CN107221365A - 一种商用压水堆物理试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种商用压水堆物理试验系统，其包括：数据采集装置、与数据采集装置通讯连接的数据处理分析装置；数据采集装置包括：微电流测量仪、接口转化器、设备控制器、数据采集模块；设备控制器通过接口转化器发送微电流信号采集指令至微电流测量仪，控制微电流测量仪采集中子电流信号并转化为第一数字信号后，再回传至设备控制器；设备控制器控制数据采集模块采集反应堆的信号并转化为对应的第二数字信号并回传至设备控制器；设备控制器将第一数字信号和第二数字信号封装成封装信号数据后并保存；数据处理分析装置从设备控制器获取封装信号数据并进行处理分析。本发明节省了试验人员的时间，也避免了试验人员凭经验处理数据带来的错误。

Description

一种商用压水堆物理试验系统

技术领域

本发明涉及核电技术领域，尤其涉及一种商用压水堆物理试验系统。

背景技术

反应堆临界状态监督及启动后零功率物理试验是保障商用压水堆安全的重要手段。在反应堆装料及进行达临界操作前，准确监测并预知反应堆临界情况对现场临界操作、保证临界安全具有十分重要的参考意义。而堆芯临界后的零功率物理试验是反应堆升功率前的检查堆芯装载及堆芯性能符合设计要求的唯一手段。

目前，商用压水反应堆在装料及达临界过程中仅依靠试验人员通过专用设备采集相关数据并手动记录，堆芯临界水平由核电站操纵员依据经验进行判断。其具有如下缺陷：核电站装料及达临界均需要数天时间，过程中有数百至上千个数据点需要手动记录，容易出现错误；临界点依据操纵员进行判断，需要在不断尝试中确定，并浪费试验时间。而在零功率物理试验期间，需要进行反应堆临界硼浓度、等温温度系数、控制棒价值等多种参数的测量，当前反应性仪仅能够测量并利用记录仪记录测量过程中的反应性，依赖试验人员对记录到的数据进行手工处理得到最终试验结果。数据处理完全依赖试验人员的经验水平，易出错并浪费了大量的时间。因此，研制一种启动物理试验分析系统，能够实现传统临界监督与反应性仪的功能具有重要的现实意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种商用压水堆物理试验系统。

本发明提供的一种商用压水堆物理试验系统，包括：数据采集装置、与所述数据采集装置通讯连接的数据处理分析装置；

所述数据采集装置包括：微电流测量仪、接口转化器、设备控制器、数据采集模块；所述微电流测量仪与所述接口转化器通讯连接，所述设备控制器分别与所述接口转化器、所述数据采集模块、所述数据处理分析装置通讯连接；

其中，所述设备控制器用于通过所述接口转化器发送微电流信号采集指令至所述微电流测量仪，以及发送反应堆信号采集指令至所述数据采集模块，并用于将所述微电流测量仪回传的第一数字信号以及所述数据采集模块回传的第二数字信号进行封装，形成封装信号数据并保存；

所述微电流测量仪用于根据来自设备控制器的微电流信号采集指令采集中子电流信号并转化为所述第一数字信号，并通过所述接口转化器回传至所述设备控制器；

所述数据采集模块用于根据来自设备控制器的反应堆信号采集指令采集反应堆试验过程中的数据信号并转化为所述第二数字信号并回传至所述设备控制器；

所述数据处理分析装置用于从所述设备控制器获取所述封装信号数据并进行处理分析。

优选地，所述设备控制器其内部具有用于存储所述封装信号数据的网络缓存区。

优选地，所述数据采集装置还包括与所述接口转化器连接的微电流源，所述设备控制器通过所述接口转化器输出校准控制指令至所述微电流源，控制所述微电流源输出校准用的电流信号，其用于对所述微电流测量仪所采集的信号进行校准。

优选地，所述微电流测量仪为皮安级微电流测量仪。

优选地，所述数据采集模块包括N通道电压数据采集单元、电流/电压通用采集单元，其中N≥2。

优选地，还包括与所述设备控制器通讯连接的交换机，所述设备控制器通过所述交换机与所述数据处理分析装置通讯连接。

优选地，所述微电流源为皮安级微电流源。

优选地，还包括直流稳压电源、以及与所述接口转化器通讯连接的高压电源，所述直流稳压电源用于为所述设备控制器、所述交换机、所述数据采集模块供电，所述高压电源用于为商用压水堆中的反应堆功率量程探测器供电。

优选地，所述数据处理分析装置设置有打印机接口，用于连接打印机并通过打印机输出数据。

优选地，还包括用于记录数据的记录仪，所述数据采集装置还包括数据输出模块，所述数据输出模块分别与所述记录仪和所述设备控制器通讯连接，所述数据输出模块用于将所述设备控制器所采集的数据输出至所述记录仪进行记录。

实施本发明，具有如下有益效果：数据采集模块将所采集的反应堆的信号转化为对应的数字信号并输出至设备控制器，微电流测量仪将采集的中子电流信号转化为对应的数字信号，并通过接口转化器输出至设备控制器，设备控制器将接收的数字信号进行封装后保存，数据处理分析装置从设备控制器读取数据进行分析，整个数据采集的过程全部自动化完成。数据采集模块对反应堆试验过程中各种相关的信号类型都能够采集，丰富了系统的应用功能，配合数据处理分析装置获取试验开始、结束时间点，实现试验过程的自动化。

通过在数据处理分析装置对测量得到的数据进行处理，不需要辅助设备，简化了试验人员操作，并提高了计算精度。不需要试验人员手动记录相关数据，也不需要凭借经验来分析数据，避免了手动记录数百上千个数据点而产生的错误，也降低了试验人员凭借经验手工处理试验数据出错的可能性，节省了试验的时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的商用压水堆物理试验系统的原理框图。

图2是本发明提供的商用压水堆物理试验系统的一实施例的结构图。

具体实施方式

本发明提供了一种商用压水堆物理试验系统，该系统包括：数据采集装置100、与数据采集装置100通讯连接的数据处理分析装置200。

数据采集装置100包括：微电流测量仪110、接口转化器120、设备控制器130、数据采集模块140；微电流测量仪110与接口转化器120通讯连接，设备控制器130分别与接口转化器120、数据采集模块140、数据处理分析装置200通讯连接。其中，微电流测量仪110为皮安级微电流测量仪，其信号输入端通过导线与反应堆功率量程探测器电流输入口连接。

其中，设备控制器130用于通过接口转化器120发送微电流信号采集指令至微电流测量仪110，以及发送反应堆信号采集指令至数据采集模块140，并用于将微电流测量仪110回传的第一数字信号以及数据采集模块140回传的第二数字信号进行封装，形成封装信号数据并保存。设备控制器130内部具有用于存储封装信号数据的网络缓存区，设备控制器130将第一数字信号和第二数字信号封装成封装信号数据后并保存在设备控制器130内部的网络缓存区。

微电流测量仪110用于根据来自设备控制器130的微电流信号采集指令采集中子电流信号并转化为第一数字信号，并通过接口转化器120回传至设备控制器130。

数据采集模块140用于根据来自设备控制器130的反应堆信号采集指令采集反应堆试验过程中的数据信号并转化为第二数字信号并回传至设备控制器130。

数据处理分析装置200用于从设备控制器130获取所述封装信号数据并进行处理分析。具体地，数据处理分析装置200可以为数据处理计算机。

进一步地，数据采集装置100还包括与接口转化器120连接的微电流源150，设备控制器通过接口转化器120输出校准控制指令至微电流源150，控制微电流源150输出校准用的电流信号，其用于对微电流测量仪110所采集的信号进行校准。具体地，微电流源150为反应堆中的进行数据测量的相关电路输出校准用的电流信号，该电流信号用于对微电流测量仪110所采集的电流信号进行校准。其中，微电流源150为皮安级微电流源。数据采集模块140所采集的电流信号通过FLUKE 715电压电流校准器进行校准。

进一步地，该系统还包括与设备控制器130通讯连接的交换机180，设备控制器130通过交换机180与数据处理分析装置200通讯连接。具体地，交换机180为网络交换机，其与数据处理分析装置200之间通过网线连接，此外，数据处理分析装置200接入网络后，设备控制器130还可以通过交换机130将所采集的数据发送至接入网络的客户端，试验操作员与数据分析员可以同时观察到测量数据趋势，相比传统通过语言沟通测量数据，简化了试验操作流程，提高了试验协同效率，避免沟通不畅造成的试验失误。设备控制器130还可以通过交换机180将所采集的试验数据上传至服务器端的数据库存储，方便其他设备随时从服务器端的数据库获取所采集的试验数据。

进一步地，数据采集模块140包括N通道电压数据采集单元、电流/电压通用采集单元，其中N≥2。N通道电压数据采集单元、电流/电压通用采集单元分别通过导线与反应堆堆芯温度、稳压器水位、控制棒棒位信号接入接口连接，采集对应的反应堆堆芯温度、稳压器水位、控制棒棒位信号。在一些具体实施例中，N通道电压数据采集单元可以采用32通道电压数据采集单元。采用N通道电压数据采集单元和电压/电流通用数据采集单元在反应堆装料及达临界过程和零功率物理试验过程中各种相关的信号类型都能够采集，丰富了系统的应用功能，配合数据处理分析装置200获取试验开始、结束时间点，实现试验过程的自动化。

通过在数据处理分析装置200内部预设的算法，对测量得到的数据进行处理，自动给出零功率物理试验参数，不需要辅助设备，简化了试验人员操作，并提高了计算精度。数据处理分析装置200能够利用四纵坐标系图表同时显示各测量数据曲线，并通过曲线颜色标识以及数值标签的方式区分各曲线含义，相对传统走纸记录仪显示方式而言，具有显示数据量多、显示范围广、经济性好等特点。

进一步地，该系统还包括直流稳压电源160、以及与接口转化器120通讯连接的高压电源170，直流稳压电源160用于为设备控制器130、交换机180、数据采集模块140供电，高压电源170的输出端通过导线与反应堆功率量程探测器高压输出口连接，用于为商用压水堆中的反应堆功率量程探测器供电。

进一步地，数据处理分析装置200设置有打印机接口，用于连接打印机并通过打印机输出数据，例如，通过打印机将商用压水堆启动物理试验过程中的稀释法刻棒、动态刻棒、等温温度系数测量等数据分析结果打印成标准的PDF格式文件。

进一步地，该系统还包括用于记录数据的记录仪300，数据采集装置100还包括数据输出模块190，数据输出模块190分别与记录仪和设备控制器130通讯连接，数据输出模块190用于将设备控制器130所采集的数据输出至记录仪300进行记录。

在另一实施例中，如图2所示，商用压水堆启动物理试验分析系统包括两部分：数据采集机柜1和数据处理计算机17。数据处理计算机17与数据采集机柜1通过网线连接。

数据处理计算机17为一便携式笔记本计算机，并且该计算机可连接打印机进行输出。

数据采集机柜1由第一皮安级微电流测量仪4、第二皮安级微电流测量仪5，微电流源7，高压电源8，接口转换卡6，交换机9和采集控制主机2组成。其中采集控制主机2由设备控制器3、多通道电压数据采集卡15和多通道电压模拟输出卡13组成。多通道电压数据采集卡15和多通道电压模拟输出卡13插在采集控制主机2的专用卡槽内，通过采集控制主机2的内嵌FPGA主板和设备控制器3相连。第一皮安级微电流测量仪4、第二皮安级微电流测量仪5，微电流源7和高压电源8通过电缆并行连接在接口转换卡6上，接口转换卡6的另一端由串口线连接到采集控制主机2。采集控制主机2通过一条网线连接到交换机9上，交换机9上再引出两条网线连接在数据采集机柜1的后面板网络接口10上，数据处理计算机17可以通过其中任意一个端口用网线连接上数据采集机柜1。

另外，多通道模拟输出卡13引出的端口12可以选择连接到外部的多笔记录仪16进行实时的记录。外部的电压/电流通过后面板上的输入端口14，由多通道数据采集卡15采集。第一皮安级微电流测量仪4、第二皮安级微电流测量仪5，微电流源7和高压电源8通过电缆连接到后面板的接口11。

当进行零功率物理试验时：

商用压水堆进行启动物理试验时，由反应堆堆外探测器(一般为反应堆功率量程探测器)输出的中子电流信号直接通过电缆输入至数据采集机柜1。该中子电流信号通过机柜电流输入接口11输入至第一皮安级微电流测量仪4、第二皮安级微电流测量仪5，经过处理后变为数字信号经接口转换卡6送到设备控制器2；反应堆源量程、中间量程探测器信号以及堆芯平均温度、稳压器水位、控制棒棒位等信号共20路信号通过输入端口14送入多通道电压数据采集模块15，多通道电压数据采集模块15将该信号转换为数字信号后直接通过内部接口输入至设备控制器2。

设备控制器2得到各数据后进行封装，并给出信号采集的机器时间，将数据与对应的机器时间共同存放在网络缓存区。数据采集计算机17通过交换机9与设备控制器3连接，定时访问设备控制器3的网络缓存区获得测量数据，并将获得的测量数据进行计算得到反应性及零功率物理试验的相关参数，实时显示测量得到的数据显示并在软件图表上绘制数据-时间曲线等；试验人员与反应堆操作员能够同时查看试验数据趋势，操作员可以根据试验趋势决定试验动作。

在试验完成后，计算机自动将零功率物理试验需要的参数进行处理，试验人员可根据需要决定是否将试验结果进行打印。在对试验人员进行培训时或查看历史试验结果，可以直接通过数据处理计算机17调取存入数据库内的各项数据进行演示，并能够给出试验进行过程中的试验参数结果。

当进行达临界外推测量时：

在进行达临界外推测量时，数据处理计算机17根据已连接在数据采集机柜上1的反应堆源量程探测器与中间量程探测器信号以及堆芯硼浓度、控制棒棒位信号进行处理计算。信号通过多通道电压数据采集模块15采集转化为数字信号后送入设备控制器3，由设备控制器3进行封装后放入网络缓存，数据处理计算机17在硼浓度或控制棒棒位改变时进行临界外推处理计算，给出临界参数；在堆芯达到临界后，数据处理计算机17也能够采用内插的方法确定更加准确的临界点。在实际测量时，数据处理计算机17将依据预设的软件算法处理不合理的测量点，以保证得到合理的外推临界状态点值。

当进行装料临界监督时：

在进行装料临界监督时，数据处理计算机17根据已连接在数据采集机柜1上的反应堆源量程探测器信号监督装料过程中的临界情况。试验人员仅通过数据处理计算机的鼠标点击获取装料步数与源量程探测器计数值，计算机软件绘制装料临界监督曲线并实施给出探测计数值。装料完成后，可以保存装料过程中的数据供后续使用。

实施本发明，具有如下有益效果：本发明的数据采集模块140采集反应堆的信号，例如：反应堆堆芯温度、稳压器水位、控制棒棒位信号，将所采集的信号转化为对应的数字信号并输出至设备控制器130，微电流测量仪110将采集的中子电流信号转化为对应的数字信号，并通过接口转化器120输出至设备控制器130，设备控制器130将接收的数字信号进行封装后存在网络缓存区，数据处理分析装置200从该网络缓存区读取数据进行分析，整个数据采集的过程全部自动化完成。数据采集模块140对反应堆装料及达临界过程和零功率物理试验过程中各种相关的信号类型都能够采集，丰富了系统的应用功能，配合数据处理分析装置200获取试验开始、结束时间点，实现试验过程的自动化。

通过在数据处理分析装置200内部预设的算法，对测量得到的数据进行处理，自动给出零功率物理试验参数，不需要辅助设备，简化了试验人员操作，并提高了计算精度。不需要试验人员手动记录相关数据，也不需要凭借经验来判断堆芯临界水平，避免了手动记录在核电站装料及达临界的时间内产生的数百上千个数据点而产生的错误，也降低了试验人员凭借经验手工处理试验数据出错的可能性，也节省了试验的时间。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种商用压水堆物理试验系统，其特征在于，包括：数据采集装置(100)、与所述数据采集装置(100)通讯连接的数据处理分析装置(200)；

所述数据采集装置(100)包括：微电流测量仪(110)、接口转化器(120)、设备控制器(130)、数据采集模块(140)；所述微电流测量仪(110)与所述接口转化器(120)通讯连接，所述设备控制器(130)分别与所述接口转化器(120)、所述数据采集模块(140)、所述数据处理分析装置(200)通讯连接；

其中，所述设备控制器(130)用于通过所述接口转化器(120)发送微电流信号采集指令至所述微电流测量仪(110)，以及发送反应堆信号采集指令至所述数据采集模块(140)，并用于将所述微电流测量仪(110)回传的第一数字信号以及所述数据采集模块(140)回传的第二数字信号进行封装，形成封装信号数据并保存；

所述微电流测量仪(110)用于根据来自设备控制器（130）的微电流信号采集指令采集中子电流信号并转化为所述第一数字信号，并通过所述接口转化器(120)回传至所述设备控制器(130)；

所述数据采集模块(140)用于根据来自设备控制器（130）的反应堆信号采集指令采集反应堆试验过程中的数据信号并转化为所述第二数字信号并回传至所述设备控制器(130)；

所述数据处理分析装置(200)用于从所述设备控制器(130)获取所述封装信号数据并进行处理分析。

2.根据权利要求1所述的商用压水堆物理试验系统，其特征在于，所述设备控制器(130)其内部具有用于存储所述封装信号数据的网络缓存区。

3.根据权利要求1所述的商用压水堆物理试验系统，其特征在于，所述数据采集装置(100)还包括与所述接口转化器(120)连接的微电流源(150)，所述设备控制器(130)通过所述接口转化器(120)输出校准控制指令至所述微电流源(150)，控制所述微电流源(150)输出校准用的电流信号，其用于对所述微电流测量仪(110)所采集的信号进行校准。

4.根据权利要求1所述的商用压水堆物理试验系统，其特征在于，所述微电流测量仪(110)为皮安级微电流测量仪。

5.根据权利要求1所述的商用压水堆物理试验系统，其特征在于，所述数据采集模块(140)包括N通道电压数据采集单元、电流/电压通用采集单元，其中N≥2。

6.根据权利要求1所述的商用压水堆物理试验系统，其特征在于，还包括与所述设备控制器(130)通讯连接的交换机(180)，所述设备控制器(130)通过所述交换机(180)与所述数据处理分析装置(200)通讯连接。

7.根据权利要求3所述的商用压水堆物理试验系统，其特征在于，所述微电流源(150)为皮安级微电流源。

8.根据权利要求6所述的商用压水堆物理试验系统，其特征在于，还包括直流稳压电源(160)、以及与所述接口转化器(120)通讯连接的高压电源(170)，所述直流稳压电源(160)用于为所述设备控制器(130)、所述交换机(180)、所述数据采集模块(140)供电，所述高压电源(170)用于为商用压水堆中的反应堆功率量程探测器供电。

9.根据权利要求1-8任一项所述的商用压水堆物理试验系统，其特征在于，所述数据处理分析装置(200)设置有打印机接口，用于连接打印机并通过打印机输出数据。

10.根据权利要求9任一项所述的商用压水堆物理试验系统，其特征在于，还包括用于记录数据的记录仪(300)，所述数据采集装置(100)还包括数据输出模块(190)，所述数据输出模块(190)分别与所述记录仪(300)和所述设备控制器(130)通讯连接，所述数据输出模块(190)用于将所述设备控制器(130)所采集的数据输出至所述记录仪(300)进行记录。