CN112397207B - 一种用于吸收球停堆系统功能验证的测试装置 - Google Patents
一种用于吸收球停堆系统功能验证的测试装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于吸收球停堆系统功能验证的测试装置及方法，包括步进电机、落球阀、贮球罐、供料器、供气室、氦气压缩机入口电动阀、氦气压缩机、氦气压缩机出口电动阀、人‑机界面显示器、仿真建模服务器、Labview数据采集机柜及吸收球停堆系统DCS机柜，该装置及方法能够实现对吸收球停堆系统实际功能的提前验证。
Description
技术领域
本发明属于核能科学与工程领域，涉及一种用于吸收球停堆系统功能验证的测试装置。
背景技术
高温气冷堆采用高浓缩铀作燃料，石墨作为慢化剂，氦气作为冷却剂，具有固有安全性高和热力循环效率较高的特点。高温气冷堆设置了两套依据不同工作原理、相互独立的反应性控制和停堆系统，即控制棒系统和吸收球停堆系统。吸收球停堆系统是球床型高温气冷堆的备用停堆系统，参与堆芯反应性调节控制，具有实现反应堆安全冷停堆的重要安全功能。吸收球停堆装置设置在反应堆压力壳内，含有碳化硼直径为Φ6mm的吸收球放置在堆内构件上部的贮球罐中。其功能为当控制棒系统失效或需要长期冷停堆时，吸收球停堆系统投入，落球阀开启，吸收球可依靠重力落入堆芯侧反射层石墨孔道中，使反应堆停堆；当反应堆重新启动时，吸收球可以通过气力输送的方式被回送至贮球罐内。
吸收球停堆系统在停堆过程中吸收球重力下落时间和重新启动中吸收球气力输送提升时间均应满足反应性控制的要求，停堆速率应足以使反应堆在任何预计运行事件中及时进入足够深的次临界状态，以防止燃料损坏并保持压力边界的完整性。为了保障高温气冷堆的安全稳定运行，提前进行吸收球停堆系统的功能验证至关重要。但目前至少存在以下问题：为了保证反应堆长期服役寿命，在运行期间无法通过触发紧急停堆的极端运行工况来实际验证其功能可靠性，在机组未装料调试期间，吸收球停堆系统无法实现动态反馈，DCS平台也不具备验证其设计功能的试验条件，难以提前暴露和纠正控制策略存在的问题。因此有必要开发用于吸收球停堆系统功能验证的测试装置。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于吸收球停堆系统功能验证的测试装置，该装置能够实现对吸收球停堆系统实际功能的提前验证。
为达到上述目的，本发明所述的用于吸收球停堆系统功能验证的测试装置包括步进电机、落球阀、贮球罐、供料器、供气室、氦气压缩机入口电动阀、氦气压缩机、氦气压缩机出口电动阀、人-机界面显示器、仿真建模服务器、Labview数据采集机柜及吸收球停堆系统DCS机柜；
步进电机的输出轴与落球阀的控制端相连接，贮球罐的底部出口与落球阀的入口相连通，落球阀的出口与供料器的第一入口相连通，供料器的出口与贮球罐的入口相连通，贮球罐内存放有若干吸收球，贮球罐的顶部出口与供气室的入口相连通，供气室的出口依次经氦气压缩机入口电动阀、氦气压缩机及氦气压缩机出口电动阀与供料器的第二入口相连通；
人-机界面显示器经仿真建模服务器、Labview数据采集机柜及吸收球停堆系统DCS机柜与步进电机、氦气压缩机入口电动阀、氦气压缩机及氦气压缩机出口电动阀相连接。
所述吸收球停堆系统DCS机柜包括DCS机柜本体以及设置于DCS机柜内的步进电机卡件、氦气压缩机入口电动阀驱动卡件、氦气压缩机卡件及氦气压缩机出口电动阀驱动卡件，其中，Labview数据采集机柜经步进电机卡件与步进电机相连接；Labview数据采集机柜经氦气压缩机入口电动阀驱动卡件与氦气压缩机入口电动阀相连接；Labview数据采集机柜经氦气压缩机卡件与氦气压缩机相连接；Labview数据采集机柜经氦气压缩机出口电动阀驱动卡件与氦气压缩机出口电动阀相连接。
所述Labview数据采集机柜包括数据采集机柜本体以及设置于数据采集机柜本体内的步进电机A/D转换卡件、氦气压缩机入口电动阀A/D转换卡件、氦气压缩机A/D转换卡件及氦气压缩机出口电动阀A/D转换卡件；
仿真建模服务器包括步进电机仿真模型系统、氦气压缩机入口电动阀仿真模型系统、氦气压缩机仿真模型系统及氦气压缩机出口电动阀仿真模型系统；
步进电机仿真模型系统经步进电机A/D转换卡件与步进电机卡件相连接；
氦气压缩机入口电动阀仿真模型系统经氦气压缩机入口电动阀A/D转换卡件与氦气压缩机入口电动阀驱动卡件相连接；
氦气压缩机仿真模型系统经氦气压缩机A/D转换卡件与氦气压缩机卡件相连接；
氦气压缩机出口电动阀仿真模型系统经氦气压缩机出口电动阀A/D转换卡件与氦气压缩机出口电动阀驱动卡件相连接；
人-机界面显示器与步进电机仿真模型系统、氦气压缩机入口电动阀仿真模型系统、氦气压缩机仿真模型系统及氦气压缩机出口电动阀仿真模型系统相连接。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的用于吸收球停堆系统功能验证的测试装置在具体操作时，通过控制步进电机、落球阀、氦气压缩机入口电动阀及氦气压缩机及氦气压缩机出口电动阀的开关状态，在机组调试启动期间对吸收球停堆系统进行逻辑预演和动态测试，实现对吸收球停堆系统实际功能的提前验证，提前暴露和纠正吸收球停堆系统逻辑组态存在的问题，极大地提高吸收球停堆系统在机组运行期间的可靠性。在实际操作时，可以将高温气冷堆吸收球停堆系统的控制思路进行组态、调试、试验验证和优化，能够与DCS系统进行实时通讯，将经过验证的成熟的控制组态同步到DCS系统中，克服DCS系统不具备通过反复修改组态逻辑来验证其设计功能的问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为步进电机、2为贮球罐、3为吸收球、4为落球阀、5为供料器、6为供气室、7为氦气压缩机入口电动阀、8为氦气压缩机、9为氦气压缩机出口电动阀、10为吸收球停堆系统DCS机柜、10-1为步进电机卡件、10-2为氦气压缩机入口电动阀驱动卡件、10-3为氦气压缩机卡件、10-4为氦气压缩机出口电动阀驱动卡件、l1为Labview数据采集机柜、11-1为步进电机A/D转换卡件、11-2为氦气压缩机入口电动阀A/D转换卡件、11-3为氦气压缩机A/D转换卡件、11-4为氦气压缩机出口电动阀A/D转换卡件、12为仿真建模服务器、12-1为步进电机仿真模型系统、12-2为氦气压缩机入口电动阀仿真模型系统、12-3为氦气压缩机仿真模型系统、12-4为氦气压缩机出口电动阀仿真模型系统、13为人-机界面显示器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的用于吸收球停堆系统功能验证的测试装置包括步进电机1、落球阀4、贮球罐2、供料器5、供气室6、氦气压缩机入口电动阀7、氦气压缩机8、氦气压缩机出口电动阀9、人-机界面显示器13、仿真建模服务器12、Labview数据采集机柜11及吸收球停堆系统DCS机柜10；步进电机1的输出轴与落球阀4的控制端相连接，贮球罐2的底部出口与落球阀4的入口相连通，落球阀4的出口与供料器5的第一入口相连通，供料器5的出口与贮球罐2的入口相连通，贮球罐2内存放有若干吸收球3，贮球罐2的顶部出口与供气室6的入口相连通，供气室6的出口依次经氦气压缩机入口电动阀7、氦气压缩机8及氦气压缩机出口电动阀9与供料器5的第二入口相连通；人-机界面显示器13经仿真建模服务器12、Labview数据采集机柜11及吸收球停堆系统DCS机柜10与步进电机1、氦气压缩机入口电动阀7、氦气压缩机8及氦气压缩机出口电动阀9相连接。
所述吸收球停堆系统DCS机柜10包括DCS机柜本体以及设置于DCS机柜内的步进电机卡件10-1、氦气压缩机入口电动阀驱动卡件10-2、氦气压缩机卡件10-3及氦气压缩机出口电动阀驱动卡件10-4，其中，Labview数据采集机柜11经步进电机卡件10-1与步进电机1相连接；Labview数据采集机柜11经氦气压缩机入口电动阀驱动卡件10-2与氦气压缩机入口电动阀7相连接；Labview数据采集机柜11经氦气压缩机卡件10-3与氦气压缩机8相连接；Labview数据采集机柜11经氦气压缩机出口电动阀驱动卡件10-4与氦气压缩机出口电动阀9相连接。
所述Labview数据采集机柜11包括数据采集机柜本体以及设置于数据采集机柜本体内的步进电机A/D转换卡件11-1、氦气压缩机入口电动阀A/D转换卡件11-2、氦气压缩机A/D转换卡件11-3及氦气压缩机出口电动阀A/D转换卡件11-4；仿真建模服务器12包括步进电机仿真模型系统12-1、氦气压缩机入口电动阀仿真模型系统12-2、氦气压缩机仿真模型系统12-3及氦气压缩机出口电动阀仿真模型系统12-4；
步进电机仿真模型系统12-1经步进电机A/D转换卡件11-1与步进电机卡件10-1相连接；氦气压缩机入口电动阀仿真模型系统12-2经氦气压缩机入口电动阀A/D转换卡件11-2与氦气压缩机入口电动阀驱动卡件10-2相连接；氦气压缩机仿真模型系统12-3经氦气压缩机A/D转换卡件11-3与氦气压缩机卡件10-3相连接；氦气压缩机出口电动阀仿真模型系统12-4经氦气压缩机出口电动阀A/D转换卡件11-4与氦气压缩机出口电动阀驱动卡件10-4相连接；人-机界面显示器13与步进电机仿真模型系统12-1、氦气压缩机入口电动阀仿真模型系统12-2、氦气压缩机仿真模型系统12-3及氦气压缩机出口电动阀仿真模型系统12-4相连接。
本发明的具体工作过程为：
(1)落球过程验证：
在仿真建模服务器12中模拟反应堆紧急停堆且控制棒系统失效，触发吸收球3停堆系统落球工况，具体过程为：
1)仿真建模服务器12输出的触发信号通过步进电机A/D转换卡件11-1传递至步进电机卡件10-1，然后再传递给步进电机1的驱动头，由步进电机1驱动落球阀4打开，吸收球3沿着贮球罐2的底部在重力作用下下落，并落入供料器5中。
2)步进电机1反馈的动作信号经步进电机卡件10-1及步进电机A/D转换卡件11-1输入到步进电机仿真模型系统12-1中，改变步进电机仿真模型等状态，并将结果传送至人-机界面显示器13中显示输出，通过人-机界面显示器13读取吸收球3的重力下落时间、吸收球3的落球合格率及落球速率，经反复调整仿真建模服务器12中控制器的参数，直至落球过程验证合格。
(2)气力输送吸收球3过程的验证：
在仿真建模服务器12中模拟吸收球3位于供料器5中，反应堆启动，具体过程为：
1)仿真建模服务器12中的触发信号通过步进电机A/D转换卡件11-1传递至步进电机卡件10-1，再经步进电机卡件10-1传递至步进电机1的驱动头，由步进电机1驱动落球阀4关闭。
2)仿真建模服务器12中的触发信号通过氦气压缩机入口电动阀A/D转换卡件11-2传递至氦气压缩机入口电动阀驱动卡件10-2，再经氦气压缩机入口电动阀驱动卡件10-2传递至氦气压缩机入口电动阀7的驱动头，将氦气压缩机入口电动阀7打开，同时经氦气压缩机A/D转换卡件11-3传递至氦气压缩机卡件10-3，再经氦气压缩机卡件10-3传递至氦气压缩机8的控制系统，使启动氦气压缩机8；同时经氦气压缩机出口电动阀A/D转换卡件11-4及氦气压缩机出口电动阀驱动卡件10-4传递至氦气压缩机出口电动阀9的驱动头，将氦气压缩机出口电动阀9打开；
2)供气室6输出的氦气经氦气压缩机8加压后流入供料器5，以携带着吸收球3沿着吸收球输送管道向上流动进入贮球罐2中，在贮球罐2中进行气固两相分离，吸收球3落入贮球罐2内，氦气从贮球罐2的上部排入供气室6中，循环流动直至全部吸收球3均流入贮球罐2内堆积。
3)步进电机1反馈的动作信号依次经步进电机卡件10-1、步进电机A/D转换卡件11-1输入到步进电机仿真模型系统12-1中，以改变步进电机仿真模型的状态，并将结果传送至人-机界面显示器13中显示输出，通过人-机界面显示器13读取落球阀4的关闭时间；
4)氦气压缩机入口电动阀7反馈的动作信号依次经氦气压缩机入口电动阀驱动卡件10-2、氦气压缩机入口电动阀A/D转换卡件11-2输入到氦气压缩机入口电动阀仿真模型系统12-2中，并将结果传送至人-机界面显示器13中显示输出，通过人-机界面显示器13读取氦气压缩机入口电动阀7的开启时间；
5)氦气压缩机8反馈的动作信号经氦气压缩机卡件10-3、氦气压缩机A/D转换卡件11-3输入到氦气压缩机仿真模型系统12-3中，并将结果传送至人-机界面显示器13中显示输出，通过人-机界面显示器13读取氦气压缩机8的启动及运行参数；
6)氦气压缩机出口电动阀9反馈的动作信号经氦气压缩机出口电动阀驱动卡件10-4、氦气压缩机出口电动阀A/D转换卡件11-4输入到氦气压缩机出口电动阀仿真模型系统12-4中，并将结果传送至人-机界面显示器13中显示输出，通过人-机界面显示器13读取氦气压缩机出口电动阀9的开启时间；
经反复调整仿真建模服务器12中的控制器参数，直至气力输送吸收球3过程验证合格。
Claims (1)
1.一种用于吸收球停堆系统功能验证的测试装置，其特征在于，包括步进电机(1)、落球阀(4)、贮球罐(2)、供料器(5)、供气室(6)、氦气压缩机入口电动阀(7)、氦气压缩机(8)、氦气压缩机出口电动阀(9)、人-机界面显示器(13)、仿真建模服务器(12)、Labview数据采集机柜(11)及吸收球停堆系统DCS机柜(10)；
步进电机(1)的输出轴与落球阀(4)的控制端相连接，贮球罐(2)的底部出口与落球阀(4)的入口相连通，落球阀(4)的出口与供料器(5)的第一入口相连通，供料器(5)的出口与贮球罐(2)的入口相连通，贮球罐(2)内存放有若干吸收球(3)，贮球罐(2)的顶部出口与供气室(6)的入口相连通，供气室(6)的出口依次经氦气压缩机入口电动阀(7)、氦气压缩机(8)及氦气压缩机出口电动阀(9)与供料器(5)的第二入口相连通；
人-机界面显示器(13)经仿真建模服务器(12)、Labview数据采集机柜(11)及吸收球停堆系统DCS机柜(10)与步进电机(1)、氦气压缩机入口电动阀(7)、氦气压缩机(8)及氦气压缩机出口电动阀(9)相连接；
所述吸收球停堆系统DCS机柜(10)包括DCS机柜本体以及设置于DCS机柜内的步进电机卡件(10-1)、氦气压缩机入口电动阀驱动卡件(10-2)、氦气压缩机卡件(10-3)及氦气压缩机出口电动阀驱动卡件(10-4)，其中，Labview数据采集机柜(11)经步进电机卡件(10-1)与步进电机(1)相连接；Labview数据采集机柜(11)经氦气压缩机入口电动阀驱动卡件(10-2)与氦气压缩机入口电动阀(7)相连接；Labview数据采集机柜(11)经氦气压缩机卡件(10-3)与氦气压缩机(8)相连接；Labview 数据采集机柜(11)经氦气压缩机出口电动阀驱动卡件(10-4)与氦气压缩机出口电动阀(9)相连接；
所述Labview数据采集机柜(11)包括数据采集机柜本体以及设置于数据采集机柜本体内的步进电机A/D转换卡件(11-1)、氦气压缩机入口电动阀A/D转换卡件(11-2)、氦气压缩机A/D转换卡件(11-3)及氦气压缩机出口电动阀A/D转换卡件(11-4)；
仿真建模服务器(12)包括步进电机仿真模型系统(12-1)、氦气压缩机入口电动阀仿真模型系统(12-2)、氦气压缩机仿真模型系统(12-3)及氦气压缩机出口电动阀仿真模型系统(12-4)；
步进电机仿真模型系统(12-1)经步进电机A/D转换卡件(11-1)与步进电机卡件(10-1)相连接；
氦气压缩机入口电动阀仿真模型系统(12-2)经氦气压缩机入口电动阀A/D转换卡件(11-2)与氦气压缩机入口电动阀驱动卡件(10-2)相连接；
氦气压缩机仿真模型系统(12-3)经氦气压缩机A/D转换卡件(11-3)与氦气压缩机卡件(10-3)相连接；
氦气压缩机出口电动阀仿真模型系统(12-4)经氦气压缩机出口电动阀A/D转换卡件(11-4)与氦气压缩机出口电动阀驱动卡件(10-4)相连接；
人-机界面显示器(13)与步进电机仿真模型系统(12-1)、氦气压缩机入口电动阀仿真模型系统(12-2)、氦气压缩机仿真模型系统(12-3)及氦气压缩机出口电动阀仿真模型系统(12-4)相连接；
具体工作过程为：
(1)落球过程验证：
在仿真建模服务器(12)中模拟反应堆紧急停堆且控制棒系统失效，触发吸收球(3)停堆系统落球工况，具体过程为：
11)仿真建模服务器(12)输出的触发信号通过步进电机A/D转换卡件(11-1)传递至步进电机卡件(10-1)，然后再传递给步进电机(1)的驱动头，由步进电机(1)驱动落球阀(4)打开，吸收球(3)沿着贮球罐(2)的底部在重力作用下下落，并落入供料器(5)中；
12)步进电机(1)反馈的动作信号经步进电机卡件(10-1)及步进电机A/D转换卡件(11-1)输入到步进电机仿真模型系统(12-1)中，改变步进电机仿真模型等状态，并将结果传送至人-机界面显示器(13)中显示输出，通过人-机界面显示器(13)读取吸收球(3)的重力下落时间、吸收球(3)的落球合格率及落球速率，经反复调整仿真建模服务器(12)中控制器的参数，直至落球过程验证合格；
(2)气力输送吸收球(3)过程的验证：
在仿真建模服务器(12)中模拟吸收球(3)位于供料器(5)中，反应堆启动，具体过程为：
21)仿真建模服务器(12)中的触发信号通过步进电机A/D转换卡件(11-1)传递至步进电机卡件(10-1)，再经步进电机卡件(10-1)传递至步进电机(1)的驱动头，由步进电机(1)驱动落球阀(4)关闭；
22)仿真建模服务器(12)中的触发信号通过氦气压缩机入口电动阀A/D转换卡件(11-2)传递至氦气压缩机入口电动阀驱动卡件(10-2)，再经氦气压缩机入口电动阀驱动卡件(10-2)传递至氦气压缩机入口电动阀(7)的驱动头，将氦气压缩机入口电动阀(7)打开，同时经氦气压缩机A/D转换卡件(11-3)传递至氦气压缩机卡件(10-3)，再经氦气压缩机卡件(10-3)传递至氦气压缩机(8)的控制系统，使启动氦气压缩机(8)；同时经氦气压缩机出口电动阀A/D转换卡件(11-4)及氦气压缩机出口电动阀驱动卡件(10-4)传递至氦气压缩机出口电动阀(9)的驱动头，将氦气压缩机出口电动阀(9)打开；
23)供气室(6)输出的氦气经氦气压缩机(8)加压后流入供料器(5)，以携带着吸收球(3)沿着吸收球输送管道向上流动进入贮球罐(2)中，在贮球罐(2)中进行气固两相分离，吸收球(3)落入贮球罐(2)内，氦气从贮球罐(2)的上部排入供气室(6)中，循环流动直至全部吸收球(3)均流入贮球罐(2)内堆积；
24)步进电机(1)反馈的动作信号依次经步进电机卡件(10-1)、步进电机A/D转换卡件(11-1)输入到步进电机仿真模型系统(12-1)中，以改变步进电机仿真模型的状态，并将结果传送至人-机界面显示器(13)中显示输出，通过人-机界面显示器(13)读取落球阀(4)的关闭时间；
25)氦气压缩机入口电动阀(7)反馈的动作信号依次经氦气压缩机入口电动阀驱动卡件(10-2)、氦气压缩机入口电动阀A/D转换卡件(11-2)输入到氦气压缩机入口电动阀仿真模型系统(12-2)中，并将结果传送至人-机界面显示器(13)中显示输出，通过人-机界面显示器(13)读取氦气压缩机入口电动阀(7)的开启时间；
26)氦气压缩机(8)反馈的动作信号经氦气压缩机卡件(10-3)、氦气压缩机A/D转换卡件(11-3)输入到氦气压缩机仿真模型系统(12-3)中，并将结果传送至人-机界面显示器(13)中显示输出，通过人-机界面显示器(13)读取氦气压缩机(8)的启动及运行参数；
27)氦气压缩机出口电动阀(9)反馈的动作信号经氦气压缩机出口电动阀驱动卡件(10-4)、氦气压缩机出口电动阀A/D转换卡件(11-4)输入到氦气压缩机出口电动阀仿真模型系统(12-4)中，并将结果传送至人-机界面显示器(13)中显示输出，通过人-机界面显示器(13)读取氦气压缩机出口电动阀(9)的开启时间；
经反复调整仿真建模服务器(12)中的控制器参数，直至气力输送吸收球(3)过程验证合格。
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