CN107967953A - 熔盐堆保护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种熔盐堆保护系统，包括三个处理序列模块和断路器输出模块，每个处理序列模块包括探测器、信号调理采集单元、数字处理单元和逻辑判断单元，探测器完成熔盐堆的物理量探测，信号调理采集单元完成数字化采集，数字处理单元进行数字化处理，并根据监测要求输出保护逻辑信号，然后由逻辑判断单元对同一物理量的保护逻辑信号三取二判别，最后还由断路器输出模块再次三取二判别确保系统停堆可靠性。本发明通过采用双重三取二保护逻辑，既确保系统具有极高的安全性和可靠性，又在满足核安全的高安全性、高可靠性要求基础上，简化保护系统的规模，提高经济效益。

Description

熔盐堆保护系统
技术领域
本发明涉及反应堆保护系统，特别涉及一种熔盐堆保护系统。
背景技术
反应堆保护系统的主要功能是连续监测反应堆保护变量，当保护变量的值达到或超过保护给定值时，在规定时间内，给出保护动作触发信号，驱动保护动作执行机构，完成系统规定的保护动作，防止事故发生，或在事故发生后，减轻事故后果。保护系统在安全等级上属于1E级设备，是反应堆仪控系统重要组成部分，是反应堆安全运行的可靠保障。先进、可靠的反应堆保护系统对堆的安全运行具有重要作用。
熔盐堆是以高温熔盐为冷却剂，石墨为慢化剂，它作为六种第四代反应堆候选堆型之一有良好的经济性，安全性，可持续性和防核扩散性。在安全概念上采取保守的物理参数设计，具有多项本征安全性，例如常压系统从设计上可避免严重LOCA事故(lost ofcoolant accident，冷却剂丧失事故)的发生；非能动余热排出系统可避免因衰变热无法排出导致堆内构件温度升高失效而引起的事故等。
熔盐堆属于新型反应堆，目前还没有现成的保护系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中熔盐堆属于新型反应堆，还没有现成的保护系统的缺陷，提供一种熔盐堆保护系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供一种熔盐堆保护系统，其特点是，包括三个处理序列模块和断路器输出模块，每个所述处理序列模块包括探测器、信号调理采集单元、数字处理单元和逻辑判断单元；
所述探测器用于探测至少一个表征所述熔盐堆的本征安全性的物理量，并生成所述物理量对应的探测信号；
所述信号调理采集单元用于数字化采集所述探测信号，并生成所述探测信号对应的数字化信号；
所述数字处理单元用于处理所述数字化信号，得到所述物理量的数值，在所述数值超过预设安全阈值时生成所述物理量的保护逻辑信号，并将所述保护逻辑信号分别输出到每一处理序列模块中的逻辑判断单元；
所述逻辑判断单元用于接收所述保护逻辑信号，并在同一所述物理量对应的保护逻辑信号的数量为两个以上时，生成所述物理量对应的保护停堆信号；还在任一所述物理量对应的保护停堆信号存在时生成停堆信号，并将所述停堆信号传输至所述断路器输出模块；
所述断路器输出模块用于接收所述停堆信号，并在所述停堆信号的数量为两个以上时生成总停堆信号，所述总停堆信号用于反应堆停堆。
本方案中，通过探测器实现熔盐堆的物理量探测，然后通过信号调理采集单元对探测信号进行相应的调理(如放大滤波)和数字化采集(如模数转换)，从而将模拟的物理量转变为数字量，便于数字处理单元对数字量进行处理，处理后若物理量的数值超过安全阈值时，就生成保护逻辑信号由逻辑判断处理单元进行三取二逻辑判断。另外，断路器输出模块还对三个处理序列模块的输出进行再一次的三取二逻辑判断，以确保系统不误保护，也不漏保护，有效保证了保护系统在较小的规模下，仍具有极高的安全性和可靠性，从而满足核安全的高要求。
较佳地，所述数字处理单元包括第一FPGA处理子单元和第二FPGA处理子单元；所述第一FPGA处理子单元用于处理所述数字化信号，得到所述物理量的数值，并在所述数值超过预设安全阈值时生成所述物理量的保护逻辑信号；所述第二FPGA处理子单元用于将所述保护逻辑信号分别输出到每一处理序列模块中的逻辑判断单元。
本方案中，通过采用双FPGA进行冗余设计，可保证信号处理与数据传输各自独立，以提高系统的可靠性。
较佳地，所述逻辑判断单元包括第三FPGA处理子单元和第四FPGA处理子单元；所述第三FPGA处理子单元与所述第二FPGA处理子单元通信连接，用于接收所述保护逻辑信号，并将所述保护逻辑信号传输至所述第四FPGA处理子单元；所述第四FPGA处理子单元用于在同一所述物理量对应的保护逻辑信号的数量为两个以上时，生成所述物理量对应的保护停堆信号，还用于在任一所述物理量对应的保护停堆信号存在时生成停堆信号；所述第三FPGA处理子单元还用于将所述停堆信号传输至所述断路器输出模块。
较佳地，所述熔盐堆保护系统还包括网关模块，所述网关模块用于向系统外部传输数据，其中网关模块仅向系统外发送数据，而不接收系统外输入的数据，可确保了保护系统具有较高隔离性和独立性。
较佳地，所述熔盐堆保护系统还包括本地参数模块和/或本地显示模块，所述本地参数模块用于参数设置，所述本地显示模块用于显示系统处理结果。
较佳地，所述物理量包括温度、流量和/或反应堆功率，所述探测器相应包括温度探测器、流量探测器和/或反应堆功率探测器。
较佳地，每个所述处理序列模块包括两个相同功能的所述数字处理单元，其中一个所述数字处理单元处于工作状态，另一个所述数字处理单元处于热备份状态。
较佳地，每个所述处理序列模块包括两个相同功能的所述逻辑判断单元，其中一个所述逻辑判断单元处于工作状态，另一个所述逻辑判断单元处于热备份状态。
本发明的积极进步效果在于：本发明针对熔盐堆的高安全性，采用双重三取二保护逻辑，既确保了保护系统具有极高的安全性和可靠性，又在满足核安全的高安全性、高可靠性要求基础上，使得保护系统的规模得到简化，可获取更高经济效益。另外，采用FPGA冗余设计，使得信号处理、逻辑判断更可靠性，也便于系统运行参数的设定和调节。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的熔盐堆保护系统的组成示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本实施例涉及的熔盐堆保护系统，如图1所示，所述系统包括处理序列模块1-3和断路器输出模块4，其中处理序列模块1包括探测器11、信号调理采集单元21、数字处理单元31和逻辑判断单元41；处理序列模块2包括探测器12、信号调理采集单元22、数字处理单元32和逻辑判断单元42，处理序列模块3包括探测器13、信号调理采集单元23、数字处理单元33和逻辑判断单元43。
探测器11-13用于探测至少一个表征所述熔盐堆的本征安全性的物理量，并生成所述物理量对应的探测信号。具体实施时，需要探测的物理量应根据不同熔盐堆的实际监测要求进行确定，比如监测温度、流量和/或反应堆功率等物理参数，这时探测器11-13就需要相应地包括有温度探测器(如温度传感器或热电偶)、流量探测器和/或反应堆功率探测器，这样探测器就能获取到这些物理量对应的探测信号，从而将物理量转化为电路可以处理的探测信号。
信号调理采集单元21-23分别用于数字化采集各自处理序列模块内的探测信号，并在数字化采集后生成探测信号对应的数字化信号。具体实施中，根据探测器输出的探测信号的形式不同，如电压信号，则信号调理采集单元就采用电压型调理及采集电路完成数字化采集，特别是如热电偶探测到的微弱电压信号，信号调理采集单元还需要对该微弱电压信号进行如放大、滤波、热电偶冷端补偿等处理，然后再采用如模数转换电路完成数字化采集；如电流信号，则信号调理采集单元就采用电流型调理及采集电路完成数字化采集。当然，信号调理采集单元一般还包括有隔离电路，通过隔离电路可将探测器与调理采集电路加以隔离，以免电路之间相互影响。
数字处理单元31-33用于分别处理各自处理序列模块内的所述数字化信号，得到所述物理量的数值，在所述数值超过预设安全阈值时生成所述物理量的保护逻辑信号，并将所述保护逻辑信号分别输出到每一处理序列模块中的逻辑判断单元。具体实施时，每一个数字处理单元优选采用两片FPGA构成第一FPGA处理子单元(图中未标识出)和第二FPGA处理子单元(图中未标识出)，其中第一FPGA处理子单元负责数字信号处理，即在数字处理后得到所述物理量的数值，并在所述数值超过预设安全阈值时生成所述物理量的保护逻辑信号，第二FPGA处理子单元则负责系统内单元模块之间的数据通信，即将所述保护逻辑信号分别输出到每一处理序列模块中的逻辑判断单元，通过双FPGA冗余结构，使得处理功能和数据传输功能独立，确保系统具有更高的安全性和可靠性。
逻辑判断单元41-43用于接收所述保护逻辑信号，并在同一所述物理量对应的保护逻辑信号的数量为两个以上时，生成所述物理量对应的保护停堆信号；还在任一所述物理量对应的保护停堆信号存在时生成停堆信号，并将所述停堆信号传输至所述断路器输出模块。具体实施时，每一个逻辑判断单元优选采用两片FPGA构成分别构成第三FPGA处理子单元(图中未标识出)和第四FPGA处理子单元(图中未标识出)，其中第四FPGA处理子单元负责三取二逻辑判断，即在同一所述物理量对应的保护逻辑信号的数量为两个以上时，就生成所述物理量对应的保护停堆信号，以及在任一所述物理量对应的保护停堆信号存在时就生成停堆信号，第三FPGA处理子单元则负责系统内单元模块之间的数据通信，即第三FPGA处理子单元与第二FPGA处理子单元通信连接，用于接收所述保护逻辑信号，并将所述保护逻辑信号传输至第四FPGA处理子单元，这样通过双FPGA冗余结构，使得三取二逻辑判断功能和数据传输功能独立，确保系统具有更高的安全性和可靠性。
断路器输出模块4用于接收所述停堆信号，并在所述停堆信号的数量为两个以上时生成总停堆信号，所述总停堆信号用于反应堆停堆。这里，断路器输出模块4对所述停堆信号再次进行三取二逻辑判断，从而确保系统具有更高的可靠性，避免发生误保护，或者漏保护。
进一步，具体实施中，所述熔盐堆保护系统还包括网关模块5，网关模块5用于向系统外部传输数据，这里网关模块仅向系统外发送数据，而不接收系统外输入的数据，从而确保了保护系统的单向数据传输，进一步提高保护系统与其它系统的隔离性，提高保护系统的可靠性。
进一步，具体实施中，所述熔盐堆保护系统还包括本地参数模块6和本地显示模块7，本地参数模块6用于参数设置，这时就可通过本地参数模块6进行如定值设置、刻度系数设置、工作模式设置等系统运行的关键参数设置；本地显示模块7用于显示系统处理结果，比如用于显示设置的参数、各个处理序列模块的中间数据(如物理量的数值、保护逻辑信号情况、保护停堆信号等等)。通过本地参数模块6和本地显示模块7，可以方便工作人员本地观察熔盐堆的系统运行情况。
另外，作为保护系统的核心部件，具体实施中，可采用两个功能相同的数字处理单元进行相互备份，即在每个处理序列模块中，采用两个完全相同的数字处理单元进行热备份冗余，亦即其中一个数字处理单元处于工作状态，另一个数字处理单元处于热备份状态，这样通过数字处理单元冗余备份设计，将进一步提高保护系统的工作可靠性。同理，具体实施中，可采用两个功能相同的逻辑判断单元进行相互备份，即在每个处理序列模块中，采用两个完全相同的逻辑判断单元进行热备份冗余，亦即其中一个逻辑判断单元处于工作状态，另一个逻辑判断单元处于热备份状态，这样也可进一步提高保护系统的可靠性。
本实施例提供了一种熔盐堆保护系统，虽然不同熔盐堆根据安全要求需要监测的物理量可能不同，但其整体处理架构基本相同，所以其他熔盐堆的保护系统可参照本实施例进行架构，比如钍基熔盐堆的保护系统就可参照本实施例进行架构。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种熔盐堆保护系统，其特征在于，包括三个处理序列模块和断路器输出模块，每个所述处理序列模块包括探测器、信号调理采集单元、数字处理单元和逻辑判断单元；
所述探测器用于探测至少一个表征所述熔盐堆的本征安全性的物理量，并生成所述物理量对应的探测信号；
所述信号调理采集单元用于数字化采集所述探测信号，并生成所述探测信号对应的数字化信号；
所述数字处理单元用于处理所述数字化信号，得到所述物理量的数值，在所述数值超过预设安全阈值时生成所述物理量的保护逻辑信号，并将所述保护逻辑信号分别输出到每一处理序列模块中的逻辑判断单元；
所述逻辑判断单元用于接收所述保护逻辑信号，并在同一所述物理量对应的保护逻辑信号的数量为两个以上时，生成所述物理量对应的保护停堆信号；还在任一所述物理量对应的保护停堆信号存在时生成停堆信号，并将所述停堆信号传输至所述断路器输出模块；
所述断路器输出模块用于接收所述停堆信号，并在所述停堆信号的数量为两个以上时生成总停堆信号，所述总停堆信号用于反应堆停堆。
2.如权利要求1所述的熔盐堆保护系统，其特征在于，所述数字处理单元包括第一FPGA处理子单元和第二FPGA处理子单元；
所述第一FPGA处理子单元用于处理所述数字化信号，得到所述物理量的数值，并在所述数值超过预设安全阈值时生成所述物理量的保护逻辑信号；
所述第二FPGA处理子单元用于将所述保护逻辑信号分别输出到每一处理序列模块中的逻辑判断单元。
3.如权利要求2所述的熔盐堆保护系统，其特征在于，所述逻辑判断单元包括第三FPGA处理子单元和第四FPGA处理子单元；
所述第三FPGA处理子单元与所述第二FPGA处理子单元通信连接，用于接收所述保护逻辑信号，并将所述保护逻辑信号传输至所述第四FPGA处理子单元；
所述第四FPGA处理子单元用于在同一所述物理量对应的保护逻辑信号的数量为两个以上时，生成所述物理量对应的保护停堆信号，还用于在任一所述物理量对应的保护停堆信号存在时生成停堆信号；
所述第三FPGA处理子单元还用于将所述停堆信号传输至所述断路器输出模块。
4.如权利要求1所述的熔盐堆保护系统，其特征在于，所述熔盐堆保护系统还包括网关模块，所述网关模块用于向系统外部传输数据。
5.如权利要求1所述的熔盐堆保护系统，其特征在于，所述熔盐堆保护系统还包括本地参数模块和/或本地显示模块，所述本地参数模块用于参数设置，所述本地显示模块用于显示系统处理结果。
6.如权利要求1所述的熔盐堆保护系统，其特征在于，所述物理量包括温度、流量和/或反应堆功率，所述探测器相应包括温度探测器、流量探测器和/或反应堆功率探测器。
7.如权利要求1所述的熔盐堆保护系统，其特征在于，每个所述处理序列模块包括两个相同功能的所述数字处理单元，其中一个所述数字处理单元处于工作状态，另一个所述数字处理单元处于热备份状态。
8.如权利要求1所述的熔盐堆保护系统，其特征在于，每个所述处理序列模块包括两个相同功能的所述逻辑判断单元，其中一个所述逻辑判断单元处于工作状态，另一个所述逻辑判断单元处于热备份状态。
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