CN109887627A - 一种堆芯平均轴向通量偏差获取系统 - Google Patents

Abstract

一种堆芯平均轴向通量偏差获取系统，属于核电站堆芯安全技术领域。系统包括堆内平均轴向通量偏差获取模块、堆外轴向通量偏差获取模块、偏差项逻辑模块、堆芯平均轴向通量偏差获取模块；堆内平均轴向通量偏差获取模块获取当前时刻堆内平均轴向通量偏差补偿信号正输入给偏差项逻辑模块；堆外轴向通量偏差获取模块获取当前时刻堆外轴向通量偏差信号并经过τ时间延迟后负输入给偏差项逻辑模块；堆外轴向通量偏差获取模块获取当前时刻堆外轴向通量偏差信号正输入给堆芯平均轴向通量偏差获取模块；偏差项逻辑模块的输出信号正输入给堆芯平均轴向通量偏差获取模块。本发明能确保实时计算偏差项有效/无效下,系统均能输出堆芯平均轴向通量偏差。

Description

一种堆芯平均轴向通量偏差获取系统

技术领域

本发明属于核电站堆芯安全技术领域，尤其涉及一种堆芯平均轴向通量偏差获取系统，适用于配备有堆内固定式自给能探测器并采用外围权重轴向通量偏差（Axial FluxDifference，AFD）作为超温ΔT和超功率ΔT保护输入的三代核电厂，该类型电厂利用堆内探测器信号获得的轴向通量偏差补偿堆外核测系统轴向通量偏差，用于堆芯AFD的控制和监督。

背景技术

典型的三代核电厂反应堆功率控制系统采用机械补偿控制策略，正常情况下一直有灰棒控制组件插入堆芯，频繁运动以补偿小的反应性变化，通过独立的轴向偏差（AO）棒组控制AFD，化学补偿（调硼）控制方式用于补偿大的反应性变化或燃耗效应。

由于控制棒阴影效应，外围权重AFD和堆芯平均AFD的关系变化较大，堆外核测系统无法按照传统二代加电厂的方式采用堆芯平均AFD信号作为超温ΔT和超功率ΔT保护的输入。为此，三代核电的堆外核测系统在设计上采用外围权重AFD作为超温ΔT和超功率ΔT保护的输入。根据研究，外围权重AFD约为堆芯平均AFD的40%，且随控制棒棒位和燃耗的变化而变化。

从堆芯轴向氙分布的控制角度，反应堆的AFD控制必须采用堆芯平均AFD，而不能采用外围权重AFD，相应的控制和监督用的AFD也必须采用堆芯平均AFD。

发明专利CN106297921B公开了一种利用自给能探测器瞬发γ信号进行信号补偿的方法，具体公开了方法包括(a)采用自给能堆内探测器测量核反应堆内的中子注量率分布；(b)将步骤(a)中测量产生的电流信号经A/D转换器转化成数字信号后确定所述自给能堆内探测器采集的信号中γ信号占其的百分比K；(c)利用与所述A/D转换器相连接的控制器对所述自给能堆内探测器采集的信号进行补偿，所述控制器内置补偿函数公式，所述自给能堆内探测器为钒基自给能堆内探测器，所述补偿函数为：W ( S ) = ( T 1 / 2 0.693S + 1 ) ( 100 - K ) T 1 / 2 69.3 ( 100 - K ) S + 100 ,式中，T 1/2为堆内自给能探测器发射体材料的半衰期，S为拉普拉斯算子。该方法是针对自给能堆内探测器长达数分钟的中子响应延迟使其不能直接用于轴向偏移控制的问题所提出的，且并未解决上述技术缺陷。并且，在测试过程中，一旦处理探测器信号的信号处理机柜或服务器发生故障，则无法实现有效补偿。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，为此提出一种利用堆外核测系统的快响应特性和堆内核测系统的准确特性，使得信号获取准确并能及时响应的堆芯平均轴向通量偏差获取系统。该系统还能在IIS信号有效和无效下，均能正常输出控制用和监督用的堆芯平均AFD。

本发明是通过以下技术方案得以实现的：

本发明一种堆芯平均轴向通量偏差获取系统，包括堆内平均轴向通量偏差获取模块、堆外轴向通量偏差获取模块、偏差项逻辑模块、堆芯平均轴向通量偏差获取模块；所述堆内平均轴向通量偏差获取模块获取当前时刻堆内平均轴向通量偏差补偿信号并将其作为正输入信号发送给所述偏差项逻辑模块；所述堆外轴向通量偏差获取模块获取当前时刻堆外轴向通量偏差信号并经过τ时间延迟后将其作为负输入信号发送给所述偏差项逻辑模块；所述堆外轴向通量偏差获取模块获取当前时刻堆外轴向通量偏差信号并将其作为正输入信号发送给所述堆芯平均轴向通量偏差获取模块；所述偏差项逻辑模块的输出信号作为正输入信号发送给所述堆芯平均轴向通量偏差获取模块。

作为优选，系统还包括选择器；所述选择器连接在所述堆芯平均轴向通量偏差获取模块和所述偏差项逻辑模块之间；所述偏差项逻辑模块发送依据当前时刻堆内平均轴向通量偏差补偿信号和经过τ时间延迟后的当前时刻堆外轴向通量偏差信号计算的实时计算偏差项给所述选择器；所述偏差项逻辑模块还发送堆内平均轴向通量偏差获取模块失效前一刻的依据堆内平均轴向通量偏差补偿信号和经过τ时间延迟后的当前时刻堆外轴向通量偏差信号计算的最新有效偏差项给所述选择器；所述选择器选择实时计算偏差项和最新有效偏差项之一作为正输入信号，发送给所述堆芯平均轴向通量偏差获取模块。

作为优选，所述堆内平均轴向通量偏差获取模块包括第一信号处理机柜、第二信号处理机柜、第一信号处理服务器、第二信号处理服务器；所述第一信号处理机柜与所述第二信号处理机柜分别用于处理堆芯内的一半堆内探测器信号；所述第一信号处理服务器与所述第二信号处理服务器作冗余设计可同时处理所有堆内探测器信号；所述第一信号处理机柜、所述第二信号处理机柜、所述第一信号处理服务器、所述第二信号处理服务器在处理堆内探测器信号后获得堆内平均轴向通量偏差补偿信号。

作为优选，第一信号处理机柜、第二信号处理机柜、第一信号处理服务器、第二信号处理服务器分别为第一IIS信号处理机柜、第二IIS信号处理机柜、第一IIS信号处理服务器、第二IIS信号处理服务器。

作为优选，所述偏差项逻辑模块包括偏差项逻辑计算单元和寄存单元；所述偏差项逻辑计算单元用于依据当前时刻堆内平均轴向通量偏差补偿信号和经过τ时间延迟后的当前时刻堆外轴向通量偏差信号计算实时计算偏差项；所述寄存单元用于将实时计算偏差项更新存储为最新有效偏差项。

作为优选，所述选择器包括判断单元，用于判断实时计算偏差项是否有效，若有效，则输出实时计算偏差项给堆芯平均轴向通量偏差获取模块，否则输出最新有效偏差项给堆芯平均轴向通量偏差获取模块。

作为优选，所述堆外轴向通量偏差获取模块用于处理堆芯外的堆外上部探测器和堆外下部探测器信号并获取当前时刻堆外轴向通量偏差信号。

作为优选，所述堆芯平均轴向通量偏差获取模块获取的堆芯平均轴向通量偏差，在维持灰棒控制组件不动，通过AO棒组控制轴向通量偏差，小反应性变化由调硼实现的情况下，用于反应堆轴向通量偏差控制、监督。

本发明具有以下有益效果：

本发明一种堆芯平均轴向通量偏差获取系统，利用堆外核测系统的快响应特性和堆内核测系统的准确特性，使得信号获取准确并能及时响应；利用偏差项逻辑模块计算实时计算偏差项并更新最新有效偏差项，结合选择器，在信号处理机柜或信号处理服务器故障（即实时计算偏差项无效时）时，能确保系统输出控制用和监督用堆芯平均AFD，便于结合控制模式对反应堆AFD进行控制和监督。

附图说明

图1为本发明一种堆芯平均轴向通量偏差获取系统一实施方式下的结构框图；

图2为本发明一种堆芯平均轴向通量偏差获取系统另一实施方式下的结构框图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1，本发明一种堆芯平均轴向通量偏差获取系统包括堆内平均轴向通量偏差获取模块1、堆外轴向通量偏差获取模块2、偏差项逻辑模块3、堆芯平均轴向通量偏差获取模块4。所述堆内平均轴向通量偏差获取模块1获取当前时刻堆内平均轴向通量偏差补偿信号并将其作为正输入信号发送给所述偏差项逻辑模块3。所述堆外轴向通量偏差获取模块2获取当前时刻堆外轴向通量偏差信号并经过τ时间延迟后将其作为负输入信号发送给所述偏差项逻辑模块3。所述偏差项逻辑模块对输入的信号进行差值处理，输出信号为实时计算偏差项信号。所述堆外轴向通量偏差获取模块2获取当前时刻堆外轴向通量偏差信号并将其作为正输入信号发送给所述堆芯平均轴向通量偏差获取模块4。所述偏差项逻辑模块3的输出信号作为正输入信号发送给所述堆芯平均轴向通量偏差获取模块4。所述堆芯平均轴向通量偏差获取模块4对输入信号进行求和处理，即利用堆内探测器信号获得的轴向通量偏差补偿堆外核测系统轴向通量偏差，用于堆芯AFD的控制和监督。

这样，输出两种AFD信号：

（1）堆外核测系统输出的AFD，它响应迅速，但信号代表的是外围权重AFD，而不是堆芯平均AFD；

（2）堆内核测系统输出的AFD，它代表堆芯平均AFD，但由于自给能探测器的慢响应特性，信号代表的是一段时间以前的堆芯信息。

图1所示示例将两种信号结合，分别利用堆外核测系统的快响应特性和堆内核测系统的准确特性，使得控制系统获得的信号即精确也响应及时。

其中，所述堆内平均轴向通量偏差获取模块1包括第一信号处理机柜11、第二信号处理机柜12、第一信号处理服务器13、第二信号处理服务器14。所述第一信号处理机柜11与所述第二信号处理机柜12分别用于处理堆芯100内的一半堆内探测器信号；所述第一信号处理服务器13与所述第二信号处理服务器14作冗余设计，一用一备，均可以处理所有探测器信号，同时用于处理堆芯100内的所有堆内探测器信号。所述第一信号处理机柜11、所述第二信号处理机柜12、所述第一信号处理服务器13、所述第二信号处理服务器14在处理堆芯内堆内探测器信号后获得当前时刻堆内平均轴向通量偏差补偿信号。所述第一信号处理机柜、所述第二信号处理机柜、所述第一信号处理服务器、所述第二信号处理服务器分别为第一IIS信号处理机柜、第二IIS信号处理机柜、第一IIS信号处理服务器、第二IIS信号处理服务器。

所述堆外轴向通量偏差获取模块2用于处理堆芯外的堆外上部探测器和堆外下部探测器信号并获取当前时刻堆外轴向通量偏差信号。所述堆外轴向通量偏差获取模块2包括堆外AFD计算单元、增益/偏置单元。所述堆外轴向通量偏差获取模块用于处理堆外上部探测器和堆外下部探测器信号并获取当前时刻堆外轴向通量偏差信号

如果第一信号处理机柜11和第二信号处理机柜12同时故障，或者第一信号处理服务器13和第二信号处理服务器14同时故障，将导致失去所有IIS信号，也会导致失去堆芯平均AFD的补偿信号，系统将无法输出控制用和监督用堆芯平均AFD。丧失IIS信号也会导致在线功率分布监测系统（OPDMS）不可用，电厂技术规格书要求，如果OPDMS不可用，则需要监督AFD是否处于要求的靶带内。这是由于一旦OPDMS不可用，电厂将无法实时获得堆芯安全参数，如线功率密度、核焓升因子、偏离泡核沸腾比，因此需要将AFD控制在窄带内，以维持轴向功率分布在安全分析要求的范围内。然而此时监督用的堆芯平均AFD也不可用，因此电厂将无法完成监督，无法满足技术规格书要求，也无法确认当前的轴向功率分布是否满足安全分析的要求，堆芯安全无法得到保障。为此，提出了图2所示示例。

如图2，本发明系统基于图1所示示例下，还包括选择器5。所述选择器5连接在所述堆芯平均轴向通量偏差获取模块4和所述偏差项逻辑模块3之间。所述偏差项逻辑模块3发送依据当前时刻堆内平均轴向通量偏差补偿信号和经过τ时间延迟后的当前时刻堆外轴向通量偏差信号计算的实时计算偏差项给所述选择器5。所述偏差项逻辑模块3还发送堆内平均轴向通量偏差获取模块失效前一刻的依据堆内平均轴向通量偏差补偿信号和经过τ时间延迟后的堆外轴向通量偏差信号计算的最新有效偏差项给所述选择器5。所述选择器5选择实时计算偏差项和最新有效偏差项之一作为正输入信号，发送给所述堆芯平均轴向通量偏差获取模块4。

具体地，所述偏差项逻辑模块3包括偏差项逻辑计算单元和寄存单元；所述偏差项逻辑计算单元用于依据当前时刻堆内平均轴向通量偏差补偿信号和经过τ时间延迟后的轴向通量偏差信号计算实时计算偏差项。τ时间可以是几秒，也可以是几分钟。所述寄存单元用于将实时计算偏差项更新存储为最新有效偏差项。如果IIS信号有效，则最新有效偏差项实时更新。一旦IIS信号不可用，则最新有效的偏差项固定为失效前一刻的有效值，用于后续计算。为此，所述选择器5包括判断单元，用于判断实时计算偏差项是否有效，若有效，则输出实时计算偏差项给堆芯平均轴向通量偏差获取模块4，否则输出最新有效偏差项给堆芯平均轴向通量偏差获取模块4。

在实时计算偏差项有效时，选择器选择该数据传递给下游计算逻辑。一旦实时计算偏差项无效，选择器自动选择最新有效偏差项传递给下游计算逻辑。如实时计算偏差项恢复有效，则自动切换至该数据，实现不间断的AFD控制和监督。

正常情况下，作为机械补偿控制策略的一部分，由灰棒控制组件的移动补偿小的反应性变化，独立的AO棒组负责控制AFD，而灰棒控制组件的运动对堆外AFD（即外围权重AFD）与堆芯平均AFD的关系影响较大，从而也会影响最新有效偏差项的有效性。为确保本发明的有效性，需要将机械补偿控制策略转变为传统电厂控制模式，即维持灰棒控制组件不动，通过AO棒组控制AFD，小反应性变化则由调硼来实现。

本发明通过保留最新的修正系数，配合新的电厂控制方式，以实现IIS信号不可用后堆芯AFD的控制及监督。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (8)

1.一种堆芯平均轴向通量偏差获取系统，其特征在于，包括堆内平均轴向通量偏差获取模块、堆外轴向通量偏差获取模块、偏差项逻辑模块、堆芯平均轴向通量偏差获取模块；所述堆内平均轴向通量偏差获取模块获取当前时刻堆内平均轴向通量偏差补偿信号并将其作为正输入信号发送给所述偏差项逻辑模块；所述堆外轴向通量偏差获取模块获取当前时刻堆外轴向通量偏差信号并经过τ时间延迟后将其作为负输入信号发送给所述偏差项逻辑模块；所述堆外轴向通量偏差获取模块当前时刻堆外轴向通量偏差信号并将其作为正输入信号发送给所述堆芯平均轴向通量偏差获取模块；所述偏差项逻辑模块的输出信号作为正输入信号发送给所述堆芯平均轴向通量偏差获取模块。

2.根据权利要求1所述的一种堆芯平均轴向通量偏差获取系统，其特征在于，还包括选择器；所述选择器连接在所述堆芯平均轴向通量偏差获取模块和所述偏差项逻辑模块之间；所述偏差项逻辑模块发送依据当前时刻堆内平均轴向通量偏差补偿信号和经过τ时间延迟后的当前时刻堆外轴向通量偏差信号计算的实时计算偏差项给所述选择器；所述偏差项逻辑模块还发送堆内平均轴向通量偏差获取模块失效前一刻的依据堆内平均轴向通量偏差补偿信号和经过τ时间延迟后的当前时刻堆外轴向通量偏差信号计算的最新有效偏差项给所述选择器；所述选择器选择实时计算偏差项和最新有效偏差项之一作为正输入信号，发送给所述堆芯平均轴向通量偏差获取模块。

3.根据权利要求1或2所述的一种堆芯平均轴向通量偏差获取系统，其特征在于，所述堆内平均轴向通量偏差获取模块包括第一信号处理机柜、第二信号处理机柜、第一信号处理服务器、第二信号处理服务器；所述第一信号处理机柜与所述第二信号处理机柜分别用于处理堆芯内的一半堆内探测器信号；所述第一信号处理服务器与所述第二信号处理服务器作冗余设计，同时用于处理堆芯内的所有堆内探测器信号；所述第一信号处理机柜、所述第二信号处理机柜、所述第一信号处理服务器、所述第二信号处理服务器在处理堆内探测器信号后获得堆内平均轴向通量偏差补偿信号。

4.根据权利要求3所述的一种堆芯平均轴向通量偏差获取系统，其特征在于，第一信号处理机柜、第二信号处理机柜、第一信号处理服务器、第二信号处理服务器分别为第一IIS信号处理机柜、第二IIS信号处理机柜、第一IIS信号处理服务器、第二IIS信号处理服务器。

5.根据权利要求2所述的一种堆芯平均轴向通量偏差获取系统，其特征在于，所述偏差项逻辑模块包括偏差项逻辑计算单元和寄存单元；所述偏差项逻辑计算单元用于依据当前时刻堆内平均轴向通量偏差补偿信号和经过τ时间延迟后的当前时刻堆外轴向通量偏差信号计算实时计算偏差项；所述寄存单元用于将实时计算偏差项更新存储为最新有效偏差项。

6.根据权利要求5所述的一种堆芯平均轴向通量偏差获取系统，其特征在于，所述选择器包括判断单元，用于判断实时计算偏差项是否有效，若有效，则输出实时计算偏差项给堆芯平均轴向通量偏差获取模块，否则输出最新有效偏差项给堆芯平均轴向通量偏差获取模块。

7.根据权利要求1或2所述的一种堆芯平均轴向通量偏差获取系统，其特征在于，所述堆外轴向通量偏差获取模块用于处理堆芯外的堆外上部探测器和堆外下部探测器信号并获取当前时刻堆外轴向通量偏差信号。

8.根据权利要求1或2所述的一种堆芯平均轴向通量偏差获取系统，其特征在于，所述堆芯平均轴向通量偏差获取模块获取的堆芯平均轴向通量偏差，在维持灰棒控制组件不动，通过AO棒组控制轴向通量偏差，小反应性变化由调硼实现的情况下，用于反应堆轴向通量偏差控制、监督。