CN113658733A - 一种核电汽轮机的控制系统装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种核电汽轮机的控制系统装置及其控制方法，所述控制系统装置包括：采集模块，所述采集模块用于采集控制棒的电源机组输出电压，以及反应堆的功率量程中子注量率；分析控制模块，所述分析控制模块用于接收采集模块发出的信号，并控制汽轮机进行停机操作。本发明通过对控制棒的电源机组输出电压，以及反应堆的功率量程中子注量率进行参数采集，进一步地通过分析控制模块对输出电压和功率量程中子注量率，从而避免因控制棒电源机组失电导致反应堆停堆而汽轮机却不能及时停机问题的发生。
Description
技术领域
本发明属于核电机组技术领域，尤其涉及一种核电汽轮机的控制系统装置及其控制方法。
背景技术
核电厂在安全运行范围内，允许对电厂控制系统对相关参数进行调节以响应正常发电的需求。电厂控制系统使得机组运行在安全限值之内，并且保持一定的裕量，但某些关键参数只要接近安全限值就会触发反应堆停堆。
核电机组通过提升或下插控制棒控制反应堆功率或者直接停堆，而控制棒的提升或下插，受控制棒驱动机构控制，控制棒驱动机构由数字化控制棒控制系统进行控制。数字化控制棒控制系统由来自厂用电的中压母线带动控制棒电源机组发电后，经两列停堆断路器进行供电。在电厂正常运行期间，控制棒驱动机构的设计允许控制棒处于棒行程内的任何位置。控制棒的提升依靠的是电磁力，而下插依靠的是重力。控制棒电源机组即电动发电机组，提供数字化控制棒控制系统所需要的260V三相电源。核电厂共有两台控制棒电源机组，正常运行时，两台电源机组并联工作，在一台不工作的状态下，另一台能够满足全部负荷需求。
反应堆紧急停堆是保护和安全监测系统在预期某一保护参数接近其安全限值时执行的一种保护功能。实现反应堆停堆的过程是，保护和安全监测系统发出停堆信号，反应堆停堆断路器打开使得控制棒驱动机构的线圈失电，所有控制棒组件依靠重力落入堆芯。停堆信号触发后延时触发汽轮机停机，防止或终止反应堆过度冷却，维持机组安全稳定，同时也防止由于汽轮机丧失蒸汽供应而导致的设备损坏。
CN109686465A公开了一种反应堆停堆故障的诊断方法，所述方法包括如下步骤：堆芯棒位监测系统进行核电站停堆状态监测，接收核电站机组发出的启动停堆信号；堆芯棒位监测系统接收并根据所述启动停堆信号检测控制棒位置，根据检测到的控制棒位置与预设位置阈值的比较结果确定是否停堆成功，并生成停堆状态信号；根据所述启动停堆信号和停堆状态信号确定是否发出未能紧急停堆的预期瞬态信号；接收并根据所述未能紧急停堆的预期瞬态信号进入后续事故缓解，根据预设事故缓解策略进行事故缓解。该发明通过，能够判断是否由于机械卡棒而未能紧急停堆。
CN105575448A公开了一种核电站反应堆保护系统及其中的安全控制方法，所述保护系统具备：分为N个保护通道的紧急停堆系统，每个保护通道从信号预处理系统获取保护参数，进行阈值比较；与N个保护通道连接的专设驱动系统，接收阈值比较结果，并根据阈值比较结果进行专设驱动逻辑处理，输出第一专设驱动指令用于驱动核电厂设计基准事故发生后，反应堆达到可控状态前需要操作的执行机构；通过安全级环网与专设驱动系统连接的安全自动化系统，产生第一设备级控制指令用于对核电厂设计基准事故发生后，反应堆从可控状态到安全停堆状态过程中需要操作的执行机构进行控制。
综上可知，在非能动核电厂中，机组功率运行时若控制棒电源机组发生故障，可能导致反应堆停堆而汽轮机不能及时停机的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种核电汽轮机的控制系统装置及其控制方法，通过对控制棒的电源机组，以及功率量程中子注量率进行分析，必要时对汽轮机进行停机操作。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种核电汽轮机的控制系统装置，所述控制系统装置包括：
采集模块，所述采集模块用于采集控制棒的电源机组输出电压，以及反应堆的功率量程中子注量率。
分析控制模块，所述分析控制模块用于接收采集模块发出的信号，并控制汽轮机进行停机操作。
本发明通过对控制棒的电源机组输出电压，以及反应堆的功率量程中子注量率进行参数采集，进一步地通过分析控制模块对输出电压和功率量程中子注量率，从而避免如下反应堆自动停堆后汽轮机不能及时停机问题的发生：若控制棒电源机组故障，控制棒失电落棒反应堆自动停堆，但因该过程中没有触发停堆信号，汽轮机不能及时自动停机。该发明实施后，若控制棒电源机组故障，控制棒失电落棒反应堆自动停堆，控制器在一段时间后(例如7s)控制汽轮机停机。
作为本发明的一个优选技术方案，所述采集模块包括设置于电源机组输出线路上的电压传感器。
优选地，所述电源机组包括至少两个。
优选地，所述电源机组上设置有至少四个电压传感器。
优选地，所述电压传感器为欠压继电器。
作为本发明的一个优选技术方案，所述采集模块还包括设置于反应堆外的功率量程中子探测器，以及设置于反应堆外快速降功率系统的工作参数检测器，所述工作参数检测器用于检测快速降功率系统的工作状态参数。
作为本发明的一个优选技术方案，所述分析控制模块包括与电源机组数量相同的四取二逻辑器，所述四取二逻辑器分别独立电性连接所述的欠压继电器，所述四取二逻辑器用于接收欠压继电器的输出信号并判断输出电源机组的电压信号。
本发明通过四取二逻辑器，有效避免了部分欠压继电器故障的问题，提高输出信号的稳定性和准确性。
优选地，所述分析控制模块还包括与功率量程中子探测器连接的变化率计算器，所述变化率计算器用于接收功率量程中子探测器的输出信号并计算输出功率量程中子注量率的变化率。
作为本发明的一个优选技术方案，所述分析控制模块还包括控制器，所述控制器分别独立电性连接所述四取二逻辑器和变化率计算器，所述控制器电性连接汽轮机，所述控制器接收所述四取二逻辑器和变化率计算器的输出信号，并反馈控制汽轮机的停机。
本发明通过计算功率量程中子注量率的变化率，结合快速降功率系统的工作状态参数，从而判断功率量程中子注量率的变化率的产生是由于快速降功率系统的工作产生，还是由于反应堆停堆造成，从而有效避免由于快速降功率系统的工作产生功率量程中子注量率的变化率过大，导致误停汽轮机的问题发生。
第二方面，本发明提供了一种上述核电汽轮机的控制系统装置的控制方法，所述控制方法包括：
所述采集模块分别采集控制棒的电源机组输出电压，以及反应堆的功率量程中子注量率；所述分析控制模块分析电源机组输出电压以及功率量程中子注量率，控制汽轮机的停机。
作为本发明的一个优选技术方案，所述电源机组输出电压的分析方法包括：至少两个所述电源机组输出电压均低于电压阈值，则控制汽轮机的停机。
优选地，所述电源机组输出电压低于电压阈值的方式包括：至少两个所述欠压继电器输出欠压信号，所述分析控制模块判定所述电源机组输出电压低于电压阈值。
作为本发明的一个优选技术方案，所述功率量程中子注量率的变化率的分析方法包括：由功率量程中子注量率计算得到功率量程中子注量率的变化率，并根据快速降功率系统的工作参数判断停机操作，若根据快速降功率系统的工作参数判断快速降功率系统未工作，且功率量程中子注量率的变化率高于变化率阈值，则控制汽轮机的停机。
作为本发明的一个优选技术方案，所述电源机组输出电压低于电压阈值，7s后控制汽轮机的停机。
优选地，所述快速降功率系统的工作参数判断快速降功率系统未工作，且功率量程中子注量率的变化率高于变化率阈值，5s后控制汽轮机的停机。
作为本发明的一个优选技术方案，所述控制方法具体包括以下步骤：
(Ⅰ)欠压继电器、功率量程中子探测器以及工作参数检测器分别采集电源机组输出电压情况、功率量程中子注量率以及快速降功率系统的工作状态参数，并输送至分析控制模块；
(Ⅱ)四取二逻辑器接收欠压继电器发出的欠压信号，向控制器发送每个电源机组的电压信号，若两个电源机组的输出电压均低于电压阈值，控制器控制汽轮机7s后进行停机操作；
(Ⅲ)变化率计算器计算功率量程中子注量率的变化率，并根据快速降功率系统的工作参数判断该系统是否工作，若根据快速降功率系统的工作参数判断快速降功率系统未工作，且功率量程中子注量率的变化率高于变化率阈值，控制器控制汽轮机5s后进行停机操作。
需要说明的是，本发明也可以结合保护和安全监测系统发出停堆信号使用，保护和安全监测系统现有触发停堆信号如下：源量程高中子注量率、中间量程高中子注量率、功率量程高中子注量率(低整定值)、功率量程高中子注量率(高整定值)、功率量程中子注量率高正变化率、超温、超功率、稳压器低压力、反应堆冷却剂低流量、反应堆冷却剂泵低转速、反应堆冷却剂泵轴承水高温度、稳压器高压力、稳压器高液位、蒸汽发生器低液位、蒸汽发生器高液位、自动卸压系统驱动、堆芯补水箱注射、S信号驱动、手动反应堆停堆或非能动余热排出驱动。
本发明与保护和安全监测系统结合后，分析控制器直接将信号传递给保护和安全监测系统，若因为控制棒电源失电需要停运汽轮机，则分析控制器在2s后将信号传递给保护和安全监测系统；若是因为功率量程中子注量率高负变化率需要停运汽轮机，则分析控制器无任何延迟直接将信号传递给保护和安全监测系统；然后由保护和安全监测系统发出停堆信号，实现反应堆停堆并延迟5后汽轮机停机操作。注：只要分析控制器将信号传递给保护和安全监测系统，后者就会自动触发停堆信号，执行停堆操作和汽轮机停机操作，虽然实际上反应堆已经因为控制棒失电停过堆了。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过对控制棒的电源机组输出电压，以及反应堆的功率量程中子注量率进行参数采集，进一步地通过分析控制模块对输出电压和功率量程中子注量率，从而避免如下反应堆自动停堆后汽轮机不能及时停机问题的发生：若控制棒电源机组故障，控制棒失电落棒反应堆自动停堆，但因该过程中没有触发停堆信号，汽轮机不能及时自动停机。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式中提供的核电汽轮机的控制系统装置的示意图；
图2为本发明实施例1中电源机组输出电压进行判断的逻辑图。
其中，1-第一欠压继电器；2-第二欠压继电器；3-第三欠压继电器；4-第四欠压继电器；5-第一四取二逻辑器；6-第二四取二逻辑器；7-控制器。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种核电汽轮机的控制系统装置，如图1所示，所述控制系统装置包括：采集模块，所述采集模块用于采集控制棒的电源机组输出电压，以及反应堆的功率量程中子注量率；分析控制模块，所述分析控制模块用于接收采集模块发出的信号，并分析控制汽轮机进行停机作。
本发明通过对控制棒的电源机组输出电压，以及反应堆的功率量程中子注量率进行参数采集，进一步地通过分析控制模块对输出电压和功率量程中子注量率，从而避免如下反应堆自动停堆后汽轮机不能及时停机问题的发生：若控制棒电源机组故障，控制棒失电落棒反应堆自动停堆，但因该过程中没有触发停堆信号，汽轮机不能及时自动停机。
进一步地，采集模块包括设置于电源机组输出线路上的电压传感器。更进一步地，电源机组包括至少两个，电源机组上设置有至少四个电压传感器，电压传感器为欠压继电器。
进一步地，采集模块还包括设置于反应堆外的功率量程中子探测器，以及设置于反应堆外的快速降功率系统的工作参数检测器，所述工作参数检测器用于检测快速降功率系统的工作状态参数。
进一步地，分析控制模块包括与电源机组数量相同的四取二逻辑器，所述四取二逻辑器分别独立电性连接所述的欠压继电器，所述四取二逻辑器用于接收欠压继电器的输出信号并判断输出电源机组的电压信号。本发明通过四取二逻辑器，有效避免了部分欠压继电器故障的问题，提高输出信号的稳定性和准确性。
进一步地，分析控制模块还包括与功率量程中子探测器连接的变化率计算器，所述变化率计算器用于接收功率量程中子探测器的输出信号并计算输出功率量程中子注量率的变化率。
进一步地，分析控制模块还包括控制器7，所述控制器7分别独立电性连接所述四取二逻辑器和变化率计算器，所述控制器7电性连接核电汽轮机，所述控制器7接收所述四取二逻辑器和变化率计算器的输出信号，并反馈控制汽轮机的停机。
本发明通过计算功率量程中子注量率的变化率，结合快速降功率系统的工作状态参数，从而判断功率量程中子注量率的变化率的产生是由于快速降功率系统的工作产生，还是由于反应堆停堆造成，从而有效避免由于快速降功率系统的工作产生功率量程中子注量率的变化率过大，导致误停汽轮机的问题发生。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种上述核电汽轮机的控制系统装置的控制方法，所述控制方法具体包括以下步骤：
(Ⅰ)欠压继电器、功率量程中子探测器以及工作参数检测器分别采集电源机组输出电压情况、功率量程中子注量率以及快速降功率系统的工作状态参数，并输送至分析控制模块；
(Ⅱ)四取二逻辑器接收欠压继电器发出的欠压信号，向控制器发送每个电源机组的电压信号，若两个电源机组的输出电压均低于电压阈值，控制器控制汽轮机7s后进行停机操作；
(Ⅲ)变化率计算器计算功率量程中子注量率的变化率，并根据快速降功率系统的工作参数判断该系统是否工作，若根据快速降功率系统的工作参数判断快速降功率系统未工作，且功率量程中子注量率的变化率高于变化率阈值，控制器控制汽轮机5s后进行停机操作。
需要说明的是，本发明也可以结合保护和安全监测系统发出停堆信号使用，保护和安全监测系统现有触发停堆信号如下：源量程高中子注量率、中间量程高中子注量率、功率量程高中子注量率(低整定值)、功率量程高中子注量率(高整定值)、功率量程中子注量率高正变化率、超温、超功率、稳压器低压力、反应堆冷却剂低流量、反应堆冷却剂泵低转速、反应堆冷却剂泵轴承水高温度、稳压器高压力、稳压器高液位、蒸汽发生器低液位、蒸汽发生器高液位、自动卸压系统驱动、堆芯补水箱注射、S信号驱动、手动反应堆停堆或非能动余热排出驱动。
本发明与保护和安全监测系统结合后，分析控制器直接将信号传递给保护和安全监测系统，若因为控制棒电源失电需要停运汽轮机，则分析控制器在2s后将信号传递给保护和安全监测系统；若是因为功率量程中子注量率高负变化率需要停运汽轮机，则分析控制器无任何延迟直接将信号传递给保护和安全监测系统；然后由保护和安全监测系统发出停堆信号，实现反应堆停堆并延迟5后汽轮机停机操作。
实施例1
本实施例提供了一种核电汽轮机的控制系统装置，基于一个具体实施方式，其中，如图2所示，所述电源机组为两个，分别为第一电源机组和第二电源机组，并且对应设置有第一四取二逻辑器5和第二四取二逻辑器6，每个电源机组上设置有四个欠压继电器，分别为第一欠压继电器1、第二欠压继电器2、第三欠压继电器3和第四欠压继电器4。
本实施例中，(1)对于电源机组的输出电压判断具体如下：若有两台欠压继电器输出真值(即4取二逻辑)，则四取二逻辑器输出电源机组输出低压电信号；若同时出现第一电源机组和第二电源机组输出低电压信号，控制器7控制7s后汽轮机停机操作。
(2)对于功率量程中子注量率的变化率判断如下：变化率计算器计算功率量程中子注量率的变化率，然后输出至控制器7与设定的变化率阈值进行对比，若变化率高于变化率阈值则输出真值。同时，若快速降功率系统工作，此时判定为功率量程中子注量率的变化率较高，是由于快速降功率系统工作引起，则不触发汽轮机停机；若快速降功率系统并未工作，此时判定为功率量程中子注量率的变化率是控制棒落棒引起的，则触发5s后汽轮机停机。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种核电汽轮机的控制系统装置，其特征在于，所述控制系统装置包括：
采集模块，所述采集模块用于采集控制棒的电源机组输出电压，以及反应堆的功率量程中子注量率；
分析控制模块，所述分析控制模块用于接收采集模块发出的信号，并控制汽轮机进行停机操作。
2.根据权利要求1所述的控制系统装置，其特征在于，所述采集模块包括设置于电源机组输出线路上的电压传感器；
优选地，所述电源机组包括至少两个；
优选地，所述电源机组上设置有至少四个电压传感器；
优选地，所述电压传感器为欠压继电器。
3.根据权利要求1或2所述的控制系统装置，其特征在于，所述采集模块还包括设置于反应堆外的功率量程中子探测器，以及设置于反应堆外快速降功率系统的工作参数检测器，所述工作参数检测器用于检测快速降功率系统的工作状态参数。
4.根据权利要求1-3任一项所述的控制系统装置，其特征在于，所述分析控制模块包括与电源机组数量相同的四取二逻辑器，所述四取二逻辑器分别独立电性连接所述的欠压继电器，所述四取二逻辑器用于接收欠压继电器的输出信号并判断输出电源机组的电压信号；
优选地，所述分析控制模块还包括与功率量程中子探测器连接的变化率计算器，所述变化率计算器用于接收功率量程中子探测器的输出信号并计算输出功率量程中子注量率的变化率。
5.根据权利要求4所述的控制系统装置，其特征在于，所述分析控制模块还包括控制器，所述控制器分别独立电性连接所述四取二逻辑器和变化率计算器，所述控制器电性连接汽轮机，所述控制器接收所述四取二逻辑器和变化率计算器的输出信号，并反馈控制汽轮机的停机。
6.一种权利要求1-5任一项所述核电汽轮机的控制系统装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
所述采集模块分别采集控制棒的电源机组输出电压，以及反应堆的功率量程中子注量率；
所述分析控制模块分析电源机组输出电压以及功率量程中子注量率，控制汽轮机的停机。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述电源机组输出电压的分析方法包括：至少两个所述电源机组输出电压均低于电压阈值，则控制汽轮机的停机；
优选地，所述电源机组输出电压低于电压阈值的方式包括：至少两个所述欠压继电器输出欠压信号，所述分析控制模块判定所述电源机组输出电压低于电压阈值。
8.根据权利要求6或7所述的控制方法，其特征在于，所述功率量程中子注量率的变化率的分析方法包括：由功率量程中子注量率计算得到功率量程中子注量率的变化率，并根据快速降功率系统的工作参数判断停机操作，若根据快速降功率系统的工作参数判断快速降功率系统未工作，且功率量程中子注量率的变化率高于变化率阈值，则控制汽轮机的停机。
9.根据权利要求6-8任一项所述的控制方法，其特征在于，所述电源机组输出电压低于电压阈值，7s后控制汽轮机的停机；
优选地，所述快速降功率系统的工作参数判断快速降功率系统未工作，且功率量程中子注量率的变化率高于变化率阈值，5s后控制汽轮机的停机。
10.根据权利要求6-9任一项所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法具体包括以下步骤：
(Ⅰ)欠压继电器、功率量程中子探测器以及工作参数检测器分别采集电源机组输出电压情况、功率量程中子注量率以及快速降功率系统的工作状态参数，并输送至分析控制模块；
(Ⅱ)四取二逻辑器接收欠压继电器发出的欠压信号，向控制器发送每个电源机组的电压信号，若两个电源机组的输出电压均低于电压阈值，控制器控制汽轮机7s后进行停机操作；
(Ⅲ)变化率计算器计算功率量程中子注量率的变化率，并根据快速降功率系统的工作参数判断该系统是否工作，若根据快速降功率系统的工作参数判断快速降功率系统未工作，且功率量程中子注量率的变化率高于变化率阈值，控制器控制汽轮机5s后进行停机操作。
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- 2021-09-07 CN CN202111042128.0A patent/CN113658733B/zh active Active
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