CN108172311A - 一种反应堆的超温超功保护系统 - Google Patents

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李超
涂画
周仁华
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许正刚
吕洪涛
杨浩
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Abstract

本发明公开了一种反应堆的超温超功保护系统，包括超温保护通道和超功保护通道。超温保护通道包括：用于根据回路冷段温度和回路热段温度计算出回路平均温度的平均温度计算模块，用于根据回路平均温度进行阈值比较得到阈值比较结果的平均温度阈值模块。超功保护通道包括：用于根据反应堆轴向功率偏差、回路冷段温度、回路热段温度和主泵转速计算出超功定值的超功定值计算模块，用于根据超功定值进行阈值比较得到阈值比较结果的超功阈值模块。平均温度计算模块的输出端设置有第一磁环；超功阈值模块的输入端设置有第二磁环；磁环的设置可有效的降低超温保护通道和超功保护通道受到的干扰，进而提高反应堆的安全性，确保核电站安全平稳的运行。

Description

一种反应堆的超温超功保护系统
技术领域
本发明涉及核电技术领域，具体涉及一种反应堆的超温超功保护系统。
背景技术
现有的控制系统不但系统复杂，设备多，输入/输出(I/O)端口多，特别是外部的连接电缆又多又长，这类似于是拾取干扰的高效天线，给干扰的耦合提供了充分的条件，使得各种干扰容易侵入控制系统。许多电磁干扰是通过外部电缆和端口进入系统的。当干扰功率大到足够大时，足以在接收中造成骚扰使一个电路产生误操作，这就形成了一个干扰。干扰是一种电子信号，它是不能消除的，而只能在量级上尽量减小直到不再引起干扰。
核电站SIP保护机柜超温超功(超功率)通道，由于通道复杂，有主泵转速、稳压器压力、RPN(核仪表系统)轴向功率偏差、一回路冷端热端温度等信号参与保护计算，同时通道包括微分模块，意味着超温超功通道设计复杂、板件较多、线路多(特别是跨机柜的电缆)，容易受到干扰；其中超温保护通道由于通道设计有超前滞后环节，对输入信号有放大作用，所以更容易受到外部的干扰。通道很容易受到干扰，容易出现柜门开关、限位开关动作导致超温超功定值波动、跳堆事件，以及超温通道电缆受到干扰导致超温定值波动问题。
因此，现有技术还有待改进和提高
发明内容
本发明提供一种反应堆的超温超功保护系统，以降低超温保护通道和超功保护通道受到的干扰。
根据本发明的第一方面，本发明提供一种反应堆的超温超功保护系统，包括超温保护通道和超功保护通道；
所述超温保护通道包括：
平均温度计算模块，用于根据回路冷段温度和回路热段温度计算出回路平均温度，并将所述回路平均温度输出给平均温度阈值模块；
平均温度阈值模块，用于根据所述回路平均温度进行阈值比较，得到阈值比较结果；
所述超功保护通道包括：
超功定值计算模块，用于根据反应堆轴向功率偏差、回路冷段温度、回路热段温度和主泵转速计算出超功定值，并将所述超功定值输出给超温阈值模块；
超功阈值模块，用于根据所述超功定值进行阈值比较，得到阈值比较结果；
所述平均温度计算模块的输出端设置有第一磁环；所述超功阈值模块的输入端设置有第二磁环。
所述的反应堆的超温超功保护系统，其中，所述超温保护通道包括第一信号线；所述平均温度计算模块的输出端通过第一信号线与平均温度阈值模块的输入端连接；所述第一信号线单匝穿过第一磁环或者多匝穿过第一磁环后与平均温度计算模块的输出端连接。
所述的反应堆的超温超功保护系统，其中，所述超功保护通道包括第二信号线；所述超功阈值模块的输入端通过第二信号线与超功定值计算模块的输出端连接，所述第二信号线单匝穿过第二磁环或者多匝穿过第二磁环后与超功阈值模块的输入端连接。
所述的反应堆的超温超功保护系统，其中，所述超温保护通道还包括：
超温定值计算模块，用于根据反应堆轴向功率偏差、回路平均温度、稳压器压力和主泵转速计算出超温定值，并将所述超温定值输出给超温阈值模块；
超温阈值模块，用于根据所述超温定值进行阈值比较，得到阈值比较结果。
所述的反应堆的超温超功保护系统，其中，所述超功保护通道还包括：
温差计算模块，用于根据回路冷段温度和回路热段温度计算出回路冷热段温差，并将所述回路冷热段温差输出给温差阈值模块；
温差阈值模块，用于根据所述回路冷热段温差进行阈值比较，得到阈值比较结果。
所述的反应堆的超温超功保护系统，其中，还包括：
驱动模块，与所述超温保护通道和超功保护通道连接，用于接收每个保护通道的阈值比较结果，并根据所述阈值比较结果和预设的保护逻辑输出驱动指令；所述驱动指令用于驱动能使反应堆达到可控状态的执行机构。
所述的反应堆的超温超功保护系统，其中，所述平均温度计算模块和超功定值计算模块均包括加法器。
所述的反应堆的超温超功保护系统，其中，所述平均温度阈值模块和超功阈值模块包括比较器。
所述的反应堆的超温超功保护系统，其中，所述超温定值计算模块包括加法器，所述超温阈值模块包括比较器。
所述的反应堆的超温超功保护系统，其中，所述温差计算模块包括加法器，所述温差阈值模块包括比较器。
所述的反应堆的超温超功保护系统，其中，所述第一信号线缠绕第一磁环两圈或两圈以上。
所述的反应堆的超温超功保护系统，其中，所述第二信号线缠绕第二磁环两圈或两圈以上。
本发明的有益效果：本发明提供一种反应堆的超温超功保护系统，通过在平均温度计算模块的输出端设置第一磁环；在超功阈值模块的输入端设置第二磁环，可有效的降低超温保护通道和超功保护通道受到的干扰，进而提高反应堆的安全性，确保核电站安全平稳的运行。
附图说明
图1为本发明提供的反应堆的超温超功保护系统的结构框图；
图2为传统反应堆的超温保护通道中，三个回路的超温定值的波形图；
图3为本发明提供的反应堆的超温超功保护系统中，三个回路的超温定值的波形图；
图4为传统反应堆的超功保护通道中，超功定值受到干扰时的波形图；
图5为本发明提供的反应堆的超温超功保护系统中，超功定值的波形图；
图6为本发明提供的反应堆的超温超功保护系统中，磁环的左视图；
图7为本发明提供的反应堆的超温超功保护系统中，磁环的正视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
请参阅图1，本发明提供一种反应堆的超温超功保护系统，包括超温保护通道10、超功(超功率)保护通道20和驱动模块30。所述超温保护通道10包括平均温度计算模块110、平均温度阈值模块120、超温定值计算模块130和超温阈值模块140。所述超功保护通道包括超功定值计算模块210、超功阈值模块220、温差计算模块230和温差阈值模块240。核电站的每个机组包括3个超温、超功通道(对应现场3个环路)，一环路保护如图1和图2所示，二三环路与一环路相同。本实施例以一环路(回路)的超温保护通道10、超功(超功率)保护通道20为例进行说明。
所述超温保护通道10、超功保护通道20主要的功能为将实测的一回路热功率与理论计算的超温定值和超功定值通过各个阈值模块比较产生相应的反应堆保护逻辑。
所述平均温度计算模块110，用于根据回路冷段温度和回路热段温度的实际测量值计算出回路平均温度，并将所述回路平均温度输出给平均温度阈值模块120。所述平均温度计算模块110包括平均温度加法器，用于计算回路冷段温度和回路热段温度实际测量值的平均值，得到回路平均温度。由于本实施例采用一回路的超温超功保护通道进行说明，故所述回路冷段温度和回路热段温度为一回路冷却剂的冷段温度和一回路冷却剂的热段温度。
所述平均温度阈值模块120，用于根据所述回路平均温度进行阈值比较，得到阈值比较结果。进一步的，所述平均温度阈值模块120可采用比较器进行阈值比较，该比较器用于比较冷却剂的平均温度(回路平均温度)与超温第一阈值的大小。
所述超温定值计算模块130，用于根据反应堆轴向功率偏差、回路平均温度、稳压器压力和主泵转速计算出超温定值(超温保护定值)，并将所述超温定值输出给超温阈值模块140。所述超温定值计算模块130包括超温定值加法器，根据反应堆轴向功率偏差、回路平均温度、稳压器压力和主泵转速计算出超温定值。
所述超温阈值模块140，用于根据所述超温定值进行阈值比较，得到阈值比较结果。进一步的，所述超温阈值模块140可采用比较器进行阈值比较，该比较器用于比较所述回路平均温度(超温测量值)与所述超温定值(超温第二阈值)的大小。所述超温第一阈值比超温第二阈值小3％，换而言之，在超温保护中，采用两个阈值可进行分阶段保护，3％为安全裕度。
所述温差计算模块230，用于根据回路冷段温度和回路热段温度的实际测量值计算出回路冷热段温差△T，并将所述回路冷热段温差输出给温差阈值模块240。所述温差计算模块230包括△T信号加法器，用于将回路热段温度减去回路冷段温度得到回路冷热段温差△T，△T表征一回路热功率。
所述温差阈值模块240，用于根据所述回路冷热段温差△T进行阈值比较，得到阈值比较结果。进一步的，所述温差阈值模块240可采用比较器进行阈值比较，该比较器用于比较回路冷热段温差△T与超功率第一阀值的大小。
所述超功定值计算模块210，用于根据反应堆轴向功率偏差、回路冷段温度、回路热段温度和主泵转速计算出超功定值(超功率保护定值)，并将所述超功定值输出给超温阈值模块220。所述超功定值计算模块210包括超功定值加法器，用于根据反应堆轴向功率偏差、回路冷段温度、回路热段温度和主泵转速计算出超功定值。
所述超功阈值模块220，用于根据所述超功定值进行阈值比较，得到阈值比较结果。进一步的，所述超功阈值模块220可采用比较器进行阈值比较，该比较器用于比较回路冷热段温差△T(超功测量值)与所述超功定值(超功率第二阀值)的大小。所述超功率第一阈值比超功率第二阈值小3％，换而言之，在超功率保护中，采用两个阈值可进行分阶段保护，3％为安全裕度。
所述驱动模块30，与所述超温保护通道10和超功保护通道20连接，用于接收每个保护通道的阈值比较结果，并根据所述阈值比较结果和预设的保护逻辑输出驱动指令；所述驱动指令用于驱动能使反应堆达到可控状态的执行机构。具体的，当回路平均温度(超温测量值)超过超温第一阈值时产生超温闭锁指令，当回路冷热段温差△T(超功测量值)达到超功率第一阀值时产生超功闭锁指令，超温测量值超过超温第二阈值时产生自动停堆指令，超功测量值超过超功率第二阀值时产生自动停堆指令。所述超温和超功保护通道是为了实现对反应堆燃料包壳保护、防止其因为温度过高而导致烧毁。所述超温和超功闭锁指令用于闭锁控制棒的提升(控制棒提升，功率上升)并产生负荷速降信号。
如图2所示，从上到下依次为一回路的超温定值、二回路的超温定值和三回路的超温定值变化曲线，可见二回路的超温定值波动较大，受到了干扰。经检查发现是由于传输回路平均温度信号到RPN的电缆受到干扰导致。故本发明在平均温度计算模块110的输出端设置第一磁环M1，降低回路平均温度输出时受到的干扰，从而确保了计算出的超温定值的准确性，降低超温保护通道受到的干扰，进而提高反应堆的安全性，确保核电站安全平稳的运行。设置第一磁环M1后超温定值信号如图3所示，明显降低了干扰。
由于保护通道的机柜中，同一线槽内可能分布有传输不同信号的走线，可能产生干扰，如图4所示，超功定值加法器输出的超功定值信号存在较大干扰情况，干扰形式向下毛刺，干扰信号幅值20％FP(Full Power)，持续时间20ms左右。本发明在所述超功定值计算模块210与超功阈值模块220之间的信号线上设置第二磁环M2以降低干扰。第二磁环M2的加入点应该为信号线受干扰的点，进行试验时发现第二磁环M2加装在不同位置干扰效果不同，若第二磁环M2加装在超功定值加法器输出端，基本无抗干扰效果；加装在信号线的中间位置，有一定的抗干扰效果；若加装在超功阈值模块220的输入端，抗干扰效果明显，其幅值控制在20～30mV左右，如图5所示，经过多次试验，复现性好。故本发明在所述超功阈值模块220的输入端设置第二磁环M2，以降低超功定值进行阈值比较时受到的干扰，避免发出错误的驱动指令，进而提高了反应堆的安全性，确保核电站安全平稳的运行。设置第二磁环M2后超功定值信号如图5所示，明显降低了干扰。
所述超温保护通道还包括第一信号线；所述平均温度计算模块110的输出端通过第一信号线与平均温度阈值模块120的输入端连接；所述第一信号线单匝穿过第一磁环M1或者多匝穿过第一磁环M1后与平均温度计算模块110的输出端连接；换而言之，如图1所示，第一磁环M1设置在第一信号线靠近平均温度计算模块110输出端的端部。
所述超功保护通道还包括第二信号线；所述超功阈值模块220的输入端通过第二信号线与超功定值计算模块210的输出端连接，所述第二信号线单匝穿过第二磁环或者多匝穿过第二磁环M2后与超功阈值模块220的输入端连接；换而言之，如图1所示，第二磁环M2设置在第二信号线靠近超功阈值模块220输入端的端部。
所述第一磁环M1和第二磁环M2的内径分别与第一信号线和第二信号线的线径相近，最好相同。在内径相同的条件下，抑制效果随长度的变化快于随外径的变化，故在内径一定的磁环中，选取长度最长的磁环。SIP机柜内部信号线直径为2mm，故第一磁环M1和第二磁环M2为相同结构和尺寸的磁环。两者的尺寸如图6和图7所示。磁芯采用材料锰锌铁氧体，具体尺寸A：13.00±1.00mm；B：12.00±1.00mm；C：5.00±1.00mm；D：25.00±1.00mm；E：2.4.00±0.50mm；电缆最大使用尺寸3.5mm。所述第一信号线缠绕第一磁环M1两圈或两圈以上，以尽量提高磁环的屏蔽作用。所述第二信号线缠绕第二磁环M2两圈或两圈以上，以尽量提高磁环的屏蔽作用。
考虑到SIP机柜内部干扰源无法移除，敏感设备也无法处理，本发明通过消除干扰耦合途径的方案解决SIP相关干扰问题。而对于消除干扰耦合途径上，具体通过磁环的加设消除了相关干扰。磁环消除干扰途径方法的应用成功，及时消除了SIP相关保护通道的故障，有效保障了相关保护通道的安全稳定运行。同时相关问题的处理方法也是SIP等重要敏感通道防电磁干扰研究的突破和创新，为核电其他现场干扰问题提供了思路，具有重要的参考意义。综上所述，本发明通过对SIP机柜内的信号线设置磁环，解决了敏感安全通道的干扰问题，具有很高的社会效益和经济效益。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (12)

1.一种反应堆的超温超功保护系统，包括超温保护通道和超功保护通道，其特征在于，所述超温保护通道包括：
平均温度计算模块，用于根据回路冷段温度和回路热段温度计算出回路平均温度，并将所述回路平均温度输出给平均温度阈值模块；
平均温度阈值模块，用于根据所述回路平均温度进行阈值比较，得到阈值比较结果；
所述超功保护通道包括：
超功定值计算模块，用于根据反应堆轴向功率偏差、回路冷段温度、回路热段温度和主泵转速计算出超功定值，并将所述超功定值输出给超温阈值模块；
超功阈值模块，用于根据所述超功定值进行阈值比较，得到阈值比较结果；
所述平均温度计算模块的输出端设置有第一磁环；所述超功阈值模块的输入端设置有第二磁环。
2.根据权利要求1所述的反应堆的超温超功保护系统，其特征在于，所述超温保护通道包括第一信号线；所述平均温度计算模块的输出端通过第一信号线与平均温度阈值模块的输入端连接；所述第一信号线单匝穿过第一磁环或者多匝穿过第一磁环后与平均温度计算模块的输出端连接。
3.根据权利要求1所述的反应堆的超温超功保护系统，其特征在于，所述超功保护通道包括第二信号线；所述超功阈值模块的输入端通过第二信号线与超功定值计算模块的输出端连接，所述第二信号线单匝穿过第二磁环或者多匝穿过第二磁环后与超功阈值模块的输入端连接。
4.根据权利要求1所述的反应堆的超温超功保护系统，其特征在于，所述超温保护通道还包括：
超温定值计算模块，用于根据反应堆轴向功率偏差、回路平均温度、稳压器压力和主泵转速计算出超温定值，并将所述超温定值输出给超温阈值模块；
超温阈值模块，用于根据所述超温定值进行阈值比较，得到阈值比较结果。
5.根据权利要求1所述的反应堆的超温超功保护系统，其特征在于，所述超功保护通道还包括：
温差计算模块，用于根据回路冷段温度和回路热段温度计算出回路冷热段温差，并将所述回路冷热段温差输出给温差阈值模块；
温差阈值模块，用于根据所述回路冷热段温差进行阈值比较，得到阈值比较结果。
6.根据权利要求1所述的反应堆的超温超功保护系统，其特征在于，还包括：
驱动模块，与所述超温保护通道和超功保护通道连接，用于接收每个保护通道的阈值比较结果，并根据所述阈值比较结果和预设的保护逻辑输出驱动指令；所述驱动指令用于驱动能使反应堆达到可控状态的执行机构。
7.根据权利要求1所述的反应堆的超温超功保护系统，其特征在于，所述平均温度计算模块和超功定值计算模块均包括加法器。
8.根据权利要求1所述的反应堆的超温超功保护系统，其特征在于，所述平均温度阈值模块和超功阈值模块包括比较器。
9.根据权利要求4所述的反应堆的超温超功保护系统，其特征在于，所述超温定值计算模块包括加法器，所述超温阈值模块包括比较器。
10.根据权利要求5所述的反应堆的超温超功保护系统，其特征在于，所述温差计算模块包括加法器，所述温差阈值模块包括比较器。
11.根据权利要求2所述的反应堆的超温超功保护系统，其特征在于，所述第一信号线缠绕第一磁环两圈或两圈以上。
12.根据权利要求3所述的反应堆的超温超功保护系统，其特征在于，所述第二信号线缠绕第二磁环两圈或两圈以上。
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