CN108986938A - 核电站反应堆保护系统的停堆工况响应时间测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于核电站保护系统的技术领域，为解决现有响应时间测试技术中，测试方法较为复杂，测试效率较低，测试对象不完整等技术问题，提供一种核电站反应堆保护系统带时滞补偿环节的停堆工况响应时间测试方法，所述方法包括：搭建测试环境，信号发生装置将正常运行工艺信号注入保护系统，使得保护系统工作在正常状态，然后信号发生装置将停堆工况信号注入保护系统，使得保护系统输出停堆信号，示波器记录跳变的时间差，在仿真软件中对停堆逻辑建模，得到时滞处理环节时间差，将示波器记录的时间差与时滞处理环节时间差相减得到停堆响应时间。

Description

核电站反应堆保护系统的停堆工况响应时间测试方法

技术领域

本发明涉及核电站保护系统性能测试技术领域，尤其涉及保护系统带时滞补偿环节的停堆工况响应时间的测试方法。

背景技术

核电站反应堆保护系统是保证核电站安全稳定运行的重要设备，它的主要功能是监测核电站的设备状态，在必要时触发反应堆紧急停堆，以保证事故工况下核反应堆的安全。在保护系统的设计中，要求反应堆保护系统在接收到异常工况信号到输出停堆信号的响应时间应小于某一特定值，所以必须测试在各种停堆工况下的反应堆保护系统的响应时间。

目前反应堆保护系统的响应时间测试流程如图1所示，首先搭建测试环境，将多通道信号发生系统和示波器接入反应堆保护系统，然后使用多通道信号发生系统将核电站正常运行的工艺参数信号注入反应堆保护系统，确保反应堆保护系统工作在正常状态，无报警、停堆信号输出。在开始测试后，调整注入的工艺信号参数值，模拟反应堆发生停堆工况，待保护系统输出停堆信号后，停止测试。示波器记录工艺信号发生跳变和停堆信号发生跳变的时间点，二者相减即为该工况的停堆响应时间。但上述测试方法只能测试没有时滞补偿环节的停堆逻辑，如果停堆逻辑中存在时滞补偿环节，那么反应堆保护系统发出停堆信号必然存在一定时间的延迟滞后，而这种延迟滞后是工艺设计要求，而并非反应堆保护系统的性能问题。所以目前国内外反应堆保护系统厂商在执行有时滞环节的响应时间测试时，一般将滞后算法的时间常数置零，人为去除滞后时间，以便测试。

上述测试方法存在下述缺陷：

1、每次测试停堆响应时间时都要修改控制软件的组态，将滞后算法的时间常数置为零，增加了测试工作的复杂程度，降低了工作效率，容易产生人因错误。

2、由于在响应时间测试前修改了保护系统控制软件的组态，导致测试对象不完整，无法全面反映核电站实际的运行工况。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于测试保护系统带时滞补偿环节的停堆工况响应时间的测试方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种核电站反应堆保护系统带时滞补偿环节的停堆工况响应时间测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：使用多通道信号发生系统，将核电站正常运行的工艺参数信号注入反应堆保护系统，确保反应堆保护系统工作在正常状态，无报警、停堆信号输出；

步骤二：将波形记录仪接入反应堆保护系统，开始持续记录停堆工况的工艺信号和反应堆保护系统的停堆信号；

步骤三：在多通道信号发生装置上模拟反应堆停堆工况，将相关停堆工况的工艺信号注入反应堆保护系统，以触发反应堆保护系统的停堆逻辑，波形记录仪记录下工艺信号发生跳变和停堆信号发生跳变的时间差；

步骤四：在仿真软件工具中对反应堆保护系统的处理逻辑过程建模，建立带时滞补偿环节的步骤三所述的相关停堆工况的数学模型，将多通道信号发生装置的工艺信号变化值作为数学模型的输入，计算出工艺信号从跳变到时滞环节逻辑处理后达到停堆阈值的时间差；

步骤五：将步骤三得到的时间差和步骤四得到的时间差做差值，得到步骤三所述的相关停堆工况的实际响应时间数值。

优选地，所述数学模型内的逻辑处理功能直接对应停堆工况逻辑，数学模型能够接收设定的输入值并在仿真计算后，得到输出值，输出值按照要求以图形化的形式表达，或以离散化的数据形式表达，输出的每个数据都明确对应一个时间点。

优选地，所述相关停堆工况的工艺信号的值与现场实际工况贴合。

本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的核电站反应堆保护系统带时滞补偿环节的停堆工况响应时间测试方法的应用，其特征在于，所述响应时间测试方法应用于除核电站反应堆保护系统外的其他工业控制系统。

采用本发明实施例提供的上述技术方案，可以获得以下有益效果中的至少一种：

1、在测试与时间相关的响应时间测试时，可以不必修改控制软件的组态，从而减少响应时间测试的复杂程度，可以提高工作效率，降低人因错误。

2、在测试响应时间时，模拟了更贴近现场实际的工况，使得测试对象更完整，提高了测试质量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种核电站反应堆保护系统不带时滞补偿环节的停堆工况响应时间测试方法的流程图。

图2为本发明实施例提供的一种核电站反应堆保护系统带时滞补偿环节的停堆工况响应时间测试方法的流程图。

图3为本发明实施例提供的堆芯冷却剂流量低停堆工况逻辑图。

图4为本发明实施例提供的输入输出信号定性分析图。

图5为本发明实施例提供的仿真系统建模图。

图6为本发明实施例提供的反应堆保护系统响应时间测试环境图。

图7为本发明实施例提供的响应时间测试示波器采集输入输出波形图。

图8为本发明实施例提供的仿真输入输出仿真结果。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，这些具体的说明只是让本领域普通技术人员更加容易、清晰理解本发明，而非对本发明的限定性解释；并且只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的的技术方案均在本发明的保护范围之内。

实施例：堆芯冷却剂流量低停堆工况响应时间测试。

在核电站正常运行期间，堆芯冷却剂流量被严格控制在某一限值之内，以保证反应堆的安全稳定运行。布置在一回路热端的流量传感器将热端的流量值实时传递至反应堆保护系统，当反应堆保护系统监测到热端的流量值小于设定值时，在P10信号未闭锁的前提下，将触发反应堆停堆信号，控制反应堆停堆。为保证反应堆保护系统及时输出热端堆芯冷却剂流量低的停堆信号，需要测试反应堆保护系统的热端堆芯冷却剂流量低停堆功能响应时间。

反应堆保护系统在采集到热端堆芯冷却剂流量传感器压力信号后，首先使用一个滞后算法(LAG算法)处理信号，然后根据堆芯温度对流量值进行补偿，最后得到稳定的流量信号。由于补偿后的流量值是仪控系统的内部信号，无法通过示波器直接监视。

本发明提供了一种核电站反应堆保护系统的热端堆芯冷却剂流量低停堆工况响应时间测试方法，该方法包括：

分析热端堆芯冷却剂流量低停堆工况的控制原理，得到控制逻辑图，如图3 所示；

根据图3的控制逻辑图，根据自动控制原理，可以定性分析出在流量值阶跃降低后，补偿前的流量信号，补偿后的流量信号以及反应堆停堆信号的关系如图 4所示；

基于图3的逻辑图，在计算机仿真平台上搭建数学模型，采样时间设置为 1ms，搭建好的数学模型如图五所示；

分析图4，t₀对应补偿前的RCS热端流量，即保护系统从现场采集到的RCS 流量信号从100％额定流量降低至89.64％的时间点。补偿前的RCS热端流量信号是保护系统的输入电信号，可以被示波器采集。

分析图4，t₁对应补偿后的RCS热端流量从100％额定流量降低至90％额定流量的时间点，90％的额定流量是触发反应堆保护系统输出停堆信号的阈值点。补偿后的RCS热端流量信号是保护系统内部变量信号，不可以被示波器采集。

分析图4，t₂对应保护系统的停堆信号触发的时间点。停堆信号是保护系统的输出电信号，可以被示波器采集。

分析图4，由于t₀和t₂可以直接被示波器采集，定义T₁＝t₂-t₀，T₁的值可以使用示波器直接采集信号的方法得到。

分析图4，定义T₂＝t₁-t₀，T₂的值可以使用建模仿真的方法得到。

分析图4，实际的响应时间ΔT＝T₁-T₂。

在反应堆保护系统实体上搭建测试环境，测试环境示意图如图6所示。

执行核电站反应堆保护系统的热端堆芯冷却剂流量低停堆工况响应时间测试，其步骤如下：

步骤一：多通道信号发生系统将核电站正常运行的工艺参数信号注入反应堆保护系统，确保反应堆保护系统工作在正常状态，无报警、停堆信号输出。热端冷却剂流量保持在额定流量的100％。

步骤二：将示波器接入反应堆保护系统，开始持续记录RCS热端流量信号和反应堆保护系统的停堆信号。

步骤三：将保护系统的P10信号置为1，将RCS热端流量从额定流量的100％降低到89.64％，小于停堆阈值(额定流量的90％)，待保护系统触发停堆信号后，停止测试。

步骤四：将试验记录从示波器导出，得到如图7所示的输入输出信号波形，根据示波器的记录值，可以得到T₁＝t₂-t₀。

步骤五：在仿真软件上搭建仿真模型并运行，结果如图8所示。在仿真模型的输入端施加如图8上半部分图像所示的阶跃信号，模拟热端冷却剂流量在第 t₀＝5000ms时，从额定流量的100％降低到89.64％。在图8的下半部分给出了仿真模型的输出波形，端读取经信号处理后的冷却剂流量数值。从仿真结果上可以直观的看出，额定流量阶跃下降时，由于滞后环节和温度补偿环节的存在，保护系统得到的流量值呈缓慢下降趋势，在约6S左右下降至停堆阈值，但无法从图像上得出流量低于停堆阈值的具体时间。

步骤六：在仿真软件的工作空间中，抓取流量值在在6S左右的数值，如下表所示：

从上表可以看出，在t₁＝6032ms时，流量值首次下降至90％以下。

由上述步骤六可得，t₁＝6032ms，由上述步骤五可得t₀＝5000ms，代入公式T₂＝t₁-t₀，可得：T₂＝t₁-t₀＝6032-5000＝1032ms。

将计算出的T₁和T2值代入公式ΔT＝T₁-T₂，即可得到实际响应时间值ΔT。

采用本发明实施例提供的上述技术方案，可以获得以下有益效果中的至少一种：

1、在测试与时间相关的响应时间测试时，可以不必修改控制软件的组态，从而减少响应时间测试的复杂程度，可以提高工作效率，降低人因错误。

2、在测试响应时间时，模拟了更贴近现场实际的工况，使得测试对象更完整，提高了测试质量。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后需要说明的是，上述说明仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，都可利用上述揭示的做法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和简单的替换等，这些都属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (4)

1.一种核电站反应堆保护系统带时滞补偿环节的停堆工况响应时间测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：使用多通道信号发生系统，将核电站正常运行的工艺参数信号注入反应堆保护系统，确保反应堆保护系统工作在正常状态，无报警、停堆信号输出；

步骤二：将波形记录仪接入反应堆保护系统，开始持续记录停堆工况的工艺信号和反应堆保护系统的停堆信号；

步骤三：在多通道信号发生装置上模拟反应堆停堆工况，将相关停堆工况的工艺信号注入反应堆保护系统，以触发反应堆保护系统的停堆逻辑，波形记录仪记录下工艺信号发生跳变和停堆信号发生跳变的时间差；

步骤四：在仿真软件工具中对反应堆保护系统的处理逻辑过程建模，建立带时滞补偿环节的步骤三所述的相关停堆工况的数学模型，将多通道信号发生装置的工艺信号变化值作为数学模型的输入，计算出工艺信号从跳变到时滞环节逻辑处理后达到停堆阈值的时间差；

步骤五：将步骤三得到的时间差和步骤四得到的时间差做差值，得到步骤三所述的相关停堆工况的实际响应时间数值。

2.如权利要求1所述的一种核电站反应堆保护系统带时滞补偿环节的停堆工况响应时间测试方法，其特征在于，所述数学模型内的逻辑处理功能直接对应停堆工况逻辑，数学模型能够接收设定的输入值并在仿真计算后，得到输出值，输出值按照要求以图形化的形式表达，或以离散化的数据形式表达，输出的每个数据都明确对应一个时间点。

3.如权利要求1所述的一种核电站反应堆保护系统带时滞补偿环节的停堆工况响应时间测试方法，其特征在于，所述相关停堆工况的工艺信号的值与现场实际工况贴合。

4.一种如权利要求1所述的核电站反应堆保护系统带时滞补偿环节的停堆工况响应时间测试方法的应用，其特征在于，所述响应时间测试方法应用于除核电站反应堆保护系统外的其他工业控制系统。