CN206430785U - 一种多运行工况下乏燃料水池液位监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种乏燃料水池液位监测系统，包括机柜和传感器探头部分，所述机柜中包括信号收发模块、信号处理模块、电源模块以及数据输出模块。所述信号收发模块用于在机柜中向传感器探头发射信号并接收回波信号，从而产生表征液位信息的时差信号。所述信号处理模块用于接收所述时差信号，并基于设置参数将所述时差信号转换成液位开关信号和/或液位信号。所述电源模块用于向所述液位监测系统供电。所述数据输出模块用于将所述液位开关信号和/或液位信号发送到数据传输通道。另外，本实用新型还提供了为乏燃料水池液位监测系统供电的系统。

Description

一种多运行工况下乏燃料水池液位监测系统

技术领域

本实用新型属于核电领域，具体涉及一种核电厂多运行工况下乏燃料水池液位监测系统。

背景技术

在核电厂乏燃料水池内贮存的乏燃料，具有较强的放射性，同时还释放出衰变热。乏燃料水池内必须充水且保持一定的水位，一方面屏蔽池内辐射，另一方面对燃料元件进行冷却，因此乏燃料水池内液位监测非常关键。2011年，日本福岛事故中，由于乏燃料水池内液位及温度监测装置损坏，无法得到池内液位等关键参数；同时乏燃料水池区域辐照水平高，环境条件恶劣，现场应急人员难以进入该区域进行抢修，导致乏燃料水池长期处于不可控的状态，最后酿成了严重的事故后果。

现有核电厂乏燃料水池冷却系统具有一定的液位监测能力，如通过设置两个非核级浮子式液位开关，分别输出高、低液位报警对乏燃料水池正常补水操作进行监测。但是这种监测系统无法给出大范围内乏燃料水池液位监测以应对类似福岛的严重事故。并且机械部件多，机械磨损后会失去公差，而且易产生故障。

专利申请CN201210432373.7提出了一种采用热电阻传感器测量连续液位的装置。但是在高温水蒸汽等恶劣工况下，传感器测量精度将受到影响。同时该装置没有备用通道，在通讯电缆故障情况下，乏燃料水池液位将失去监控。

因此，有必要采取一种可运行在各种工况下的乏燃料水池液位监测系统，可在高温水蒸汽及辐照环境下正常工作，同时可应对丧失一切外电源、乏燃料水池不能进入及通讯电缆故障等极端事故情况。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种的乏燃料水池液位监测系统，实现在正常运行及事故工况下对乏燃料水池连续液位的检测，尤其可在高温水蒸汽及辐照等严酷环境下正常工作，同时可应对丧失一切外电源、乏燃料水池不能进入及通讯电缆故障等极端事故情况。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种乏燃料水池液位监测系统，包括机柜和传感器探头部分，所述机柜中包括信号收发模块、信号处理模块、电源模块以及数据输出模块。所述信号收发模块用于在机柜中向传感器探头发射信号并接收回波信号，从而产生表征液位信息的时差信号。所述信号处理模块用于接收所述时差信号，并基于设置参数将所述时差信号转换成液位开关信号和/或液位信号。所述电源模块用于向所述液位监测系统供电。所述数据输出模块用于将所述液位开关信号和/或液位信号发送到数据传输通道。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种供电系统，用于向乏燃料水池液位监测系统供电。所述供电系统包括：电源系统，包括UPS电源系统，UPS电源系统在丧失外部电源的情况下能够持续对系统供电；外部电源端口，用于连接外部电源，所述外部电源为移动电源或发电机或电网，从而为所述液位监测系统供电；便携显示模块，用于在丧失一切内外部电源且系统内置电源耗尽情况下用便携显示模块的内置电源向所述液位监测系统供电并读取液位监测系统的液位信息。

附图说明

附图示出了本公开的各方面的示例，并且其与说明书一起用于解释本实用新型的原理。本技术领域内的技术人员明白，附图所示的特定实施例仅是示例性的，并且它们无意限制本实用新型的范围。为了更详细地描述本实用新型的示例性实施例以使本领域技术人员能够对本公开的各方面及其特征和优点理解得更为透彻，现在将参考附图，在附图中：

图1示出了根据本实用新型的核电厂多运行工况下乏燃料水池液位监测系统；

图2示出了根据本实用新型的核电厂多运行工况下乏燃料水池液位监测系统的工作原理；

图3示出了根据本实用新型的核电厂多运行工况下乏燃料水池液位监测方法的运行流程。

图中的附图标记表示如下：1-电磁波信号收发模块，2-同轴电缆，3-导波杆，4-同轴套管，5-无线发射模块，6-正常输出模块，7-便携显示模块，8-信号处理模块，9-外部电源端口，10-UPS电源系统，11-安装法兰，12-安装支架，13-固定支架，14-乏燃料池，15-燃料格架，16-导波雷达传感器，17-信号传输切换模块，18-有线传输模块。

具体实施方式

某些术语在本申请文件中自始至终用来指示特定系统部件。在本申请文件中，以开放的形式使用术语“包括”、“包含”和“具有”，并且因此应将其解释为意指“包括但不限于…”。此外，在本文中可能使用的术语“基本上”、“实质上”或者“近似地”涉及行业所接受的对相应术语的容差。

在以下说明中，出于解释的目的，阐述许多特定细节以便提供对本实用新型的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员来说将显而易见的是，可以在没有这些特定细节的情况下实施本实用新型的装置、方法和设备。在本说明书中对“实施例”、“示例”或类似语言的提及意指结合该实施例或示例所描述的特定特征、结构或特性被包括在至少那一个实施例或示例中，但不一定会被包括在其它的实施例或示例中。

图1示出一种核电厂多运行工况下乏燃料水池液位监测系统。该液位监测系统主要由机柜和传感器探头部分构成。传感器探头例如可以是导波传感器探头或导波雷达传感器探头。如图1中所示的，传感器探头包括导波杆3（也称为导波杆探头3）和同轴套管4，导波杆3插入在同轴套管4内。传感器探头通过安装法兰11固定在安装支架12上，然后通过固定支架13固定在乏燃料水池14的内壁上，从而满足抗震要求。传感器探头可拆卸的方式安装于乏燃料水池14中，拆装方便。

如图1中所示，机柜为核级专用机柜，抗震耐温防辐照，防护等级高，可保证其内各个模块在特殊环境下正常工作。机柜设置于乏燃料水池附近。当然，如本领域技术人员可以理解的，机柜可以位于可以实现其功能的任何其他位置。机柜可以包括信号收发模块1（例如可以是电磁波信号收发模块）、无线发射模块5、正常输出模块6、便携显示模块7、信号处理模块8、外部电源端口9以及电源系统10，这些元件可以一体化集成在机柜的内部。无线发射模块5、正常输出模块6以及便携显示模块7分别用于三种不同的输出模式，他们一起构成信号输出模块。

如图1中所示，传感器探头的顶端通过电缆2（例如同轴电缆）与机柜中的信号收发模块1相连，使得传感器探头和信号收发模块1组成液位传感器16（参见图2），在本实用新型中，该液位传感器16为导波传感器。传感器探头的底端直抵乏燃料水池14中的燃料格架15上沿，由此可以满足乏燃料水池从燃料格架15开始裸露的水位到满水位的连续液位测量区间要求。替代地，在满足连续液位测量区间及精度要求情况下，可将杆式的导波杆探头3替换为缆式探头或将导波传感器16替换成热电阻液位传感器等。

如上所述的，在本实用新型中，液位传感器或导波传感器采用分体式结构，电磁波信号收发模块1设在专用的机柜内，受到机柜的保护，另外传感器探头本身受环境影响极小。这种电磁波信号收发模块1与传感器探头的分体式安装并通过同轴电缆连通的方式保证在高温水蒸汽及高辐照等恶劣条件下正常工作。

信号收发模块1包括信号收发电路和计时电路（图1中未示出）。该信号收发电路向传感器探头（也即向导波杆3）发射信号（比如高频电磁波信号）并接收回波信号，然后经计时电路产生表征液位信息的时差信号。该时差信号从信号收发模块1被发送到信号处理模块8。信号处理模块8包括参数输入组态面板和信号变送器（未示出）。通过组态面板输入乏燃料水池高度参数及关键液位高度数据。根据实际需求，可自由设定多组关键液位高度，实现多个关键液位监测点的报警。根据在组态面板上设置的参数，信号变送器将信号收发模块1提供的时差信号转换成关键液位开关信号和液位信号，液位信号可以是4-20mA的模拟信号，替代地，液位信号也可以是数字信号。然后该关键液位开关信号和液位模拟信号通过数据传输通道被输出。

图1中的乏燃料水池液位监测系统提供有线和无线两种数据传输通道，其中有线通道又分为正常输出通道和便携显示通道，这两种输出通道经通信电缆分别通向主控室及应急中心（图1中未示出）。便携显示通道为备用通道，直接连接便携显示装置，诸如手持阅读器(未示出)，通过手持阅读器输出所测得的液位值。在丧失一切内外部电源且系统内置电源耗尽情况下，可利用手持阅读器内置电池对系统继续供电并读取液位信息。此外，无线数据传输通道将信号以无线方式发送至远程接收端（图1中未示出）。

无线发射模块5服务于无线数据传输通道，用于将输入信号转成无线信号以发送至远程接收端，因此也可称为无线数据输出模块。正常输出模块6服务于正常输出通道，并且便携显示模块7服务于便携显示通道。正常输出模块6和便携显示模块7都提供标准插接口，通过通信电缆将信号分别送往主控室及应急中心。由于正常输出模块6和便携显示模块7服务于有线数据传输通道，因此正常输出模块6和便携显示模块7也可以合称为有线数据输出模块。无线发射模块5在通讯电缆故障情况下，即有线数据传输通道失效情况下自动启动并工作，从而保证特殊情况下乏燃料水池液位的持续监控。替代地，无线发射模块5也可以根据系统的设置被自动启动或者用户的需要而被启动，例如，无线发射模块5可以由用户根据需要手动启动。

外部电源端口9以及电源系统10构成供电模块。电源系统10可以是UPS电源系统，UPS电源系统的内置电源在丧失外部电源情况下可持续对系统供电。外部电源端口9是连接外部电源的通用接口，其一端连接电源系统10，另一端用于连接外部电源，外部电源诸如是移动电源或发电机或电网。

图2示出了根据本实用新型的乏燃料水池液位监测系统的工作原理。在采用导波雷达传感器或导波传感器探头的情况下，信号收发模块1的信号收发电路向导波杆探头3发射高频电磁波信号并接收回波信号，然后经信号收发模块1的计时电路产生表征液位信息的时差信号。该时差信号从信号收发模块1被发送到信号处理模块8。信号处理模块8的信号变送器根据在组态面板上设置的参数将信号收发模块1提供的时差信号转换成关键液位开关信号和4-20mA的液位模拟信号。然后，该关键液位开关信号和液位模拟信号被传输到信号传输切换模块17。信号传输切换模块17根据系统的供电情况或根据系统设置，将该关键液位开关信号和液位模拟信号传送到相应的数据传输通道被输出。例如，如果监测系统检测到有线数据传输通道失效或者检测到来自用户或其他设备的选择信号，则信号传输切换模块17可以将信号切换到无线发射模块5。否则，信号传输切换模块17可以将信号切换到有线传输模块18。替代地，信号传输切换模块17可以将信号同时切换到无线发射模块5和有线传输模块18。

图3示出了根据本实用新型的核电厂多运行工况下乏燃料水池液位监测方法的运行流程。如图中所示，方法开始于310。然后，在框320处，通过导波传感器16以及信号处理模块8（如图1中所示）来获取液位开关信号及液位信号。在框330处，信号传输切换模块17（如图2中所示）判断有线数据输出通道是否正常。如果有线数据输出通道正常，则方法进行至方框340，液位开关信号及液位信号被切换或发送至有线数据输出模块18，有线数据输出模块18将信号发送至有线数据传输通道。如果有线数据输出通道故障或失效，则方法进行至框335，液位开关信号及液位信号被切换或发送至无线数据输出模块5，无线数据输出模块5将信号发送至无线数据传输通道。

继续参见图3，在方框340之后，系统在框350之后继续判断是否外部电源丧失并且内部电源耗尽，或者判断系统的电力供应是否来自便携显示装置。如果外部电源丧失并且内部电源耗尽，或者系统的电力供应来自便携显示装置，则方法前进至框360，液位开关信号及液位信号被切换或发送至便携显示模块7。如果外部电源未丧失或内部电源未耗尽，或者系统的电力供应并非来自便携显示装置，则方法前进至框355，液位开关信号及液位信号被切换或发送至正常输出模块6。

综合本实用新型中的描述，液位传感器或导波传感器采用分体式结构，这种分体式结构保证液位传感器在高温水蒸汽及高辐照等恶劣条件下正常工作。信号输出分三个通道，其中便携显示通道直接用于便携装置查看液位信息，在事故情况下直接向应急中心提供乏燃料水池液位信息，并能够给系统供电；无线数据传输通道将信号转成无线信号发送至远程接收端，在乏燃料水池不能进入及通讯电缆故障等极端事故情况下仍能有效的提供乏燃料水池液位信息。内置电源可在丧失外电源情况下持续对系统供电，保证系统正常液位监测，同时预留连接移动电源或发电机的通用接口，方便外部临时电源接入。

尽管根据有限数量的实施例描述了本实用新型，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本实用新型的范围内，可以设想其它实施例。应认识到即使不按照过程步骤中的顺序执行方法也能够实现本申请的目的，并且可以向过程步骤中添加步骤或者从其删除步骤。不应将在各种实施例的上下文中描述的某些特征视为那些实施例的必要特征，除非该实施例在没有那些元素的情况下无效。

Claims (11)

1.一种乏燃料水池液位监测系统，包括机柜和传感器探头部分，所述机柜中包括信号收发模块、信号处理模块、电源模块以及数据输出模块，其中

所述信号收发模块用于在机柜中向传感器探头发射信号并接收回波信号，从而产生表征液位信息的时差信号；

所述信号处理模块用于接收所述时差信号，并基于设置参数将所述时差信号转换成液位开关信号和/或液位信号；

所述电源模块用于向所述液位监测系统供电；

所述数据输出模块用于将所述液位开关信号和/或液位信号发送到数据传输通道。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器探头是导波杆探头或缆式探头或热电阻液位传感器探头。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述数据输出模块包括无线数据输出模块和有线数据输出模块，所述无线数据输出模块在有线数据传输通道失效情况下自动启动并工作，从而保证特殊情况下乏燃料水池液位的持续监控。

4.根据权利要求3所述的系统，所述有线数据输出模块包括正常输出模块和便携显示模块，所述正常输出模块用于在系统正常操作情况下使用，所述便携显示模块用于在丧失一切内外部电源且系统内置电源耗尽情况下使用以发送液位信息给便携显示设备。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述机柜为核级机柜，用于抗震耐温和防辐射，所述信号收发模块通过同轴电缆与传感器探头连通，所述信号收发模块通过同轴电缆向所述传感器探头发射所述信号，所述信号为电磁波信号。

6.根据权利要求4所述的系统，其中所述便携显示模块通过便携显示通道与便携显示设备连通，所述便携显示设备能够利用其内置电源通过便携显示通道和便携显示模块向所述液位监测系统供电。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述信号处理模块包括参数输入组态面板，所述组态面板用于输入乏燃料水池高度参数及液位高度数据，从而实现多个液位监测点的报警。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器探头经安装法兰竖直固定在安装支架上，底端直抵燃料格架上沿，满足抗震要求。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述电源模块包括电源系统和外部电源端口，所述电源系统包括UPS电源系统，其在丧失外电源情况下可持续对系统供电，所述外部电源端口是用于连接移动电源或发电机的通用接口。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的系统，还包括：信号传输切换模块，用于根据系统的供电情况或根据系统设置，将该液位开关信号和/或液位信号传送到不同的数据传输通道。

11.一种供电系统，用于向乏燃料水池液位监测系统供电，所述供电系统包括：

电源系统，包括UPS电源系统，UPS电源系统在丧失外部电源的情况下能够持续对系统供电；

外部电源端口，用于连接外部电源，所述外部电源为移动电源或发电机或电网，从而为所述液位监测系统供电；

便携显示模块，用于在丧失一切内外部电源且系统内置电源耗尽情况下用便携显示模块的内置电源向所述液位监测系统供电并读取液位监测系统的液位信息。