CN1245959A - 加热接点热电偶电缆装置 - Google Patents

Abstract

一种用于具有传感器的核反应堆加热接点热电偶的改进的加热接点热电偶电缆装置,传感器具有一个不加热的热电偶、一个加热的热电偶以及一个加热器线圈,该加热接点热电偶电缆装置共用多个加热器线圈之间的电源导体。将热电偶导体与电源导体分开,消除对热电偶导体信号造成干扰的可能性。将加热器线圈并联成组,如果有一个加热器线圈发生故障,仍然可以给连接于一对电源导体上的其余加热器线圈提供电源。

Description

加热接点热电偶电缆装置

本发明涉及一种用于核反应堆加热接点(heated junction)热电偶水平测量系统的改进的加热接点热电偶电缆装置。

当一个压水式核反应堆在关闭之后刚刚启动时，在反应堆容器中充满了诸如水的流体冷却剂。在核反应堆运行期间，流体冷却剂循环通过堆芯以带走所产生的热量。在反应堆正常运行期间，冷却剂在通过堆芯时保持其液体状态。在异常运行期间，例如在冷却系统出现泄漏时，反应堆容器内部的流体冷却剂可能会改变状态，变成液体和气体的两相混合物。

具有多个传感器的加热接点热电偶水平测量系统被布置在反应堆容器内部的上部导向结构内。每个传感器包括一个加热的热电偶，一个不加热的热电偶，以及一个加热器线圈。该系统被用来确定在反应堆堆芯上方在每个传感器的水平面上是否存在液体冷却剂。

一般来说，加热接点热电偶水平测量系统具有八个完全独立的传感器。传感器通常是按照相等的间距被垂直布置在反应堆容器中、处于燃料对正板和反应堆容器头之间，用来在反应堆堆芯上方的整个高度上提供冷却剂的位置指示。

每个传感器需要连接有五条独立的导线，用来提供来自热电偶的测量值，并且向加热器线圈供电。

用四十条导线通过一个贯穿连接器(penetration connector)使八个传感器接合到反应堆容器的壁上。分别与八个传感器之一相连的五条导线通常被组装成一条电缆。电缆最好是绝缘的矿物质，也就是说，电缆完全是用无机材料制成的。这种电缆通常包括一个铜衬的不锈钢套和通过无机氧化物诸如二氧化硅绝缘的导线。这种组成可以使电缆能够承受核燃烧产生的极高温度的影响，并且此后仍然可以持续使用。

通过一或多条密闭、跨接和架空悬挂的电缆将八个传感器连接到一个加热接点热电偶探针上。包含密闭电缆的密闭导管(containmentconduit)与贯穿连接器相接合。一个跨接导管与密闭导管相接合。一个架空悬挂的导管与跨接导管相接合。最后，探针与架空悬挂的导管相接合。用电缆向八个加热器提供必要的电能，并且将其它导线连接到信号处理和显示设备上。

按照现有技术的一个实施例，八个独立的密闭、跨接和架空悬挂的电缆被连接到每个传感器。按照现有技术的另一个实施例，每个传感器仅仅使用了一条密闭、跨接和架空悬挂的导管。

导管的每个悬空端包括一个适合与配套的连接器相接合的连接器。在每个导管的端部总共需要40个插头或是插座，以便将来自每个传感器的四十条不同的导线连接到加热接点热电偶探针上。

现有的加热接点热电偶电缆结构存在许多明显的缺点。对四十条独立导线的需求就要求使用单个体积很大并且难以处理的密闭、跨接和架空的导管，或者是需要使用更多比较小的导管，每个导管必须要单独地操作和定位。在使用许多导管的情况下，就会出现电缆标记和杂乱性大大增加的问题。另外，在反应堆更换燃料的过程中，在反应堆容器中所谓的“热”区域中所消耗时间必须尽可能减小的情况下，加热接点热电偶电缆装置的便于操作和定位的能力问题是极为重要的。

如果需要四十个插头和插座使各种导线与对应的导管相配合，还存在着以下显著的缺点。在连接器尺寸和插头数量之间总是存在矛盾的。随着连接器逐渐变小，就会出现插头和插座的可靠性问题。例如，在操作连接器的过程中，或是在使连接器配合或是分离的过程中，插头很可能容易弯曲或是变形。另外，在更换具有已损坏的插头的连接器时往往是不容易的。如果通过连接器的电路数量很大，或者是当外壳相对于接口仪器或导管采用气密密封的情况下，这种问题特别突出。然而，如果连接器很大，就会削弱移动相关导管的能力。损坏的插头和笨重的导管还会增加在反应堆容器的“热”区域内花费的时间，这是所不希望的。

此外由于八个独立的电缆，并且每条电缆具有五条上述导线，这也会带来问题。连接器是很小的，并且在断开和连接过程中很容易损坏。电源导线和同一条电缆内的传感器导线的组合会增大对电缆中的其它三条导线所输送的传感器信号的电干扰。此外，在每条电缆中加强绝缘以便增大绝缘电阻的需求增大了电缆的笨重问题，并且难以对电缆进行处理。

本发明涉及到一种具有多个传感器的核反应堆加热接点热电偶水平测量系统。每个传感器包括一个不加热的热电偶和一个加热的热电偶。加热器线圈被放置在加热的热电偶的旁边。与每个热电偶相连的为具有第一极性的一个特殊的热电偶导体，在各热电偶之间共用了一个具有相反极性的热电偶导体。两个电源导体被用来向加热器线圈供电。

热电偶传感器的电缆有许多，每条传感器电缆与一个传感器的热电偶相连。另外还有许多供电电缆。供电电缆向一个以上的加热器线圈供电，与一条供电电缆相连的加热器线圈被并联成组，如果一个线圈出现故障，其它线圈还可以接收电能。

由于供电电缆与传感器电缆是分开的，这样就消除了现有技术中由于电源导体可能影响到由热电偶产生的传感器信号而造成的问题。

在一个优选实施例中，所有供电电缆和传感器电缆都被容纳在一个可挠曲的金属导管中。对于相同数量的传感器来说，减少为加热器线圈供电的导线数量在多个方面具有明显的优点。与现有技术中所知的八个五线的导管或者在一个可挠曲套管中具有八条五线电缆的单个导管的情况相比，更便于使用较小的导管。导管上相对的两端包括一个具有插头或是插座的连接器。插头应该便于弯曲或是变形。如果能减少插头的数量，就能降低插头损坏的可能性。

在本发明的优选实施例中，一个加热接点的热电偶传感器有八个与其相连的传感器。两对电源导线被连接到两组四个加热器线圈，而三条传感器导线连接着各个传感器。因此，连接到密闭电缆及跨接和架空悬挂电缆的贯穿连接器具有28个插座或是插头。在各端装有连接器的密闭导管与贯穿连接器相互接合。在各端装有连接器的跨接导管与密闭导管相互接合。在各端装有连接器的架空悬挂导管同时与跨接导管和现有的加热接点热电偶探针相互接合。架空悬挂导管起到一个过渡导管的作用，它在与跨接导管相互接合的连接器中具有28个插头或是插座，并且在与探针相互接合的连接器中具有40个插头或是插座。用跳线器来连接40针插头或插座连接器中选定的插头或是插座，从而将提供给探针的电源从四线转换成十六线。

根据以下说明书、权利要求书以及附图中的详细说明就可以清楚地看到本发明的特征，下面是附图的简介：

图1是设置在探针和位于密闭容器内部的一个贯穿连接器之间的热接点热电偶电缆装置的一个平面图。

图2是现有技术的一个导管的截面图，导管中具有分别用于热接点热电偶系统的八个独立传感器的八条电缆，每条电缆包括用于加热器线圈的两条电源线，两个正极热电偶导体，以及一个负极热电偶导体。

图3表示在现有技术中构成了加热接点热电偶水平测量系统之一部分的一个传感器的示意图，它有一个加热的热电偶和一个不加热的热电偶。

图4是本发明一个实施例的截面图，图中具有十条电缆，两条电缆专用于为各个传感器加热器线圈提供电源，其余的八条电缆连接着热电偶导体。

图5是一个电路图，用来表示并联连接的四个加热器线圈。

如图1所示，加热接点热电偶水平测量系统10包括一个加热接点热电偶电缆装置12和装在探针42中的多个传感器。

从现有技术的图2和3中可以看得更清楚，在每个传感器组件14上需要连接五条独立的导线A，B，C，D和E。两条导线A和C构成第一极性、通常是正极的热电偶导体。正极热电偶导体通常是用一种Ni₉₀/Cr₁₀热电偶合金构成的，商品名称为Chromel^。负极热电偶导体通常是用一种Ni₉₅/Al+Mn+Si₅热电偶合金构成的，商品名称为Alumel^。第一极性的第一热电偶导体A构成了加热热电偶16的一个部件，而同一极性的第二导体C构成了不加热热电偶18的一个部件。第三导线B构成了相反极性的热电偶导体。导体B通常是在加热的和不加热的热电偶16，18之间共用的。余下的两条导线D和E通常是镀镍的铜线，其作为向加热器线圈20供电的正、负电源导体。

为了防止读数不准确，每个传感器14的加热的和不加热的热电偶16，18被设置在彼此分开的位置上，使来自位置靠近于加热热电偶16的加热器线圈20的热量不会影响由不加热的热电偶18所产生的电压。

对加热的和不加热的热电偶16、18的绝对温度和构成传感器14的两个热电偶之间的温度差进行监控。每个热电偶16，18产生的净电压是它们之间的温度差的函数。加热的热电偶16产生的电压代表着它的温度。不加热的热电偶18产生的电压也代表着它的温度。

当液体冷却剂围绕着两个热电偶16，18时，加热器线圈20所产生的热量被传递到周围的冷却剂。因此，两个热电偶的温度被保持为基本相同。由于加热热电偶产生的电压与不加热热电偶产生的电压相反，因此净电压将是很小的。

当两个热电偶16，18周围缺少液体冷却剂时，加热器线圈20产生的热量不会传递给周围的气体冷却剂。因此，加热热电偶的温度就会上升到不加热热电偶的温度之上，从而在两个热电偶16，18之间产生很大的净电压。

热电偶导线A，B和C的外径范围大约是0.01到0.02英寸，更具体而言，外径是0.015英寸。现有技术的加热器线圈导线D和E的直径大约是0.040英寸。

从现有技术的图2中可见，与八个传感器20中的每个传感器相连的五条导线A至E通常被组合成一条电缆C₁至C₈。电缆C₁至C₈的外径大约是0.25英寸。接着将一或多条电缆C₁至C₈固定在一个导管30内。各个导管30通常是用可挠曲的金属软管或是护套构成的，商品名称是Penflex^。如果将所有八条电缆都固定在一个导管30之内，所得导管的外径就会大于0.75英寸。

与现有技术所提出的方案不同，本发明将导线从四十条明显地减少到二十八条，如图3所示。将原来与现有技术的电缆C₁至C₈相连的十六条独立的加热器线圈导线D和E减少到总数为四条导线D’和E’。代表电源导线D’和E’的导线的直径范围大约是0.06到0.09英寸，具体来说约是0.08英寸。导线D’和E’的厚度允许通过导线传送更大的电能。一组导线D’和E’被绝缘在一条独立电缆C₉的内部，而其它组导线D’和E’被绝缘在一条独立电缆C₁₀的内部。将导线D’和E’与传感器导线A，B和C分开的优点在于，如果将五条导线都装在一条电缆之内，导线D’和E’有可能干扰传感器信号。

电缆C₉和C₁₀的直径大约是0.31英寸。其余的八条电缆C₁’至C₈’仅有三条导线，也就是用导线A，B和C表示的热电偶导线。因此，相应的电缆C₁’至C₈’的外径大约是0.11英寸。

与约0.25英寸直径的情况相比，使电缆C₁’至C₈’具有比较小的即0.11英寸的直径是有益的。电缆C₁’至C₈’比现有技术中的五线电缆C₁’至C₈’更容易弯曲和操作。

如果将所有十条电缆都固定在一个导管30’中，导管的外径大约是0.55英寸，明显地小于现有技术中所需要的0.75英寸。其质量降低了大约30％。较小和较轻的导管可以便于特别是在核反应堆的“热”区域内进行安装和操作。

尽管导线D’和E’的外径至少为导线A、B和C的直径的三倍、优选为四倍，但是导管的尺寸和质量均降低了。

另外，与现有技术的情况不同，八个加热器线圈20被分成两组加热器线圈，一组通过电缆C₉的导线D’和E’供电，另一组通过电缆C₁₀的导线D’和E’供电。

从图4中可以清楚地看到，每一组加热器线圈20是并联成组的。导线D’和E’强度很好，其能够承受可能的损伤，同时能够为加热器线圈20提供必要的电能。

即使有一个加热器线圈出现故障，使用导线D’和E’仍然能使其余的加热器工作。电路R(T)的总电阻大约等于每个加热器的电阻除以加热器的数目或者为R(H)/4。因此，如果有一个加热器线圈20发生故障并且变成开路，总电阻就会增大到R(H)/3。电流是按照公式I＝V/R而降低的，并且在必要时可以通过增大电压而得到补偿，因此提供给加热器的电能仅仅降低了25％，

从图1中可见，较少的导线还可以提高在密闭贯穿连接器40和加热接点热电偶探针42之间将各个电缆连接在一起的能力。密闭导管44的相对两端包括一个28针插头或插座连接器46和48，连接器46与贯穿连接器40接合。接着使密闭导管44和一个跨接导管50配合，在跨接导管50的相对两端具有一个28针插头或插座连接器52和54，连接器52与连接器48配合。跨接导管50还与一个架空悬挂导管56配合，架空悬挂导管具有一个28针插头或插座58以及一个40针插头或插座60。在一个优选实施例中，架空悬挂导管56被用作一个过渡导管，使得现有技术中带有40针插头或插座62的探针42与对应的40针插头或插座60相互接合。插座60在连接器后壳中选定的各插头66之间具有跳线器64，以便为在电缆导管56中减少到四条导线的供电导线提供十六个插头或插座。或者是将跳线器设置在相配合的插座中。

40针插头或插座连接器到28针插头或插座连接器的过渡位置优选尽量靠近被探针42穿透的反应堆容器的“热”区域。由于减少了靠近反应堆容器的导线数量，所需的时间以及与完成连接或是断开操作有关的问题被明显地减少了。在操作跨接导管50和架空悬挂导管56时造成插头弯曲或是断裂的可能性减小了。

上述的实施例是为了解释本发明而提出的。然而这并非意味着对本发明的范围和实质的限制。因此，本发明仅仅受到附属的权利要求书的限制。

Claims (16)

1.一种用于核电站反应堆的加热接点热电偶电缆装置，包括：

多条热电偶传感器电缆，每条上述电缆是由第一极性的两个热电偶导体和相反极性的一个热电偶导体构成的；

多条加热器线圈供电电缆，每条上述电缆是由一个正极电源导体和一个负极电源导体构成的。

2.按照权利要求1的用于核电站反应堆的加热接点热电偶电缆装置，其特征是上述热电偶导体具有第一外径，而上述供电导体具有第二外径，上述第二外径至少是上述第一外径的三倍。

3.按照权利要求2的用于核电站反应堆的加热接点热电偶电缆装置，其特征是上述第一外径大约在0.01到0.02英寸之间，而上述第二外径大约在0.06到0.09英寸之间。

4.按照权利要求1的用于核电站反应堆的加热接点热电偶电缆装置，其特征是上述电缆被容纳在一个可挠曲的保护导管内。

5.按照权利要求4的用于核电站反应堆的加热接点热电偶电缆装置，其特征是具有位于上述导管内的28条导线，即：与两个加热器线圈供电电缆相关的四条导线，以及与八个独立的热电偶传感器电缆相关的24条导线。

6.按照权利要求5的用于核电站反应堆的加热接点热电偶电缆装置，其特征是上述导管的外径大约是0.55英寸。

7.按照权利要求6的用于核电站反应堆的加热接点热电偶电缆装置，其特征是上述电缆完全是用无机材料制成的。

8.按照权利要求7的用于核电站反应堆的加热接点热电偶电缆装置，其特征是用一种无机氧化物来隔离上述电缆。

9.按照权利要求5的用于核电站反应堆的加热接点热电偶电缆装置，其特征是包括一个过渡导管，在该过渡导管的相对两端包括一个插头或插座连接器，上述过渡导管的一端具有一个28针插头连接器，而上述过渡导管的另一端具有一个40针插头连接器，上述28针插头连接器具有用于上述电源导线的四个插头或插座，而上述40针插头连接器具有设置在选定的插头或插座之间的跳线器，用于为上述电源导线提供十六个插头或插座，以便使上述40针插头连接器能够与现有的加热接点热电偶探针相配合。

10.按照权利要求9的用于核电站反应堆的加热接点热电偶电缆装置，其特征是上述过渡导管是一个架空悬挂导管，一个密闭导管被设置在上述架空悬挂导管和位于密闭壁内的贯穿连接器之间，在上述跨接导管和上述密闭导管的各自两端分别具有连接器，使得上述架空悬挂导管与上述跨接导管接合，而使上述跨接导管与上述密闭导管相接合。

11.一个具有多个传感器的核反应堆加热接点热电偶水平测量系统，每个传感器包括一个不加热的热电偶和一个加热的热电偶以及靠近于加热热电偶的一个加热器线圈，其中一个第一极性的特定热电偶导体与每个热电偶相连，而相反极性的一个热电偶导体为两个热电偶共用，用两个电源导体向加热器线圈供电，改进之处在于包括：

一个加热接点热电偶电缆装置，它具有

多个热电偶传感器电缆，每个上述传感器电缆与一个传感器的热电偶相连，以及

多个加热器线圈供电电缆，每个上述电缆包括一个正极电源导体和一个负极电源导体；以及

其特征是用上述电源导体为多个加热器线圈供电，将与上述供电导体相连的加热器线圈并联成组，使得第一加热器线圈的故障不会造成第二加热器线圈的故障。

12.按照权利要求11的核反应堆加热接点热电偶水平测量系统，其特征是上述热电偶导体具有第一外径，而上述电源导体具有第二外径，上述第二外径至少是上述第一外径的三倍。

13.按照权利要求12的核反应堆加热接点热电偶水平测量系统，其特征是上述电缆被容纳在一个可挠曲的保护导管中。

14.按照权利要求13的核反应堆加热接点热电偶水平测量系统，其特征是具有八个传感器，在上述导管内至少需要二十八条导线，其中四条导线与两个加热器线圈供电电缆相关，而至少二十四条导线和热电偶相关，使四个加热器线圈与两条相应电源导体中的各电源导体并联成组，使得每个加热器线圈与相邻的加热器线圈并联。

15.按照权利要求14的核反应堆加热接点热电偶水平测量系统，其特征是上述加热接点热电偶电缆装置包括一个独立的过渡导管，在该过渡导管相对的两端具有插头或插座连接器，一个连接器具有对应着用于各加热器线圈的上述电源导体的十六个插头或插座，第二个连接器具有用于所有加热器线圈的四个插头或插座，从而将上述电源导体的数量从十六个减少到四个。

16.按照权利要求15的核反应堆加热接点热电偶水平测量系统，其特征是在上述导管的相对两端设有连接器，其中一个上述连接器与上述过渡导管的一个相应连接器相接合。

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