CN109727690A - 双堆芯零功率实验装置仪控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双堆芯零功率实验装置仪控系统，包括核测量系统、控制系统和保护系统。在所述核测量系统中，水堆和铅堆分别配备监测装置运行状态的探测器，并共用所述核测量系统的启动监测单元和功率测量单元；在所述控制系统中，水堆和铅堆共用中子源控制单元和数字显示仪表，并分别使用各自专设设施的控制单元；水堆和铅堆共用所述保护系统；在仪控系统中设置水堆和铅堆两种工作模式，水堆和铅堆共用控制盘并通过堆芯选择机构进行切换。该仪控系统根据双堆芯零功率实验装置的特点，既兼顾了水堆和铅堆的共用设备，又针对水堆和铅堆各自专用的设备设置了相应的操作、监测、保护功能，并避免了误操作的可能性。

Description

双堆芯零功率实验装置仪控系统

技术领域

本发明属于反应堆仪控系统设计，具体涉及一种双堆芯零功率实验装置仪控系统。

背景技术

加速器驱动次临界系统(ADS,Accelerator Driven Sub-critical System)，以加速器产生的高能强流质子束轰击靶核(如铅等)产生散裂中子作为外源中子驱动和维持次临界堆运行，具有固有安全性。ADS系统的中子能谱硬、通量大、能量分布宽，嬗变长寿命核素能力强，既可大幅降低核废料的放射性危害，实现核废料的最少化处置，同时还可以输出能量，提高核资源的利用率，被国际公认为核废料处理的最有效手段。

在ADS中，散裂靶与金属冷却次临界反应堆耦合，散裂中子源的能谱宽，具有非稳态且强非均匀的特点，次临界堆内的中子分布呈强各向异性。散裂靶的结构、材料、大小、产额、能谱等特性直接影响次临界反应堆的性能，关系到中子输运模型、热工水力模型、反应性反馈模型的耦合建立。尽管人们对临界反应堆的物理特性已经取得了深入的认识，建立了完善的计算分析手段和测量方法，但对于ADS这种时空上非均匀、方向上强各向异性、高能中子场的靶与堆耦合系统，临界反应堆物理理论是否适用，堆物理计算模型是否合理，计算程序与核数据是否可靠，反应性监测手段是否有效等，都需要通过实验进行验证。

针对ADS特有的重金属散裂靶与次临界反应堆的耦合特性，设计建造了具有水堆和铅堆两个堆芯的零功率装置。由于铀－水栅临界实验技术基础扎实，水堆的中央设置了中子源区，增加靶和缓冲区结构，利用多种中子源模拟ADS散裂源，研究靶区及缓冲区对堆芯及反应性的影响；铅堆以铅为工作介质，模拟铅铋冷却剂的中子物理特性，全面研究金属靶与次临界堆芯的静态和动态耦合特性，以及次临界反应堆的瞬态安全特性与行为。双堆芯零功率装置可以开展ADS特性参数的测量实验，研究ADS反应性监督与测量方法与技术，通过对实验数据的综合分析与评价，可以验证散裂靶与缓冲区设计方法、计算模型、计算程序、关键核数据等的适用性与有效性。

发明内容

本发明的目的在于针对双堆芯零功率实验装置中水堆和铅堆存在重大差异的情况，提供一种双堆芯零功率实验装置仪控系统，实施相应的监测、控制和保护功能，确保工作人员和周围环境的安全。

本发明的技术方案如下：一种双堆芯零功率实验装置仪控系统，包括核测量系统、控制系统和保护系统，在所述核测量系统中，水堆和铅堆分别配备监测装置运行状态的探测器，并共用所述核测量系统的启动监测单元和功率测量单元；在所述控制系统中，水堆和铅堆共用中子源控制单元和数字显示仪表，并分别使用各自专设设施的控制单元；水堆和铅堆共用所述保护系统；在仪控系统中设置水堆和铅堆两种工作模式，水堆和铅堆共用控制盘并通过堆芯选择机构进行切换。

进一步，如上所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其中，所述水堆和铅堆各自专设设施的控制单元包括：水堆专用的安全棒控制单元、调节棒控制单元、电磁阀控制单元、水泵控制单元；铅堆专用的安全棒控制单元、安全块控制单元、调节棒控制单元。

进一步，如上所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其中，所述的保护系统包括：功率保护单元、周期保护单元、安全逻辑单元、安全断路器、紧急停堆单元、报警信号单元及光字牌。

进一步，如上所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其中，所述核测量系统分为源量程和功率量程，源量程包括两个通道，每个通道由启动监测单元及相连的BF3正比计数管组成；功率量程包括两个通道，每个通道由功率测量单元及相连的γ补偿电离室组成。

进一步，如上所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其中，水堆和铅堆的工作模式切换通过设置在控制盘上的切换按钮实现，切换按钮上设有保护罩，只有当水堆和铅堆均处于停堆状态时，才能够实施切换操作。

进一步，如上所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其中，中子源控制单元包括沿中子源传送管道布置的接近开关，所述中子源传送管道的前端能够在水堆和铅堆之间移动，通过采集接近开关的状态，点亮对应的指示灯，跟踪中子源的运动位置；

中子源控制单元通过采集中子源储存罐上剂量监测仪表的信号，确认中子源位于储存罐内；通过采集压缩空气的压力信号，当压缩空气压力低于设计值时，启动空气压缩机，确保中子源系统在装置运行过程中始终处于可用状态。

进一步，如上所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其中，铅堆安全棒控制单元接收所述中子源控制单元产的到达堆内联锁信号和铅堆安全块控制单元产生的到底联锁信号，接受控制盘上安全棒操作按钮和旋钮的指令，控制安全棒的上升和下降，当安全棒位于上终端或下终端时，点亮对应的指示灯，到达上终端时产生到达上终端联锁信号；铅堆安全块控制单元接收所述铅堆安全棒控制单元产的上终端联锁信号和铅堆调节棒控制单元产生的下终端联锁信号，接受控制盘上安全块操作按钮和旋钮的指令，控制安全块的上升和下降，采集安全块的提升高度信息，送到数字显示仪表显示高度，当安全块位于上终端或下终端时，点亮对应的指示灯，到达上终端时产生到顶联锁信号，到达下终端时产生到底联锁信号；铅堆调节棒控制单元接收铅堆安全块控制单元产的到顶联锁信号，接受控制盘上调节棒操作按钮和旋钮的指令，控制调节棒的上升和下降，采集调节棒的提升高度信息，送到数字显示仪表显示高度，当调节棒位于上终端或下终端时，点亮对应的指示灯，到底时产生到底联锁信号。

进一步，如上所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其中，水堆安全棒控制单元接收所述中子源控制单元产的到达堆内联锁信号和水堆调节棒控制单元产生的到底联锁信号，接受控制盘上共用的安全棒操作按钮和旋钮的指令，控制安全棒的上升和下降，当安全棒位于上终端或下终端时，点亮对应的指示灯，到达上终端时产生到顶联锁信号；水堆调节棒控制单元接收水堆安全棒控制单元产的到顶联锁信号，接受控制盘上共用的调节棒操作按钮和旋钮的指令，控制调节棒的上升和下降，采集调节棒的提升高度信息，送到数字显示仪表显示高度，当调节棒位于上终端或下终端时，点亮对应的指示灯，到底时产生到底联锁信号；水泵控制单元接收水堆安全棒控制单元产生的到顶联锁信号，接受控制盘上水泵操作按钮的指令，控制水泵的启动和停止，采集反射层容器内去离子水的压力，转换为水位高度，送到数字显示仪表显示反射层水高度，根据水泵的运行或停止状态，点亮或熄灭对应的指示灯。

进一步，如上所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其中，电磁阀控制单元在保护系统产生保护投入信号后，使电磁阀闭合，反射层容器可以蓄积去离子水，直至达到设定的液位高度；保护状态失去后，电磁阀自动打开，快速排出反射层容器内的去离子水；或者，接受控制柜上电磁开启按钮的指令，打开电磁阀，部分排出去离子水，调节反射层容器内的去离子水量。

进一步，如上所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其中，所述的保护系统由两个结构功能相同但相互独立的安全保护通道组成，采取二取一逻辑表决方式；每个安全保护通道均包括功率保护单元、周期保护单元、安全逻辑单元、安全断路器、紧急停堆单元、报警信号单元及光字牌。

进一步，如上所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其中，所述保护系统的两台功率保护单元分别与γ补偿电离室相连，对应功率保护参数A和B，监测铅堆或水堆的运行功率；当任一功率保护参数A或B达到报警设定值时，输出信号给报警信号单元，发出警告报警信号；当任一功率保护参数达到或超过停堆设定值时，触发安全逻辑单元，发出紧急停堆命令，同时输出信号给报警信号单元，发出停堆报警信号；当功率保护单元出现故障时，输出故障信号到安全逻辑单元，发出紧急停堆命令，同时输出信号给报警信号单元，发出停堆报警信号。

进一步，如上所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其中，所述保护系统的两台周期保护单元分别与γ补偿电离室相连，对应周期保护参数A和B，监测铅堆或水堆运行功率随时间变化的速率；当任一周期保护参数A或B等于或小于报警设定值时，输出信号给报警信号单元，发出警告报警信号；当任一周期保护参数达到或短于停堆设定值时，触发安全逻辑单元，发出紧急停堆命令，同时输出信号给报警信号单元，发出停堆报警信号；当周期保护单元出现故障时，输出故障信号到安全逻辑单元，发出紧急停堆命令，同时输出信号给报警信号单元，发出停堆报警信号。

本发明的有益效果如下：本发明提供的双堆芯零功率实验装置仪控系统，根据双堆芯零功率实验装置的特点，既兼顾了水堆和铅堆的共用设备，又针对水堆和铅堆各自专用的设备设置了相应的操作、监测、保护功能，并避免了误操作的可能性。在双堆芯零功率实验装置的水堆或铅堆运行过程中出现异常时，该仪控系统能够发出声光报警信号，并在必要时自动快速停堆，从而确保工作人员和周围环境的安全。

附图说明

图1为双堆芯零功率实验装置仪控系统的结构框图；

图2为双堆芯零功率实验装置仪控系统的控制流程图；

图3为双堆芯零功率实验装置断电试验控制显示装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本实施例以某双堆芯零功率实验装置为例，具体介绍仪控系统的设计。双堆芯零功率实验装置是一座具有水堆和铅堆两种堆芯结构的零功率实验装置，用于研究ADS特有的反应堆物理特性、重金属冷却剂的中子物理特性、缓冲区材料、结构材料和吸收体材料的反应性效应、环形燃料的中子物理特性，验证反应堆堆芯物理设计方法、程序和核数据，研究新型反应堆物理实验方法。

双堆芯零功率实验装置仪控系统要适应双堆芯的特点，能够完成两个堆芯运行的监测、控制和保护，主要功能包括：(1)监测水堆或铅堆的运行参数，控制装置的状态，使其在安全限值内运行；(2)当水堆或铅堆在运行过程中出现异常，但不危及装置安全时，能及时发出声光信号，提醒工作人员及时采取措施，消除隐患；(3)当水堆或铅堆在运行过程中，功率或功率倍增周期达到整定值时，能立即自动地快速停堆，同时发出声光信号；(4)具有断电快速停堆功能。

如图1所示，双堆芯零功率实验装置仪控系统由核测量系统、控制系统、保护系统组成。在核测量系统中，水堆和铅堆分别配备监测装置运行状态的探测器，共用启动监测单元和功率测量单元。在控制系统中，水堆和铅堆共用中子源控制单元；水堆和铅堆分别使用各自专设设施的控制单元，包括水堆专用的安全棒控制单元、调节棒控制单元、电磁阀控制单元、水泵控制单元；铅堆专用的安全棒控制单元、安全块控制单元、调节棒控制单元；水堆和铅堆共用数字显示仪表。水堆和铅堆共用保护系统，包括：功率保护单元、周期保护单元、安全逻辑单元、安全断路器、紧急停堆单元、报警信号单元及光字牌。

表1双堆芯零功率实验装置仪控系统主要组成部分

1.双堆芯零功率实验装置核测量系统

双堆芯零功率实验装置的水堆和铅堆在启动、运行和停堆的过程中，中子通量密度的变化范围较大，覆盖十个数量级，核测量系统用于监测水堆或铅堆运行功率和功率的变化信息，监测反应堆的瞬变状态和越限快速报警，并为保护系统提供必要的信息。能对装置运行的全过程进行监测，确保无监测盲区。

核测量系统分为源量程和功率量程，源量程包括两个相互独立的通道，每个通道由启动监测单元及相连的BF3正比计数管组成；功率量程包括两个通道，每个通道由功率测量单元及相连的γ补偿电离室。两个量程之间的衔接大于一个数量级。

2.双堆芯零功率实验装置控制系统

双堆芯零功率实验装置控制系统是在水堆或铅堆正常运行过程中，为启动实验装置、维持恒定功率水平、升降功率以及停闭实验装置提供控制手段，控制系统流程如图2所示。

在双堆芯零功率实验装置中，除中子源系统外，水堆和铅堆具有各自的反应性控制设施，控制系统通过水堆/铅堆切换按钮实现相应设备控制单元的切换。通过共用的控制盘，发布操作指令。

(2.1)水堆/铅堆切换

在控制盘上，设置了水堆/铅堆切换按钮，作为控制系统的一个判断条件，在水堆和铅堆相应的控制单元之间做出选择，从而实现在水堆和铅堆之间的切换。该按钮位于控制盘的左侧，上方设置两个指示灯，分别与水堆和铅堆对应。当水堆/铅堆切换按钮抬起时，左侧指示灯点亮，表示当前运行模式为水堆；当水堆/铅堆切换按钮按下时，右侧指示灯点亮，表示当前运行模式铅堆。

按钮上带有保护罩，只有当水堆和铅堆均处于停堆状态时，才可以实施水堆和铅堆的切换操作。

(2.2)中子源控制单元

双堆芯零功率实验装置的中子源系统采用压缩空气传输方式。中子源系统及中子源控制单元为水堆和铅堆共用。中子源系统的中子源传送管道的前端可在水堆和铅堆之间移动，确保中子源最终会被传送到水堆或铅堆的合适位置。

中子源控制单元控制二位五通电磁阀和电磁阀，使中子源在水堆或铅堆及中子源储存罐之间运动。沿传送管道布置若干接近开关，当中子源通过接近开关时,接近开关输出高电平,当中子源远离接近开关时,接近开关输出低电平；中子源控制单元采集接近开关的状态，当中子源通过某一接近开关时,点亮对应的指示灯，跟踪中子源的运动位置；采集中子源储存罐上剂量监测仪表的信号，确认中子源位于储存罐内；采集压缩空气的压力信号，当压缩空气压力低于设计值时，启动空气压缩机，确保中子源系统在装置运行过程中始终处于可用状态。

当中子源到水堆或铅堆的终端位置时，产生联锁信号，在必要时，该信号可通过控制盘上的旁通按钮取消。

(2.3)铅堆安全棒控制单元

双堆芯零功率实验装置的铅堆设有两根安全棒，安全棒系统采用伺服电动机驱动丝杠，通过电磁铁衔铁带动安全棒上升或下降。在开堆运行过程中，安全棒只能停留在堆外终端位置。

铅堆安全棒控制单元接收中子源控制单元产的到达堆内联锁信号和铅堆安全块控制单元产生的到底联锁信号，接受控制盘上安全棒操作按钮和旋钮的指令，控制安全棒的上升和下降，当安全棒位于上终端或下终端时，点亮对应的红灯或绿灯，到达上终端时产生到达上终端联锁信号。

(2.4)铅堆安全块控制单元

双堆芯零功率实验装置的铅堆下部设有安全块，提升安全块可以减少中子从底部的泄漏量，快速下降安全块，可以增加中子从底部的泄漏量。安全块用于控制中子的泄漏，由伺服电动机驱动，通过齿轮传动机构和电磁铁衔铁等，带动底反射层上升或下降。

铅堆安全块控制单元接收铅堆安全棒控制单元产生的上终端联锁信号和铅堆调节棒控制单元产生的下终端联锁信号，接受控制盘上安全块操作按钮和旋钮的指令，控制安全块的上升和下降，采集安全块的提升高度信息，送到数显表显示高度，当安全块位于上终端或下终端时，点亮对应的红灯或绿灯，到达上终端时产生到顶联锁信号，到达下终端时产生到底联锁信号。

(2.5)铅堆调节棒控制单元

双堆芯零功率实验装置的铅堆设有两根调节棒，由专用的驱动机构和独立的控制单元，由伺服电动机通过丝杠、桥架、电磁铁带动调节棒实现上升或下降的运动。

铅堆调节棒控制单元接收铅堆安全块控制单元产的到顶联锁信号，接受控制盘上调节棒操作按钮和旋钮的指令，控制调节棒的上升和下降，采集调节棒的提升高度信息，送到数显表显示高度，当调节棒位于上终端或下终端时，点亮对应的红灯或绿灯，到底时产生到底联锁信号。

(2.6)水堆安全棒控制单元

双堆芯零功率实验装置的水堆设有两根安全棒，安全棒系统采用伺服电动机驱动丝杠，通过电磁铁衔铁带动安全棒上升或下降。在开堆运行过程中，安全棒只能停留在堆外终端位置。

水堆安全棒控制单元接收中子源控制单元产生的到达堆内联锁信号和水堆调节棒控制单元产生的到底联锁信号，接受控制盘上共用的安全棒操作按钮和旋钮的指令，控制安全棒的上升和下降，当安全棒位于上终端或下终端时，点亮对应的红灯或绿灯，到达上终端时产生到顶联锁信号。

(2.7)水堆调节棒控制单元

双堆芯零功率实验装置的水堆设有两根调节棒，由专用的驱动机构和独立的控制单元，由伺服电动机通过丝杠、桥架、电磁铁带动调节棒实现上升或下降的运动。

水堆调节棒控制单元接收水堆安全棒控制单元产的到顶联锁信号，接受控制盘上共用的调节棒操作按钮和旋钮的指令，控制调节棒的上升和下降，采集调节棒的提升高度信息，送到数显表显示高度，当调节棒位于上终端或下终端时，点亮对应的红灯或绿灯，到底时产生到底联锁信号。

(2.8)水堆水泵控制单元

双堆芯零功率实验装置的水堆设有反射层水容器。反射层水容器与储水箱、水泵、电磁阀及相连的管道构成水回路。水泵控制单元控制水泵将低处储水箱内的去离子水打入反射层水容器，作为堆芯的慢化剂。

水泵控制单元接收水堆安全棒控制单元产生的到顶联锁信号，接受控制盘上水泵操作按钮的指令，控制水泵的启动和停止，采集反射层容器内去离子水的压力，转换为水位高度，送到数显表显示反射层水高度，当水泵处于运行状态时，点亮对应的红灯，当水泵处于停止状态时，熄灭对应的红灯。

(2.9)水堆专用电磁阀控制单元

双堆芯零功率实验装置的水堆设有反射层水容器。反射层水容器与、储水箱、水泵、电磁阀及相连的管道构成水回路。作为一种停堆措施，电磁阀为常开阀，安装在反射层水容器的底部。

电磁阀控制单元在保护系统产生保护投入信号以后，使电磁阀闭合，反射层容器可以蓄积去离子水，直至达到设定的液位高度；保护状态失去以后，电磁阀自动打开，快速排出反射层容器内的去离子水；接收控制柜上电磁开启按钮的指令，打开电磁阀，部分排出去离子水，调节反射层容器内的去离子水量。

(2.10)并发停堆操作

在双堆芯零功率实验装置的控制系统中，为了确保启动和停堆操作的安全，设置了正向的联锁关系和反向的反联锁关系。各反应性引入部件是先后动作的。

在停堆过程中，如果已经确认不会发生反应性意外引入，那么可以按下控制盘上的并行停堆操作按钮，同时降下铅堆的两根安全棒、安全块和两根调节棒，直至下终端，或者同时降下水堆的两根安全棒和两根调节棒，直至下终端，以节省停堆操作时间。在水堆中，按下该按钮不会排出反射层水，需要单独按下电磁阀的开启按钮。

(2.11)断电试验控制

铅堆的两根安全棒、安全块和两根调节棒的电磁铁线圈以及水堆的两根安全棒、安全块和两根调节棒，可以通过控制柜上设置的选择按钮，实施断电试验，测量装置的物理参数。

其中铅堆的1#安全棒与水堆的1#安全棒、铅堆的2#安全棒与水堆的2#安全棒、铅堆的1#调节棒与水堆的1#调节棒、铅堆的2#调节棒与水堆的2#调节棒，分别共用相应的选择按钮；铅堆安全块的选择按钮也是水堆电磁阀的开启按钮。

在控制柜上设置5个可自锁的选择按钮，在控制盘上设置一个断电执行按钮。选择按钮带灯带罩，该按钮按下时，按钮灯点亮，表示对应的设备参与断电试验；该按钮抬起时，按钮灯熄灭，表示对应的设备不参与断电试验，断电试验控制显示装置如图3所示。

做断电试验时，可以先按下安全棒、安全块和/或调节棒的选择按钮，再按下控制盘上的断电按钮，此时选中的控制对象的电磁铁线圈断电，相应的反应性控制部件在重力作用下快速回到初始位置。

在水堆模式下，按下电磁阀的开启按钮，反射层水容器下的电磁阀即开启，从而排出去离子水；该按钮弹起时,电磁阀截止。电磁阀的开启按钮用于调节反射层水容器内去离子水的液位高度。

3.双堆芯零功率实验装置保护系统

双堆芯零功率实验装置保护系统探测水堆或铅堆运行中核参数的异常变化，当反应堆出现异常，但不危及安全时，可发出报警信号；当达到或超过整定值时，能立即发出保护指令，实现快速停堆，维持装置安全。

双堆芯零功率实验装置的保护系统由两个结构功能相同但相互独立的安全保护通道组成，采取二取一逻辑表决方式。每个安全保护通道包括功率保护单元、周期保护单元、安全逻辑单元、安全断路器、紧急停堆单元、报警信号单元及光字牌。其中功率保护单元和周期保护单元采用与功率测量单元相同的γ补偿电离室。

(3.1)功率保护单元

双堆芯零功率实验装置保护系统设有两台功率保护单元，分别与补偿电离室相连，对应功率保护参数A和B，监测铅堆或水堆的运行功率；当任一功率保护参数A或B达到保护定值的70％时，输出信号给报警信号单元，发出警告报警信号；当任一功率保护参数达到或超过保护定值的120％时，触发安全逻辑单元，发出紧急停堆命令，同时输出信号给报警信号单元，发出停堆报警信号；当功率保护单元出现故障时，输出故障信号到安全逻辑单元，发出紧急停堆命令，同时输出信号给报警信号单元，发出停堆报警信号。

(3.2)周期保护单元

双堆芯零功率实验装置保护系统设有两台周期保护单元，分别与补偿电离室相连，对应周期保护参数A和B，监测铅堆或水堆运行功率随时间变化的速率；当任一周期保护参数A或B等于或小于20s时，输出信号给报警信号单元，发出警告报警信号；当任一周期保护参数达到或短于15s时，触发安全逻辑单元，发出紧急停堆命令，同时输出信号给报警信号单元，发出停堆报警信号；当周期保护单元出现故障时，输出故障信号到安全逻辑单元，发出紧急停堆命令，同时输出信号给报警信号单元，发出停堆报警信号。

(3.3)安全逻辑单元

设有两路独立的保护通道，可同时接受初始连锁条件(6路)和监测保护参数(9路)，按1/2逻辑关系进行逻辑处理。其主要功能如下。

1)检查初始状态，判断保护变量状态，显示”保护准备好”

水堆和铅堆共有的初始状态：

(1)中子源在储源罐内(或旁通)；

(2)功率保护参数正常；

(3)周期保护参数正常：

(4)功率保护单元状态正常；

(5)周期保护单元状态正常；

(6)紧急停堆按钮按下。

铅堆专有的初始状态包括：

(1)铅堆安全棒1#在下终端位置；

(2)铅堆安全棒2#在下终端位置；

(3)铅堆安全块在下终端位置；

(4)铅堆调节棒1#在下终端位置；

(5)铅堆调节棒2#在下终端位置。

水堆专有的初始状态包括：

(1)安全棒1#在下终端位置；

(2)安全棒2#在下终端位置；

(3)调节棒1#在下终端位置；

(4)调节棒2#在下终端位置。

安全逻辑单元不仅检测铅堆和水堆共有的初始状态，也根据堆芯选择按钮的状态分别检查铅堆或水堆各自专有的初始状态。当所有初始状态均处于正常状态，那么安全逻辑显示实验装置处于“保护准备好”状态，相应的“保护准备好”灯点亮。

2)建立“保护投入”状态

安全逻辑检测实验装置及仪控系统处于“保护准备好”状态后，按下“保护投入按钮”即可建立“保护投入”状态，相应“保护投入”灯点亮，“保护准备好”状态自动消除，“保护准备好”灯熄灭，允许通过控制系统操作各运动部件。

3)控制安全断路器状态

在保护系统建立保护投入状态后，安全逻辑单元输出信号给安全断路器，安全断路器处于导通状态；安全逻辑单元接收到功率保护单元或周期保护单元传送的保护信号后，立即产生紧急停堆信号给安全断路器，安全断路器处于断开状态。

4)产生紧急停堆命令

当任一保护参数发生变化(由闭合变为断开)或有手动紧急停堆信号时，两台安全逻辑装置的输出也应发生逆变引起如下连锁反应：

(1)切断所有安全断路器回路，分别使安全棒、调节棒、底反射(仅铅堆)的电磁铁线圈和电磁阀(仅水堆)断电，各棒在重力作用下回落到下终端，水堆中存水将排除；

(2)二位五通阀断电，方向将保持向储源罐罐内吹风，电磁阀打开，中子源在重力作用下回到储源罐；

(3)消除“保护投入”状态。

(3.4)安全断路器

双堆芯零功率实验装置保护系统设置四个相互独立的安全断路器，分为A、B两组，并按1/2进行逻辑组合。每组断路器有8个输出，两组控制安全棒电磁铁线圈；一组控制铅堆安全块/水堆电磁阀；两组控制调节棒电磁铁线圈；一组控制中子源电磁阀。当安全逻辑装置发出紧急停堆命令时，四个安全断路器自动断开，实现快速停堆。

(3.5)报警信号单元

双堆芯零功率实验装置保护系统设有报警信号单元，产生警告报警信号和停堆报警信号。警告报警信号使黄色光字牌闪烁，并发出和缓的报警声；停堆报警号使红色光字牌闪烁，并发出急促的报警声，还有声光检查功能和消声光功能。

(1)声光检查功能：按下控制盘上的声光检查按钮，可对报警信号单元进行功能试验。

(2)消声光功能：按下控制盘上的消声光按钮可以分步进行消声和消光，当原发报警事件存在时，光报警锁存(不闪烁)。第一次按动“消声光按钮”只消声，不消光。消声之后，再按动此按钮时，仅当原发报警事件己消除才能消光。

(3)当某一通道接到报警信号时，对应的光字牌立即发出闪烁的光信号，同时发声器发出报警声。其中停堆报警为红光和较为急促的报警声，警告报警为黄光和较为和缓的报警声。

警告报警信号包括：

--功率保护参数A达到保护定值的70％；

--功率保护参数B达到保护定值的70％；

--功率保护单元A故障；

--功率保护单元B故障；

--周期保护参数A小于或等于20秒；

--周期保护参数B小于或等于20秒；

--中子源系统状态异常；

--安全棒系统状态异常；

--调节棒系统状态异常；

--安全块系统或水泵和电磁阀系统状态监测。

(4)停堆报警信号有：

--功率保护参数A达到保护定值的120％；

--功率保护参数B达到保护定值的120％；

--周期保护参数A小于或等于15秒；

--周期保护参数B小于或等于15秒；

--功率保护单元A故障；

--功率保护单元B故障；

--周期保护单元A故障；

--周期保护单元B故障。

(3.6)手动紧急停堆

控制台和实验装置附近各设置一个紧急停堆按钮。按下任何一个紧急停堆按钮，安全逻辑单元检测到手动紧急停堆信号后，均能使中子源返回储存罐，铅堆安全棒、安全块、调节棒快速下降至下终端位置，或者水堆安全棒、调节棒快速下降至下终端位置，常开电磁阀打开排出反射层容器内的去离子水。

上述双堆芯零功率实验装置的仪控系统针对水堆和铅堆两种堆芯存在重大差异的情况，实施相应的监测、控制和保护功能，确保了工作人员和周围环境的安全。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种双堆芯零功率实验装置仪控系统，包括核测量系统、控制系统和保护系统，其特征在于：在所述核测量系统中，水堆和铅堆分别配备监测装置运行状态的探测器，并共用所述核测量系统的启动监测单元和功率测量单元；在所述控制系统中，水堆和铅堆共用中子源控制单元和数字显示仪表，并分别使用各自专设设施的控制单元；水堆和铅堆共用所述保护系统；在仪控系统中设置水堆和铅堆两种工作模式，水堆和铅堆共用控制盘并通过堆芯选择机构进行切换。

2.如权利要求1所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其特征在于：所述水堆和铅堆各自专设设施的控制单元包括：水堆专用的安全棒控制单元、调节棒控制单元、电磁阀控制单元、水泵控制单元；铅堆专用的安全棒控制单元、安全块控制单元、调节棒控制单元。

3.如权利要求1所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其特征在于：所述的保护系统包括：功率保护单元、周期保护单元、安全逻辑单元、安全断路器、紧急停堆单元、报警信号单元及光字牌。

4.如权利要求1所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其特征在于：所述核测量系统分为源量程和功率量程，源量程包括两个通道，每个通道由启动监测单元及相连的BF₃正比计数管组成；功率量程包括两个通道，每个通道由功率测量单元及相连的γ补偿电离室组成。

5.如权利要求1所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其特征在于：水堆和铅堆的工作模式切换通过设置在控制盘上的切换按钮实现，切换按钮上设有保护罩，只有当水堆和铅堆均处于停堆状态时，才能够实施切换操作。

6.如权利要求1所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其特征在于：中子源控制单元包括沿中子源传送管道布置的接近开关，所述中子源传送管道的前端能够在水堆和铅堆之间移动，通过采集接近开关的状态，点亮对应的指示灯，跟踪中子源的运动位置；

中子源控制单元通过采集中子源储存罐上剂量监测仪表的信号，确认中子源位于储存罐内；通过采集压缩空气的压力信号，当压缩空气压力低于设计值时，启动空气压缩机，确保中子源系统在装置运行过程中始终处于可用状态。

7.如权利要求2所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其特征在于：铅堆安全棒控制单元接收所述中子源控制单元产的到达堆内联锁信号和铅堆安全块控制单元产生的到底联锁信号，接受控制盘上安全棒操作按钮和旋钮的指令，控制安全棒的上升和下降，当安全棒位于上终端或下终端时，点亮对应的指示灯，到达上终端时产生到达上终端联锁信号；铅堆安全块控制单元接收所述铅堆安全棒控制单元产的上终端联锁信号和铅堆调节棒控制单元产生的下终端联锁信号，接受控制盘上安全块操作按钮和旋钮的指令，控制安全块的上升和下降，采集安全块的提升高度信息，送到数字显示仪表显示高度，当安全块位于上终端或下终端时，点亮对应的指示灯，到达上终端时产生到顶联锁信号，到达下终端时产生到底联锁信号；铅堆调节棒控制单元接收铅堆安全块控制单元产的到顶联锁信号，接受控制盘上调节棒操作按钮和旋钮的指令，控制调节棒的上升和下降，采集调节棒的提升高度信息，送到数字显示仪表显示高度，当调节棒位于上终端或下终端时，点亮对应的指示灯，到底时产生到底联锁信号。

8.如权利要求2所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其特征在于：水堆安全棒控制单元接收所述中子源控制单元产的到达堆内联锁信号和水堆调节棒控制单元产生的到底联锁信号，接受控制盘上共用的安全棒操作按钮和旋钮的指令，控制安全棒的上升和下降，当安全棒位于上终端或下终端时，点亮对应的指示灯，到达上终端时产生到顶联锁信号；水堆调节棒控制单元接收水堆安全棒控制单元产的到顶联锁信号，接受控制盘上共用的调节棒操作按钮和旋钮的指令，控制调节棒的上升和下降，采集调节棒的提升高度信息，送到数字显示仪表显示高度，当调节棒位于上终端或下终端时，点亮对应的指示灯，到底时产生到底联锁信号；水泵控制单元接收水堆安全棒控制单元产生的到顶联锁信号，接受控制盘上水泵操作按钮的指令，控制水泵的启动和停止，采集反射层容器内去离子水的压力，转换为水位高度，送到数字显示仪表显示反射层水高度，根据水泵的运行或停止状态，点亮或熄灭对应的指示灯。

9.如权利要求2所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其特征在于：电磁阀控制单元在保护系统产生保护投入信号后，使电磁阀闭合，反射层容器可以蓄积去离子水，直至达到设定的液位高度；保护状态失去后，电磁阀自动打开，快速排出反射层容器内的去离子水；或者，接受控制柜上电磁开启按钮的指令，打开电磁阀，部分排出去离子水，调节反射层容器内的去离子水量。

10.如权利要求1所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其特征在于：所述的保护系统由两个结构功能相同但相互独立的安全保护通道组成，采取二取一逻辑表决方式；每个安全保护通道均包括功率保护单元、周期保护单元、安全逻辑单元、安全断路器、紧急停堆单元、报警信号单元及光字牌。

11.如权利要求10所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其特征在于：所述保护系统的两台功率保护单元分别与γ补偿电离室相连，对应功率保护参数A和B，监测铅堆或水堆的运行功率；当任一功率保护参数A或B达到报警设定值时，输出信号给报警信号单元，发出警告报警信号；当任一功率保护参数达到或超过停堆设定值时，触发安全逻辑单元，发出紧急停堆命令，同时输出信号给报警信号单元，发出停堆报警信号；当功率保护单元出现故障时，输出故障信号到安全逻辑单元，发出紧急停堆命令，同时输出信号给报警信号单元，发出停堆报警信号。

12.如权利要求10所述的双堆芯零功率实验装置仪控系统，其特征在于：所述保护系统的两台周期保护单元分别与γ补偿电离室相连，对应周期保护参数A和B，监测铅堆或水堆运行功率随时间变化的速率；当任一周期保护参数A或B等于或小于报警设定值时，输出信号给报警信号单元，发出警告报警信号；当任一周期保护参数达到或短于停堆设定值时，触发安全逻辑单元，发出紧急停堆命令，同时输出信号给报警信号单元，发出停堆报警信号；当周期保护单元出现故障时，输出故障信号到安全逻辑单元，发出紧急停堆命令，同时输出信号给报警信号单元，发出停堆报警信号。