CN110517799A - 核电厂堆芯核仪表系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核电厂堆芯核仪表系统，其包括探测器、信号调理机柜及数字化处理与显示设备，探测器整体固定安装在堆芯内，信号调理机柜设置在安全壳内，探测器、信号调理机柜及数字化处理与显示设备依次连接；所述探测器包括多个等差中子自给能探测器，每一等差中子自给能探测器均包括多段独立的子探测器，子探测器的长度等差递减。与现有技术相比，本发明采用等差中子自给能探测器，探测器不需要驱动和选择装置驱动探测器插入堆芯，也不需外部供电，可实时在线测量堆芯三维中子注量率；采用数字化处理与显示设备使系统具有较强的计算和图形显示能力，能够实时处理测得的数据并在线生成堆芯三维功率分布图。
Description
技术领域
本发明属于核电厂运行监测领域，更具体地说，本发明涉及一种核电厂堆芯核仪表系统。
背景技术
核电厂堆芯核仪表系统通过测量堆芯中子注量率，生成三维堆芯核功率分布图；利用测得的数据，可以实现反应堆自动停堆保护和运行最优控制、校核ONIS(堆外核仪表系统，Outside Nuclear Instrumentation System)功率量程通道、评估堆芯燃料组件燃耗，从而保证燃料包壳的完整性和维护堆芯安全。
已公开核电厂堆芯仪表系统大都是依托于模拟仪控技术形成的技术方案，具有结构复杂、数据处理量小、可视性差等缺点，且都是定期离线测量三维堆芯核功率分布，不能实时测量、处理和显示堆芯核功率分布情况，也不能实现反应堆自动停堆保护功能。
请参阅图1，一种已公开的核电厂堆芯仪表系统主要由移动式微型裂变室10、驱动和选择装置12、控制和监测机柜14、信号处理和显示装置16四部分组成。其中，移动式微型裂变室10设置在安全壳20内，驱动和选择装置12、控制和监测机柜14、信号处理和显示装置16设置在安全壳20外。移动式微型裂变室10使用的探测器为移动式裂变探测器，探测器端部通过驱动和导电两用的螺旋形电缆120与驱动和选择装置12连接，通过驱动和选择装置12将探测器插入堆芯，驱动和选择装置12每次只能选择并驱动一个探测器进行测量。控制和监测机柜14用于控制驱动和选择装置12、监测测量通道100和机械装置的状态。测量时，探测器在堆芯内移动的过程中，信号处理和显示装置16接收和存储探测器发出的中子注量率信号，离线处理和绘制堆芯中子注量率分布图。上述堆芯核仪表系统是间断工作的，至少每30个等效满功率天启用一次，一个完整的堆芯注量率测量工作大约耗时2小时。
上述堆芯核仪表系统至少存在以下缺点：1)移动式裂变探测器在堆芯中移动需外部供电且通过驱动和选择装置12的电机驱动，系统结构复杂，工作环节多；2)移动式裂变探测器同一时间只能单探测器工作，一个完整的堆芯注量率测量工作耗时多，且不能在线实时测量，不能产生反应堆自动停堆保护信号；3)硬接线通信数据传输量小，信号抗衰减和抗干扰性能差，且需要使用大量电缆进行信号传输和多个安全壳贯穿件200；4)不能实时处理和传输堆芯三维功率信号，不能实时显示堆芯三维功率分布图，不能在线二次处理，无法实现反应堆运行最优控制和反应堆自动停堆的问题；5)探测器或驱动和选择装置12故障需要重新更换探测器并选择备用的驱动和选择装置12，工作环节多；6)系统无冗余设置，不满足反应堆保护功能单一故障原则。
随着核电和数字化仪控技术的发展，对堆芯核仪表系统的结构简易化、高性能、高可靠性、反应堆保护功能实现、在线监测和图形可视化提出了较高地要求。有鉴于此，确有必要提供一种能够解决上述问题的核电厂堆芯核仪表系统。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种结构简单、无需外部驱动且能够实现在线实时测量、处理和显示的核电厂堆芯核仪表系统。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电厂堆芯核仪表系统，其包括探测器、信号调理机柜及数字化处理与显示设备，探测器整体固定安装在堆芯内，信号调理机柜设置在安全壳内，探测器、信号调理机柜及数字化处理与显示设备依次连接；所述探测器包括多个等差中子自给能探测器，每一等差中子自给能探测器均包括多段独立的子探测器，子探测器的长度等差递减。
作为本发明核电厂堆芯核仪表系统的一种改进，所述等差中子自给能探测器的探测器发射体采用中子吸收截面大、响应时间短的铑材料制成。
作为本发明核电厂堆芯核仪表系统的一种改进，所述每一等差中子自给能探测器中子探测器的数量和长度根据堆芯大小和测点位置进行调整。
作为本发明核电厂堆芯核仪表系统的一种改进，所述探测器分为冗余配置的A、B两组，两组探测器中的等差中子自给能探测器在堆芯的横向和纵向均为间隔布置，确保每组探测器都能独立地实现完整监测功能。
作为本发明核电厂堆芯核仪表系统的一种改进，所述信号调理机柜通过探测器电缆与探测器连接，信号调理机柜有冗余配置的A、B两组，分别接收A组探测器和B组探测器的信号。
作为本发明核电厂堆芯核仪表系统的一种改进，每组信号调理机柜内设有两台冗余的处理器，两台处理器均可处理A组或B组探测器的所有信号。
作为本发明核电厂堆芯核仪表系统的一种改进，所述数字化处理与显示设备设置在安全壳外，并通过光纤与信号调理机柜连接。
作为本发明核电厂堆芯核仪表系统的一种改进，所述数字化处理与显示设备包括数字化信号处理机柜和数字化仪控显示器，数字化信号处理机柜通过光纤与安全壳内的信号调理机柜进行连接和通信，数字化仪控显示器和数字化信号处理机柜连接。
作为本发明核电厂堆芯核仪表系统的一种改进，所述光纤分为冗余配置的A、B两组。
作为本发明核电厂堆芯核仪表系统的一种改进，所述数字化信号处理机柜分为冗余配置的A、B两组，每组数字化信号处理机柜均可接收A、B两组信号调理机柜的数据，并采用4取2符合逻辑，产生反应堆自动停堆保护信号，触发反应堆紧急停堆。
作为本发明核电厂堆芯核仪表系统的一种改进，所述反应堆自动停堆保护信号为DNBR高信号或FLP高信号。
作为本发明核电厂堆芯核仪表系统的一种改进，所述数字化信号处理机柜在线生成堆芯三维功率分布图、堆芯参数最优推荐值计算及反应堆保护功能逻辑运算。
作为本发明核电厂堆芯核仪表系统的一种改进，所述数字化仪控显示器用于在线显示堆芯三维功率分布图、堆芯工况监测与报警画面、堆芯参数最优推荐值。
作为本发明核电厂堆芯核仪表系统的一种改进，所述等差中子自给能探测器在辐射场中自行产生电流，电流的大小和变化反映出辐射场的特性和变化。
作为本发明核电厂堆芯核仪表系统的一种改进，所述信号调理机柜用于采集等差中子自给能探测器产生的中子注量率信号，进行信号放大、滤波并将电流信号转化为光纤信号。
与现有技术相比，本发明核电厂堆芯核仪表系统至少具有以下优点：
1)采用等差中子自给能探测器，探测器固定安装在堆芯内且可以自行产生电流，不需要驱动和选择装置驱动探测器插入堆芯，也不需外部供电，使得系统机柜结构简化、工作流程少；
2)采用等差中子自给能探测器，探测器整体固定安装在堆芯内，可同时在线测量堆芯三维中子注量率信号，探测器发射体由铑材料制成，信号响应时间快，可实现实时响应被测对象变化，用于反应堆保护功能，解决了移动式裂变探测器只能单探测器工作，一个完整的堆芯注量率测量工作耗时多、且不能在线实时测量的问题；
3)采用光纤通信方式，光纤通信数据传输大、无信号衰减、抗辐照干扰能力强，因此提高了系统数据传输和抗干扰能力，并减少了系统电缆和安全壳贯穿件的使用数量，解决了硬接线通信数据传输量小，信号抗衰减和抗干扰性能差，且需要使用大量电缆进行信号传输和多个安全壳贯穿件的问题；
4)采用数字化处理与显示设备，使系统具有较强的计算和图形显示能力，能够实时处理测得的数据并在线生成堆芯三维功率分布图，实现反应堆自动保护、反应堆运行最优控制和堆芯三维功率分布图在线显示；
5)每个等差中子自给能探测器由多段独立的子探测器组成，子探测器的数量和高度可根据不同反应堆进行定制，某一段子探测器故障对中子注量率信号测量质量影响不大，不需要重新更换子探测器，系统易维护；
6)探测器、信号调理机柜、光纤、数字化信号处理机柜均采用冗余设计，其中每一信号调理机柜含有两台冗余的处理器，每台处理器均可将信号传送至数字化信号处理机柜，数字化信号处理机柜则采用4取2符合逻辑产生反应堆自动停堆信号，确保单个设备的故障不会导致系统不可用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电厂堆芯核仪表系统进行详细说明。
图1为已公开核电厂堆芯核仪表系统的结构示意图。
图2为本发明核电厂堆芯核仪表系统的结构示意图。
图3为本发明核电厂堆芯核仪表系统的单个等差中子自给能探测器的结构示意图。
图4为本发明核电厂堆芯核仪表系统的A、B两组探测器在堆芯中的分布图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当强调的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明的使用场合。
请参阅图2，本发明核电厂堆芯核仪表系统包括依次连接的探测器30、信号调理机柜32、光纤34、数字化处理与显示设备。探测器30和信号调理机柜32设置在安全壳20内，数字化处理与显示设备设置在安全壳外，并通过光纤34与信号调理机柜32连接。
所述探测器30包括多个等差中子自给能探测器，其在辐射场中可自行产生电流，电流的大小和变化反映出辐射场的特性和变化。本发明将等差中子自给能探测器整体固定安装在堆芯中，可实时监测堆芯中子注量率，且在系统运行中不需要外部驱动装置驱动探测器插入堆芯，使得系统机柜结构简化、工作流程少。
请参阅图3，每一等差中子自给能探测器均包括多段独立的子探测器300，子探测器300的长度等差递减，子探测器300的数量和长度可根据堆芯大小和测点位置进行调整，因此单一子探测器300故障对堆芯三维中子注量率测量影响较小。
本发明所使用的等差中子自给能探测器的探测器发射体由铑材料制成，对热中子吸收截面大，响应时间小，通过延迟响应补偿，可实现实时响应被测对象变化，用于反应堆保护功能。
请参阅图4，本发明的探测器30分为冗余配置的A、B两组，两组探测器30中的等差中子自给能探测器在堆芯的横向和纵向均为间隔布置，确保每组探测器30都能独立地实现完整监测功能。两组探测器30冗余布置在堆芯中，可确保当其中任一组探测器30发生故障时，堆芯核仪表系统仍旧可用。
请参阅图2，信号调理机柜32设置在安全壳20内，其通过探测器电缆31与探测器30连接，用于采集等差中子自给能探测器产生的中子注量率信号，进行信号放大、滤波并将电流信号转化为光纤信号。信号调理机柜32有冗余配置的A、B两组，分别接收A组探测器和B组探测器的信号。每组信号调理机柜32内设有两台冗余的处理器，两台处理器均可以处理A组或B组探测器30的所有信号，因此，任一组信号调理机柜32发生故障都不会导致系统不可用。
数字化处理与显示设备设置在安全壳20外，其包括数字化信号处理机柜36和数字化仪控显示器38。
数字化信号处理机柜36通过光纤34与安全壳20内的信号调理机柜32进行连接和通信，光纤通信数据传输大、无信号衰减、抗辐照干扰能力强，并可减少系统电缆和安全壳贯穿件200的使用数量。本发明的光纤34分为冗余配置的A、B两组，任一组光纤34故障都不会导致系统不可用。
数字化信号处理机柜36可处理大量数据的运算，可在线生成堆芯三维功率分布图、堆芯参数最优推荐值计算及反应堆保护功能逻辑运算。本发明的数字化信号处理机柜36分为冗余配置的A、B两组，每组机柜均可接收A、B两组信号调理机柜32的数据，并采用4取2符合逻辑，产生DNBR(偏离泡核沸腾比，Departure From Nucleate Boiling Ratio)高和FLP高(燃料元件线功率，Fuel Line Power)等反应堆自动停堆保护信号，触发反应堆紧急停堆，保护反应堆安全。可见，任一组数字化信号处理机柜36故障都不会导致系统不可用。
数字化仪控显示器38和数字化信号处理机柜36连接，用于在线显示堆芯三维功率分布图、堆芯工况监测与报警画面、堆芯参数最优推荐值等。
与现有技术相比，本发明核电厂堆芯核仪表系统至少具有以下优点：
1)采用等差中子自给能探测器，探测器30固定安装在堆芯内且可以自行产生电流，不需要驱动和选择装置驱动探测器插入堆芯，也不需外部供电，使得系统机柜结构简化、工作流程少；
2)采用等差中子自给能探测器，探测器30整体固定安装在堆芯内，可同时在线测量堆芯三维中子注量率信号，探测器发射体由铑材料制成，信号响应时间快，可实现实时响应被测对象变化，用于反应堆保护功能，解决了移动式裂变探测器只能单探测器工作，一个完整的堆芯注量率测量工作耗时多、且不能在线实时测量的问题；
3)采用光纤通信方式，光纤通信数据传输大、无信号衰减、抗辐照干扰能力强，因此提高了系统数据传输和抗干扰能力，并减少了系统电缆和安全壳贯穿件200的使用数量，解决了硬接线通信数据传输量小，信号抗衰减和抗干扰性能差，且需要使用大量电缆进行信号传输和多个安全壳贯穿件的问题；
4)采用数字化处理与显示设备，使系统具有较强的计算和图形显示能力，能够实时处理测得的数据并在线生成堆芯三维功率分布图，实现反应堆自动保护、反应堆运行最优控制和堆芯三维功率分布图在线显示；
5)每个等差中子自给能探测器由多段独立的子探测器300组成，子探测器300的数量和高度可根据不同反应堆进行定制，某一段子探测器300故障对中子注量率信号测量质量影响不大，不需要重新更换子探测器，系统易维护；
6)探测器30、信号调理机柜32、光纤34、数字化信号处理机柜36均采用冗余设计，其中每一信号调理机柜32含有两台冗余的处理器，每台处理器均可将信号传送至数字化信号处理机柜36，数字化信号处理机柜36则采用4取2符合逻辑产生反应堆自动停堆信号，确保单个设备的故障不会导致系统不可用。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (15)
1.一种核电厂堆芯核仪表系统，其特征在于：包括探测器、信号调理机柜及数字化处理与显示设备，探测器整体固定安装在堆芯内，信号调理机柜设置在安全壳内，探测器、信号调理机柜及数字化处理与显示设备依次连接；所述探测器包括多个等差中子自给能探测器，每一等差中子自给能探测器均包括多段独立的子探测器，子探测器的长度等差递减。
2.根据权利要求1所述的核电厂堆芯核仪表系统，其特征在于：所述等差中子自给能探测器的探测器发射体采用中子吸收截面大、响应时间短的铑材料制成。
3.根据权利要求1所述的核电厂堆芯核仪表系统，其特征在于：所述每一等差中子自给能探测器中子探测器的数量和长度根据堆芯大小和测点位置进行调整。
4.根据权利要求1所述的核电厂堆芯核仪表系统，其特征在于：所述探测器分为冗余配置的A、B两组，两组探测器中的等差中子自给能探测器在堆芯的横向和纵向均为间隔布置，确保每组探测器都能独立地实现完整监测功能。
5.根据权利要求4所述的核电厂堆芯核仪表系统，其特征在于：所述信号调理机柜通过探测器电缆与探测器连接，信号调理机柜有冗余配置的A、B两组，分别接收A组探测器和B组探测器的信号。
6.根据权利要求5所述的核电厂堆芯核仪表系统，其特征在于：每组信号调理机柜内设有两台冗余的处理器，两台处理器均可处理A组或B组探测器的所有信号。
7.根据权利要求5所述的核电厂堆芯核仪表系统，其特征在于：所述数字化处理与显示设备设置在安全壳外，并通过光纤与信号调理机柜连接。
8.根据权利要求7所述的核电厂堆芯核仪表系统，其特征在于：所述数字化处理与显示设备包括数字化信号处理机柜和数字化仪控显示器，数字化信号处理机柜通过光纤与安全壳内的信号调理机柜进行连接和通信，数字化仪控显示器和数字化信号处理机柜连接。
9.根据权利要求8所述的核电厂堆芯核仪表系统，其特征在于：所述光纤分为冗余配置的A、B两组。
10.根据权利要求9所述的核电厂堆芯核仪表系统，其特征在于：所述数字化信号处理机柜分为冗余配置的A、B两组，每组数字化信号处理机柜均可接收A、B两组信号调理机柜的数据，并采用4取2符合逻辑，产生反应堆自动停堆保护信号，触发反应堆紧急停堆。
11.根据权利要求10所述的核电厂堆芯核仪表系统，其特征在于：所述反应堆自动停堆保护信号为DNBR高信号或FLP高信号。
12.根据权利要求8所述的核电厂堆芯核仪表系统，其特征在于：所述数字化信号处理机柜在线生成堆芯三维功率分布图、堆芯参数最优推荐值计算及反应堆保护功能逻辑运算。
13.根据权利要求12所述的核电厂堆芯核仪表系统，其特征在于：所述数字化仪控显示器用于在线显示堆芯三维功率分布图、堆芯工况监测与报警画面、堆芯参数最优推荐值。
14.根据权利要求1所述的核电厂堆芯核仪表系统，其特征在于：所述等差中子自给能探测器在辐射场中自行产生电流，电流的大小和变化反映出辐射场的特性和变化。
15.根据权利要求14所述的核电厂堆芯核仪表系统，其特征在于：所述信号调理机柜用于采集等差中子自给能探测器产生的中子注量率信号，进行信号放大、滤波并将电流信号转化为光纤信号。
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