CN109192346A - 适用于核电站一回路振动噪声监测系统的信号分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了适用于核电站一回路振动噪声监测系统的信号分析方法，将绝对位移传感器、相对位移传感器和压力脉动传感器安装在压力容器和一回路的特定位置上实时探测压力容器和一回路主设备各部分的振动情况。通过计算分析各传感器信号的典型自、互功率谱、相关和相位，获得压力容器和一回路主设备的模态。运用监测计算软件实时监测、显示振动情况并计算、分析、管理振动信息。本发明适用于核电站一回路振动噪声监测系统的信号分析方法，用于尽早发现堆内构件支撑劣化和压紧弹簧松弛，尽早发现一回路设备由于固定状况、严密性能改变或在冷却剂侧液压动态负荷的增加引起的异常状况。
Description
技术领域
本发明涉及核电站监测领域，具体涉及适用于核电站一回路振动噪声监测系统的信号分析方法。
背景技术
反应堆堆内构件在高温、高压和高辐射的环境条件下运行，长期受冷却剂的高速冲击，一旦发生事故会影响压水堆机组的正常运转，甚至发生更高级别的核事故。主系统的动力源是主泵转动。压力容器的振动是主系统激励力作用的受迫振动。当压力容器出现异常振动或故障时，将引起回路冷却剂压力波动等一系列问题。
由于田湾核电站、台山核电站及目前正在发展的三代核电系统均配置了振动噪声监测系统，振动早生信号分析计算方法研究有着广阔的应用前景和发展完善空间。作为振动噪声监测系统研制中的关键步骤，对振动噪声信号分析计算方法的研究能帮助系统正确解读测量信号，掌握设备振动状态并判断振动源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术缺乏对振动噪声信号分析计算方法的研究，无法正确解读测量信号、掌握设备振动状态并判断振动源，目的在于提供适用于核电站一回路振动噪声监测系统的信号分析方法，解决上述问题。
本发明通过下述技术方案实现：
适用于核电站一回路振动噪声监测系统的信号分析方法，包括以下步骤：S1：在反应堆一回路上设置绝对位移传感器、相对位移传感器和压力脉动传感器；所述绝对位移传感器监测绝对位移信号，所述相对位移传感器监测相对位移信号，所述压力脉动传感器监测压力脉动信号；S2：根据绝对位移信号、相对位移信号和压力脉动信号进行振幅超限判断，当出现振幅超限时发出报警并将超限值保持至故障数据库；S3：根据绝对位移信号、相对位移信号和压力脉动信号得出绝对位移信号、相对位移信号和压力脉动信号的自功率谱，并对绝对位移信号、相对位移信号和压力脉动信号进行关联计算得出一回路振动状况。
现有技术中缺乏对振动噪声信号分析计算方法的研究，无法正确解读测量信号、掌握设备振动状态并判断振动源，而由于田湾核电站、台山核电站及目前正在发展的三代核电系统均配置了振动噪声监测系统，振动早生信号分析计算方法研究有着广阔的应用前景和发展完善空间。
本发明应用时，选用绝对位移传感器探测压力容器的强迫振动，相对位移传感器测量主泵的相对位移和主管道热段的热位移，压力脉动传感器测量主回路中的冷却剂压力波动。对前端测量获取的三种传感器信号进行分析处理和关联计算可判断一回路各部位振动状况和振动原因。根据历史运行经验确定反应堆一回路各部分的振动幅度运行限值，实时监测一回路各部分振动情况时，判断振幅是否超限。若幅值超过设定阈值，监测系统产生报警信号并将超限值保存至故障数据库。通过安装在压力容器、主管道、主泵及冷却剂泵上的三类传感器测得绝对位移信号，相对位移信号和压力脉动信号，计算各类信号的自功率谱和各信号间的关联计算，评估一回路各部分的振动状况并判断振动原因。本发明用于尽早发现堆内构件支撑劣化和压紧弹簧松弛，尽早发现一回路设备由于固定状况、严密性能改变或在冷却剂侧液压动态负荷的增加引起的异常状况。作为振动噪声监测系统研制中的关键步骤，对振动噪声信号分析计算方法的研究能帮助系统正确解读测量信号，掌握设备振动状态并判断振动源。
进一步的，还包括以下步骤：S4：对监测数据进行保存和分类管理，并对监测数据进行幅频趋势分析，根据幅频趋势分析结果对幅频走势进行预判。
本发明应用时，对监测数据进行保存和分类管理，定期对历史监测数据进行幅频趋势分析，并可根据趋势对未来走势进行预判。
进一步的，所述绝对位移传感器设置于压力容器顶盖上；所述绝对位移传感器的数量为四个，且四个绝对位移传感器均匀设置于以压力容器顶盖中心为圆心的同一圆周上。
本发明应用时，由于4个绝对位移传感器信号的自功率谱相互之间很相似，主要关注其互功率谱。通过分析不同对的绝对位移传感器信号的典型互功率谱、相关和相位分析，可获得压力容器各类振动信息：所有零相表示压力容器垂直振动；相邻90°的绝对位移传感器信号的所有相表示圆周振动；相邻的绝对位移传感器的相位取0°和180°表示钟摆式振动。将位移传感器安装在压力容器封头的法兰上，可直接获取压力容器的动态振动信息。
进一步的，所述相对位移传感器成对设置于一回路U型段。
本发明应用时，相对位移传感器一般成对设置于一回路U型段靠近主泵处和热段处，分垂直方向和水平方向，数量优选为12个。
进一步的，所述压力脉动传感器设置于反应堆压力容器和主泵之间的冷段上；所述压力脉动传感器还设置于反应堆压力容器和蒸汽发生器之间的热段上。
本发明应用时，一般采用在反应堆压力容器和主泵之间的三条冷段上各安装1个压力脉动传感器，在反应堆压力容器和蒸汽发声器之间的任一条热段上安装1个压力脉动传感器，共4个。
进一步的，步骤S2包括以下子步骤：所述振幅超限判断采用将绝对位移信号、相对位移信号和压力脉动信号的一个采样分析周期内的最大值转换为物理值并与预设阈值比较。
进一步的，步骤S3包括以下子步骤：所述关联计算包括对不同绝对位移传感器产生的绝对位移信号进行典型互功率谱、相关和相位分析。
本发明应用时，通过绝对位移传感器的自谱可以了解主泵转频，而通过绝对位移传感器的互谱可获得压力容器的振动模态。而通过分析四个绝对位移传感器的互功率谱还可以有效的监测压力容器的梁式振动和壳式振动。
进一步的，步骤S3包括以下子步骤：所述关联计算包括关联不同相对位移传感器产生的成对的相对位移信号。
本发明应用时，相对位移分析通过关联不同相对位移传感器的成对信号，可获取各类振动信息：通过分析安装在同一设备单元上的相对位移传感器信号，可获取该设备单元的振动固有频率；通过分析安装在一个环路内同一方向上的相对位移传感器信号可获取该环路的振动频率；通过分析安装在相邻或相对环路内的相对位移传感器信号，可获取整个回路振动频率的相关信息。
进一步的，步骤S3包括以下子步骤：所述关联计算包括得到压力脉动信号与绝对位移传感器信号的互功率谱。
本发明应用时，压力脉动分析重点关注的是四个压力脉动传感器信号的自功率谱，及4个压力脉动传感器与其相邻的绝对位移传感器信号的互功率谱。获取的振动信息如下：分析冷段上的自、互功率谱可获取冷却剂泵和压力容器内构件激励的信息；分析热段上的自、互功率谱可获取压力容器内构件的振动响应信息。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明适用于核电站一回路振动噪声监测系统的信号分析方法，用于尽早发现堆内构件支撑劣化和压紧弹簧松弛，尽早发现一回路设备由于固定状况、严密性能改变或在冷却剂侧液压动态负荷的增加引起的异常状况。作为振动噪声监测系统研制中的关键步骤，对振动噪声信号分析计算方法的研究能帮助系统正确解读测量信号，掌握设备振动状态并判断振动源。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明传感器布置图；
图2为本发明监测分析流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1和图2所示，本发明适用于核电站一回路振动噪声监测系统的信号分析方法，包括以下步骤：S1：在反应堆一回路上设置绝对位移传感器、相对位移传感器和压力脉动传感器；所述绝对位移传感器监测绝对位移信号，所述相对位移传感器监测相对位移信号，所述压力脉动传感器监测压力脉动信号；S2：根据绝对位移信号、相对位移信号和压力脉动信号进行振幅超限判断，当出现振幅超限时发出报警并将超限值保持至故障数据库；S3：根据绝对位移信号、相对位移信号和压力脉动信号得出绝对位移信号、相对位移信号和压力脉动信号的自功率谱，并对绝对位移信号、相对位移信号和压力脉动信号进行关联计算得出一回路振动状况。
本实施例实施时，选用绝对位移传感器探测压力容器的强迫振动，相对位移传感器测量主泵的相对位移和主管道热段的热位移，压力脉动传感器测量主回路中的冷却剂压力波动。对前端测量获取的三种传感器信号进行分析处理和关联计算可判断一回路各部位振动状况和振动原因。根据历史运行经验确定反应堆一回路各部分的振动幅度运行限值，实时监测一回路各部分振动情况时，判断振幅是否超限。若幅值超过设定阈值，监测系统产生报警信号并将超限值保存至故障数据库。通过安装在压力容器、主管道、主泵及冷却剂泵上的三类传感器测得绝对位移信号，相对位移信号和压力脉动信号，计算各类信号的自功率谱和各信号间的关联计算，评估一回路各部分的振动状况并判断振动原因。本发明用于尽早发现堆内构件支撑劣化和压紧弹簧松弛，尽早发现一回路设备由于固定状况、严密性能改变或在冷却剂侧液压动态负荷的增加引起的异常状况。作为振动噪声监测系统研制中的关键步骤，对振动噪声信号分析计算方法的研究能帮助系统正确解读测量信号，掌握设备振动状态并判断振动源。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上，还包括以下步骤：S4：对监测数据进行保存和分类管理，并对监测数据进行幅频趋势分析，根据幅频趋势分析结果对幅频走势进行预判。
本实施例实施时，对监测数据进行保存和分类管理，定期对历史监测数据进行幅频趋势分析，并可根据趋势对未来走势进行预判。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上，所述绝对位移传感器设置于压力容器顶盖上；所述绝对位移传感器的数量为四个，且四个绝对位移传感器均匀设置于以压力容器顶盖中心为圆心的同一圆周上。
本实施例实施时，由图1可以看到绝对位移传感器的布置，由于4个绝对位移传感器信号的自功率谱相互之间很相似，主要关注其互功率谱。通过分析不同对的绝对位移传感器信号的典型互功率谱、相关和相位分析，可获得压力容器各类振动信息：所有零相表示压力容器垂直振动；相邻90°的绝对位移传感器信号的所有相表示圆周振动；相邻的绝对位移传感器的相位取0°和180°表示钟摆式振动。将位移传感器安装在压力容器封头的法兰上，可直接获取压力容器的动态振动信息。
实施例4
本实施例在实施例1的基础上，所述相对位移传感器成对设置于一回路U型段。
本实施例实施时，由图1可以看到相对位移传感器的布置，相对位移传感器一般成对设置于一回路U型段靠近主泵处和热段处，分垂直方向和水平方向，数量优选为12个。
实施例5
本实施例在实施例1的基础上，所述压力脉动传感器设置于反应堆压力容器和主泵之间的冷段上；所述压力脉动传感器还设置于反应堆压力容器和蒸汽发生器之间的热段上。
本实施例实施时，由图1可以看到压力脉动传感器的布置，一般采用在反应堆压力容器和主泵之间的三条冷段上各安装1个压力脉动传感器，在反应堆压力容器和蒸汽发声器之间的任一条热段上安装1个压力脉动传感器，共4个。
实施例6
本实施例在实施例1的基础上，步骤S2包括以下子步骤：所述振幅超限判断采用将绝对位移信号、相对位移信号和压力脉动信号的一个采样分析周期内的最大值转换为物理值并与预设阈值比较。步骤S3包括以下子步骤：所述关联计算包括对不同绝对位移传感器产生的绝对位移信号进行典型互功率谱、相关和相位分析。
本实施例实施时，通过绝对位移传感器的自谱可以了解主泵转频，而通过绝对位移传感器的互谱可获得压力容器的振动模态。而通过分析四个绝对位移传感器的互功率谱还可以有效的监测压力容器的梁式振动和壳式振动。
实施例7
本实施例在实施例1的基础上，步骤S3包括以下子步骤：所述关联计算包括关联不同相对位移传感器产生的成对的相对位移信号。
本实施例实施时，相对位移分析通过关联不同相对位移传感器的成对信号，可获取各类振动信息：通过分析安装在同一设备单元上的相对位移传感器信号，可获取该设备单元的振动固有频率；通过分析安装在一个环路内同一方向上的相对位移传感器信号可获取该环路的振动频率；通过分析安装在相邻或相对环路内的相对位移传感器信号，可获取整个回路振动频率的相关信息。
实施例8
本实施例在实施例1的基础上，步骤S3包括以下子步骤：所述关联计算包括得到压力脉动信号与绝对位移传感器信号的互功率谱。
本实施例实施时，压力脉动分析重点关注的是四个压力脉动传感器信号的自功率谱，及4个压力脉动传感器与其相邻的绝对位移传感器信号的互功率谱。获取的振动信息如下：分析冷段上的自、互功率谱可获取冷却剂泵和压力容器内构件激励的信息；分析热段上的自、互功率谱可获取压力容器内构件的振动响应信息。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.适用于核电站一回路振动噪声监测系统的信号分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在反应堆一回路上设置绝对位移传感器、相对位移传感器和压力脉动传感器；所述绝对位移传感器监测绝对位移信号，所述相对位移传感器监测相对位移信号，所述压力脉动传感器监测压力脉动信号；
S2：根据绝对位移信号、相对位移信号和压力脉动信号进行振幅超限判断，当出现振幅超限时发出报警并将超限值保持至故障数据库；
S3：根据绝对位移信号、相对位移信号和压力脉动信号得出绝对位移信号、相对位移信号和压力脉动信号的自功率谱，并对绝对位移信号、相对位移信号和压力脉动信号进行关联计算得出一回路振动状况。
2.根据权利要求1所述的适用于核电站一回路振动噪声监测系统的信号分析方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S4：对监测数据进行保存和分类管理，并对监测数据进行幅频趋势分析，根据幅频趋势分析结果对幅频走势进行预判。
3.根据权利要求1所述的适用于核电站一回路振动噪声监测系统的信号分析方法，其特征在于，所述绝对位移传感器设置于压力容器顶盖上；所述绝对位移传感器的数量为四个，且四个绝对位移传感器均匀设置于以压力容器顶盖中心为圆心的同一圆周上。
4.根据权利要求1所述的适用于核电站一回路振动噪声监测系统的信号分析方法，其特征在于，所述相对位移传感器成对设置于一回路U型段。
5.根据权利要求1所述的适用于核电站一回路振动噪声监测系统的信号分析方法，其特征在于，所述压力脉动传感器设置于反应堆压力容器和主泵之间的冷段上；所述压力脉动传感器还设置于反应堆压力容器和蒸汽发生器之间的热段上。
6.根据权利要求1所述的适用于核电站一回路振动噪声监测系统的信号分析方法，其特征在于，步骤S2包括以下子步骤：
所述振幅超限判断采用将绝对位移信号、相对位移信号和压力脉动信号的一个采样分析周期内的最大值转换为物理值并与预设阈值比较。
7.根据权利要求1所述的适用于核电站一回路振动噪声监测系统的信号分析方法，其特征在于，步骤S3包括以下子步骤：
所述关联计算包括对不同绝对位移传感器产生的绝对位移信号进行典型互功率谱、相关和相位分析。
8.根据权利要求1所述的适用于核电站一回路振动噪声监测系统的信号分析方法，其特征在于，步骤S3包括以下子步骤：
所述关联计算包括关联不同相对位移传感器产生的成对的相对位移信号。
9.根据权利要求1所述的适用于核电站一回路振动噪声监测系统的信号分析方法，其特征在于，步骤S3包括以下子步骤：
所述关联计算包括得到压力脉动信号与绝对位移传感器信号的互功率谱。
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