

本发明装置涉及的数据有：主泵状态信号、堆芯出口冷却剂的过冷度信号、压力容器水位信号、压力容器水位测量可用状态信号、一回路压力信号PRCP等，这些信号可由电站已有的测量仪表或装置获得：具体地本发明的主泵状态信号、DTSAT、L VSL和L VSL可用状态信号均由堆芯冷却监测仪11提供。

选择开关16用于接收实测压力容器水位信号和压力容器水位测量可用状态信号，在压力容器水位测量可用状态信号正常时，选择开关16用于将实测压力容器水位信号传输给压力容器水位显示模块14；

在压力容器水位测量可用状态信号故障时，通过选择开关16用于将预测压力容器水位信号传输给压力容器水位显示模块14。

具体地，参见图6，该装置还可以包括：

一回路压力测量仪15，安装在一回路中，用于测量一回路的压力信号，

临界水位判断模块17，连接选择开关16，用于接收并判断所述选择开关输出的压力容器水位信号是否低于第一预设条件；

计算模块18，分别连接临界水位判断模块17，堆芯冷却监测仪11和一回路压力测量仪15，用于分别接收压力容器水位信号、主泵状态信号以及一回路压力信号，并判断压力容器水位信号是否满足所述第一预设条件，主泵状态信号是否满足第二预设条件，以及一回路压力信号是否满足第三预设条件，并在压力容器水位信号、主泵状态信号以及一回路压力信号同时满足相应的预设条件时，发出报警信号；

报警模块19，连接计算模块18，用于接收报警信号，指示燃料包壳温度超过预设温度，防止燃料包壳因高温而恶化。

具体地、可通过指示灯和声响报警指示燃料包壳温度的恶化程度，当输出为1时，指示灯为红色，当输出为0时，指示灯为绿色。

本发明实施例中，多个预设条件可预先存储在存储模块中，计算模块在接收到各自的信号后调取和对比各自的预设条件，并进行判断，其中第一预设条件为所述压力容器水位信号低于临界水位，所述临界水位是在一回路特定压力下燃料包壳温度达到一预设温度时所对应的压力容器水位，所述临界水位随一回路压力变化而变化；该预设温度为1204℃。

第二预设条件为所述主泵状态信号表示所有主泵停运时的状态；

第三预设条件为获取的所述一回路压力低于主蒸汽安全阀的整定压力，该整定压力根据不同电厂取值不同，一般在8～10MPa之间。本发明实施例中最佳值一般约9MPa左右。

进一步地，在进行上述判断时，如果判断L VSL低于临界水位，表明燃料包壳温度已高于1204℃，输出1，否则输出0。

当至少1台主泵运行时，堆芯冷却剂处于强迫循环方式，即使流过堆芯的为过热蒸汽，强迫循环仍能保证堆芯的冷却，燃料包壳温度不会超过1204℃；只有当所有主泵停运失去强迫循环时，才可能出现燃料包壳温度恶化的情形，此时，输出为1。

若一回路压力高于主蒸汽安全阀的整定压力，则主蒸汽安全阀的蒸汽排放可以带走堆芯热量，该情形下不可能出现燃料包壳温度超过1204℃的情形，因此，只有当一回路压力低于主蒸汽安全阀的整定压力时，输出为1。

计算模块在接收到上述三个预设条件同时满足时，才能确信燃料包壳温度超过1204℃，因此，这里采取“与”逻辑判断燃料包壳温度的恶化程度。

在本实施例中，压力容器水位信号来源于预测压力容器水位信号或实测压力容器水位信号，选择开关16还用于根据压力容器水位测量可用状态信号，选择将预测压力容器水位信号或实测压力容器水位信号传输至临界水位判断模块17。

在本实施例中，选择开关16在压力容器水位测量可用状态信号正常时，将实测压力容器水位信号传输给临界水位判断模块17；

选择开关16在压力容器水位测量可用状态信号故障时，将预测压力容器水位信号传输给临界水位判断模块17。

实施例二

本发明实施提供了一种用于检测核电站反应堆压力容器水位的方法，适用于实施例一所示的用于检测核电站反应堆压力容器水位的装置，参见图7，该方法包括：

步骤S01、S02，分别获取堆芯出口冷却剂的过冷度信号和主泵状态信号。

在本实施例中，可以采用现有的堆芯冷却监测仪，来获取堆芯出口冷却剂的过冷度信号和主泵状态信号，然后由堆芯冷却状态识别模块接收过冷度信号，并识别过冷度信号所处的温度区间。

步骤S05，根据主泵状态信号和过冷度信号所处的温度区间，计算得到预测压力容器水位。

步骤S03，获取实测压力容器水位信号和压力容器测量可用状态信号。

在本实施例中，可以采用堆芯冷却监测仪，来获取实测压力容器水位信号和压力容器测量可用状态信号。

步骤S06，判断压力容器测量状态信号是否可用。

步骤S07，当压力容器测量状态信号正常时，显示实测压力容器水位，当压力容器测量状态信号故障时，显示预测压力容器水位。

具体地，参见图6，该方法还包括：

步骤S04，获取一回路压力信号。

在本实施例中，可以采用现有的一回路压力表，来获取一回路压力信号，然后根据一回路压力信号得到当前一回路压力对应下的临界水位。

步骤S06，获取选择开关的输出水位。

步骤S08，判断获取的选择开关的输出水位是否低于临界水位。

在本实施例中，临界水位是特定一回路压力下，燃料包壳温度达到一预设温度时所对应的压力容器水位，临界水位随一回路压力变化而变化。

具体地，参见图8，随一回路压力变化而变化的临界水位曲线包括：

假定堆芯衰变热为定值，比如取满功率的1.5％，并符合余弦分布，对于给定的一回路压力和堆芯裸露尺寸，确定冷却剂沿轴向堆芯裸露部分的温度分布；

依据对流换热定律，确定燃料包壳温度和冷却剂温度的关系，并确定燃料包壳温度峰值出现的位置；

根据压力和温度参数确定饱和水和过热蒸汽的物性参数，包括密度，比焓等，计算不同堆芯裸露尺寸下燃料包壳最高温度，最终确定燃料包壳最高温度时对应的堆芯裸露尺寸，由此确定该一回路压力下的临界水位；

改变一回路压力，重新进行计算，得到临界水位；

将计算得到的一回路压力和临界水位数据拟合成曲线。

可选地，该预设温度为1204℃。

步骤S02，获取主泵状态信号。

步骤S09，判断是否所有主泵停运。

在本实施例中，当至少有一台主泵运行时，堆芯冷却剂处于强迫循环方式，即使流过堆芯的为过热蒸汽，强迫循环仍能保证堆芯的冷却，燃料包壳稳定不会超过预设温度；只有当所有主泵停运失去强迫循环时，才可能出现燃料包壳温度恶化的情形。

步骤S04，获取一回路压力信号。

步骤S10，根据获取的一回路压力信号判断其是否低于主蒸汽安全阀的蒸汽压力。

在本实施例中，若一回路压力高于主蒸汽安全阀的整定压力，则主蒸汽安全阀的蒸汽排放可以带走堆芯热量，该情形下不可能出现燃料包壳温度超过预设温度的情形。

步骤S11，当获取的选择开关的输出水位低于临界水位、当所有主泵停运、以及当获取的一回路压力低于主蒸汽安全阀的整定压力时，发出报警信号。

需要说明的是，上述步骤S08、步骤S09、步骤S10没有先后之分，可以同时完成，这里不作限制。

在本实施例中，只有当所有主泵停运，一回路压力低于主蒸汽安全阀整定压力并且压力容器水位低于临界水位这三个条件同时满足，才能确信燃料包壳温度超过预设温度，此时，通过指示灯和声响报警指示燃料包壳温度的恶化。

本发明实施例通过堆芯冷却监测仪获取过冷度信号、主泵状态信号、实测压力容器水位信号和压力容器测量可用状态信号，然后根据过冷度信号和主泵状态信号计算得到预测压力容器水位，根据压力容器测量可用状态信号，由选择开关选择输出实测压力容器水位或预测压力容器水位，实现了对压力容器水位的持续监测，为操纵员正确判断压力容器水装量恶化程度提供手段；

通过临界水位判断模块、堆芯冷却监测仪和一回路压力测量仪来接收压力容器水位信号、主泵状态信号和一回路压力信号，然后当获取的压力容器水位信号满足第一预设条件、当主泵状态信号满足第二预设条件、以及当一回路压力信号同时也满足第三预设条件时，发出报警信号。弥补了燃料包壳温度无法直接测量的不足，为操纵员正确判断堆芯冷却状态提供依据。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

需要说明的是：上述实施例提供的根据堆芯出口冷却剂过冷度预测压力容器水位的装置在实现用于根据堆芯出口冷却剂过冷度预测压力容器水位的方法时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的根据堆芯出口冷却剂过冷度预测压力容器水位的装置与根据堆芯出口冷却剂过冷度预测压力容器水位的方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种用于检测核电站反应堆压力容器水位的装置，根据堆芯出口冷却剂过冷度预测所述水位，其特征在于，所述装置包括：

堆芯冷却监测仪，与所述压力容器连接，用于获取堆芯出口冷却剂的过冷度信号和主泵状态信号，以及获取实测压力容器水位信号和压力容器水位测量可用状态信号；

堆芯冷却状态识别模块,连接所述堆芯冷却监测仪，用于接收所述过冷度信号,并识别所述过冷度信号所处的温度区间；

压力容器水位预测模块，连接所述堆芯冷却状态识别模块和堆芯冷却监测仪，接收所述主泵状态信号，并根据所述主泵状态信号和所述过冷度信号所处的温度区间，计算得到预测压力容器水位；

压力容器水位显示模块，连接所述压力容器水位预测模块，用于当获取的所述压力容器测量状态信号故障时，显示所述预测压力容器水位，还用于当获取的所述压力容器测量状态信号正常时，显示所述实测压力容器水位。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述压力容器水位预测模块包括存储模块，接收模块，查询模块；

存储模块用于建立主泵状态信号和过冷度信号所处的温度区间的对应关系表，所述主泵状态信号包括至少一台主泵的开启或者关闭信号，所述过冷度信号所处的温度区间包括4个不同温度区间；

接收模块用于接收所述过冷度信号所处的其中之一的温度区间信号以及至少一主泵开启或关闭信号；

查询模块用于根据所接收的其中之一的温度区间信号以及主泵开启或关闭信号查询所述关系表，得到所述预测压力容器水位。

3.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述4个不同温度区间包括：

堆芯出口冷却剂的过冷度<-ε时，表明堆芯冷却剂处于绝对过热状态；

-ε≤堆芯出口冷却剂的过冷度<ε时，表明堆芯冷却剂处于汽液两相阶段；

ε≤堆芯出口冷却剂的过冷度<ε+SC1，表明只有当不凝气体进入压力容器内时，堆芯冷却剂的过冷边界才可能不丧失；

ε+SC1≤堆芯出口冷却剂的过冷度，表明堆芯冷却剂的过冷边界未丧失；

其中：ε为堆芯出口冷却剂的过冷度测量的不确定度，

堆芯出口冷却剂的过冷度>ε表明堆芯冷却剂仍未失去过冷边界；

SC1为考虑不凝气体进入压力容器对堆芯出口冷却剂的过冷度引入的附加误差。

4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述装置还包括选择开关，分别连接所述压力容器水位预测模块，所述压力容器水位显示模块和所述堆芯冷却监测仪，

所述选择开关用于接收实测压力容器水位信号和压力容器水位测量可用状态信号，在所述压力容器水位测量可用状态信号正常时，所述选择开关用于将实测压力容器水位信号传输给所述压力容器水位显示模块；

在所述压力容器水位测量可用状态信号故障时，通过所述选择开关用于将所述预测压力容器水位信号传输给所述压力容器水位显示模块。

5.根据权利要求4所述装置，其特征在于，所述装置还包括一回路压力测量仪，安装在一回路中，用于测量一回路的压力信号，

临界水位判断模块，连接所述选择开关和一回路压力测量仪，用于接收并判断所述选择开关输出的压力容器水位信号是否低于第一预设条件；

计算模块：分别连接所述临界水位判断模块，堆芯冷却监测仪和一回路压力测量仪，用于分别接收压力容器水位信号、所述主泵状态信号以及一回路压力信号，并判断所述压力容器水位信号是否满足所述第一预设条件，所述主泵状态信号是否满足第二预设条件，以及所述一回路压力信号是否满足第三预设条件，并在所述压力容器水位信号、主泵状态信号以及一回路压力信号同时满足相应的预设条件时，发出报警信号；

报警模块：连接所述计算模块，用于接收所述报警信号，指示燃料包壳温度超过预设温度，防止燃料包壳因高温而恶化。

6.根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述第一预设条件为所述压力容器水位信号低于临界水位，所述临界水位是在一回路特定压力下燃料包壳温度达到一预设温度时所对应的压力容器水位，所述临界水位随一回路压力变化而变化；

所述第二预设条件为所述主泵状态信号表示所有主泵停运时的状态；

所述第三预设条件为获取的所述一回路压力低于主蒸汽安全阀的整定压力。

7.根据权利要求6所述装置，其特征在于，所述预设温度为1204℃。

8.根据权利要求4所述装置，其特征在于，所述压力容器水位信号来源于所述预测压力容器水位信号或实测压力容器水位信号，

所述选择开关还用于根据所述压力容器水位测量可用状态信号,选择将所述预测压力容器水位信号或实测压力容器水位信号传输至临界水位判断模块。

9.根据权利要求6所述装置，其特征在于，所述选择开关在所述压力容器水位测量可用状态信号正常时，将实测压力容器水位信号传输给所述临界水位判断模块；

所述选择开关在所述压力容器水位测量可用状态信号故障时，将预测压力容器水位信号传输给所述临界水位判断模块。

10.一种用于检测核电站反应堆压力容器水位的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

获取堆芯出口冷却剂的过冷度信号和主泵状态信号；

接收所述过冷度信号,并识别所述过冷度信号所处的温度区间；

根据所述主泵状态信号和所述过冷度信号所处的温度区间，计算得到预测压力容器水位；

获取实测压力容器水位信号和压力容器测量可用状态信号；

判断所述压力容器测量状态信号是否可用；

当获取的所述压力容器测量状态信号正常时，显示所述实测压力容器水位，当获取的所述压力容器测量状态信号故障时，显示所述预测压力容器水位。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

建立主泵状态信号和过冷度信号所处的温度区间的对应关系表，所述主泵状态信号包括至少一台主泵的开启或者关闭信号，所述过冷度信号所处的温度区间包括4个不同温度区间；

接收所述过冷度信号所处的其中之一的温度区间信号以及至少一主泵开启或关闭信号；

根据所接收的其中之一的温度区间信号以及主泵开启或关闭信号查询所述关系表，得到所述预测压力容器水位。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取一回路压力信号；

根据获取的所述一回路压力信号得到当前一回路压力对应下的临界水位；

获取选择开关的输出水位，判断获取的所述选择开关的输出水位是否低于第一预设条件，

获取主泵状态信号，判断是否满足第二预设条件；

获取一回路压力信号，判断其是否满足第三预设条件；

当所述压力容器水位信号、主泵状态信号以及一回路压力信号同时满足相应的预设条件时，发出报警信号。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一预设条件为所述压力容器水位信号低于临界水位，所述临界水位是在一回路特定压力下燃料包壳温度达到一预设温度时所对应的压力容器水位，所述临界水位随一回路压力变化而变化；

所述第二预设条件为所述主泵状态信号表示所有主泵停运时的状态；

所述第三预设条件为获取的所述一回路压力低于主蒸汽安全阀的整定压力。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述预设温度为1204℃。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述压力容器水位信号包括预测压力容器水位信号或实测压力容器水位信号，

通过选择开关选择传输所述预测压力容器水位信号或实测压力容器水位信号至判断模块。