CN210804100U - 一种核电厂反应堆保护系统响应时间测试信号选择装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及核电系统控制技术领域，具体公开了一种核电厂反应堆保护系统响应时间测试信号选择装置，其中，控制指令快速接口的1至4号线芯与继电器矩阵上的输入端口连接，控制指令快速接口的5至6号线芯与CAN协议通讯卡连接，控制指令快速接口的7至14号线芯连接与四路停堆指令快速接口连接，控制指令快速接口的1至14号线芯的另一端与试验终端连接。本实用新型信号通道选择装置具备利用一根信号电缆传输大量硬接线信号的功能，且具备快速接头，可快速接入信号线，避免手动拆接大量线芯。

Description

一种核电厂反应堆保护系统响应时间测试信号选择装置

技术领域

本实用新型属于核电系统控制技术领域，具体涉及一种核电厂反应堆保护系统响应时间测试信号选择装置。

背景技术

核电厂反应堆保护系统一般采用核级数字化控制系统KCS。其主要功能是在异常工况或事故工况下，通过停堆和(或)启动专设安全设施，以防止或减轻堆芯和冷却剂系统部件的损坏，保证三大核安全屏障的完整性，避免放射性物质大量逸出，保护核电厂周围环境不受污染以及人员的安全。

KCS系统由若干KCS保护机柜组成，每个KCS保护机柜包含大量KCS信号通道。KCS保护机柜共同执行反应堆停堆保护功能，形成一个保护通道，KCS系统共有四个保护通道；其中KCS保护机柜共同执行专设安全设施驱动功能，形成一个安全专设驱动列，KCS系统共有两个安全专设驱动列。KCS系统内的通讯采用硬接线和光纤的形式实现。

根据核电站安全准则要求，为保证KCS系统实现预期的保护功能的置信度，需要对其保护通道，如触发停堆、触发安全设施动作等通道的响应时间进行定期测试，以验证响应时间在安全分析报告所给定的限制以内。目前，响应时间定期试验基本以人工手动方式完成，试验过程依赖于多次手动更换接线来选择待试验通道并触发试验信号，由于试验涉及的通道数量多，因此拆接线工作量大，人因失误风险较高。

由于已运行核电厂信号电缆均为非双绞铜芯电缆，且电缆桥架容量已满、电缆敷设路径已实施防火封堵，难以再敷设新电缆。因此有必要开发一种利用现场保护通道机柜间及专设安全设备驱动系统机柜间的有限的备用信号电缆来实现自动切换待测信号通道的选择装置，解决以上人工实施试验带来的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种核电厂反应堆保护系统响应时间测试信号选择装置，利用现场已铺设的少量信号线缆，实现多路现场信号逐一切换传输。

本实用新型的技术方案如下：

一种核电厂反应堆保护系统响应时间测试信号选择装置，包括机箱、继电器矩阵、下行信号链路、上行信号链路、CAN协议通讯卡、选择信号解析器和电源模块；

所述的继电器矩阵、下行信号链路、上行信号链路、CAN协议通讯卡、选择信号解析器和电源模块设于主控板的正面，主控板安装于横梁导轨上，横梁导轨固定于机箱的侧壁上；

在所述机箱的正面设有操作面板，在操作面板上设有六十六路输出信号快速接口、四路停堆指令快速接口、控制指令快速接口、电源开关、预留通道、状态显示屏和220VAC电源接口；

所述的电源模块分别为继电器矩阵、CAN协议通讯卡、选择信号解析器和状态显示屏供电；

所述的六十六路输出信号快速接口各包含2根线芯；

所述的四路停堆指令快速接口各包含2根线芯；

所述的控制指令快速接口共包含14根线芯，其中1至4号线芯用于下行信号链路，传输仿真信号；5至6号线芯用于传输CAN通讯信息；7至14号线芯用于上行信号链路，传输四路停堆指令；

所述的电源接口包含3根线芯，由电源开关控制；

所述控制指令快速接口的1至4号线芯与继电器矩阵上的输入端口连接，控制指令快速接口的5至6号线芯与CAN协议通讯卡连接，控制指令快速接口的7至14号线芯连接与四路停堆指令快速接口连接，控制指令快速接口的1至14号线芯的另一端与试验终端连接；

所述的六十六路输出信号快速接口与继电器矩阵上的输出端口连接；

所述的预留通道与CAN协议通讯卡连接；

所述的继电器矩阵为集成继电器电路板，构成选择装置的预置通道，包含继电器和最小可替换继电器板；所述的继电器和最小可替换继电器板安装于主控板的背面；

在所述的每个最小可替换继电器板上顺序排布有24个继电器；

所述的继电器矩阵安装于横梁导轨上，通过信号电缆与选择信号解析器连接；所述继电器的继电器输出触点通过信号电缆分别接入六十六路输出信号快速接口；

所述的继电器矩阵接受两路仿真输入信号注入，同时根据选择信号解析器的指令，控制继电器矩阵中两个继电器动作，在六十六路输出信号中贯通两个信号通道，将两路仿真输入信号注入对应KCS信号通道中，以便在KCS系统中触发保护逻辑，产生预期输出指令；

所述的选择信号解析器由带有多个输出通道的微型工控系统和CAN总线协议通讯卡组成，所述的选择信号解析器使用CAN总线作为通讯协议，采用2芯铜制双绞线作为通讯介质，接收试验终端给出的指令，并将自身故障和状态信息反馈回试验终端；

所述的试验终端具备仿真信号源和高速记录仪的功能。

所述的选择信号解析器对继电器矩阵中的X乘以Y个继电器编号，控制不同编号的继电器动作，进而控制X个信号通道其中Y个信号通道的通断，从而组成具备X取Y个信号选择能力的解析器；

所述的选择信号解析器与状态显示屏连接；

所述的上行信号链路用于接收KCS保护机的四路指令信号输出，通过四路停堆指令快速接口，将四路指令信号送入控制指令快速接口，并通过控制指令快速接口将信号传输至试验终端，用于计算响应时间；

所述的下行信号链路用于传输响应时间测试仿真源信号，具备硬接线接口；所述的下行信号链路通过控制指令快速接口与试验终端连接，并通过六十六路输出信号快速接口与KCS保护机连接，试验终端仿真信号和选择指令，通过控制指令快速接口进入继电器矩阵和CAN协议通讯卡，然后在六十六路输出信号快速接口中选择接通对应信号通道，将仿真信号注入KCS保护机。

所述的状态显示屏在设备上电准备就绪后显示“CNNC”，接收到试验终端的选择指令后，显示“CHx”，x取值1～66，其意义为接收到第x路输出信号的接通指令，并已控制对应继电器动作，接通相应信号回路。

所述的继电器通电时具备指示灯，当闭合试灯开关产生试灯信号时，点亮对应继电器LED指示灯，便于目视检查继电器是否处于正常状态。

所述的预留通道包含未分功能的DI、AI和AO通道。

所述的六十六路输出信号快速接口为标准BNC接口，四路停堆指令快速接口为标准BNC接口，电源接口采用BNC接口。

所述的继电器矩阵具有X取Y的形式，为66取2矩阵拓扑。

所述的最小可替换继电器板可即插即用，可以更换拓扑类型，以实现不同X取Y选择需求。

还包括设于机箱操作面板上的装置铭牌，所述的装置铭牌显示字符为“信号通道选择装置”，颜色为RAL5000。

在工作时，所述的选择信号解析器上电后自检、读取自身的ID；然后读取每个继电器通道点亮次数，判断继电器动作次数是否超过阈值，若超过阈值，则提示更换对应编号的继电器，若没有超过阈值，则将自身准备就绪的状态信息反馈给试验终端，随后进入待机状态，等待试验终端下发选择指令；在接收到试验终端发出的选择指令后，运算出继电器编码指令，使对应编号的继电器得电动作，继电器输出触点闭合，对应信号通道连通，并将本次选择记录进EEPROM中，用于寿命预测。

核电厂KCS系统的四个保护通道、两个安全专设设施驱动列各需一个信号通道选择装置，共计6个信号通道选择装置；每个信号通道选择装置均有独特标识码，以便这些设备在同时与试验终端连接时，试验终端能将仿真信号注入特定信号通道选择装置，同时试验终端也能根据这些标识接收到对应信号通道选择装置的反馈信号。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型信号通道选择装置具备利用一根信号电缆传输大量硬接线信号的功能，如可通过一根两线芯电缆向KCS保护机柜中注入66路仿真信号。

(2)本实用新型信号通道选择装置具备快速接头，可快速接入信号线，避免手动拆接大量线芯。

(3)本实用新型信号通道选择装置中的继电器可进行寿命预估，同时继电器矩阵设置了手动触发继电器的开关，并配有信号灯，可快速检查矩阵中的故障继电器。

(4)本实用新型信号通道选择装置中设有最小可替换继电器板，需要时可更换部件，无需更换所有器件。

(5)本实用新型信号通道选择装置中的信号选择模式可以通过拓扑板更换实现多种信号选择方式，如可实现66路输入选择2路，或者25路输入选择5路等。

附图说明

图1为选择装置结构示意图；

图2为选择装置操作面板示意图；

图3为选择装置内部布置示意图；

图4为继电器矩阵示意图；

图5为最小可替换继电器板示意图；

图6为66取2信号选择继电器矩阵示意图；

图7为继电器试灯示意图；

图8为选择信号解析器工作流程示意图。

图中：1.KCS保护机柜；2.机箱；3.继电器矩阵；4.下行信号链路；5.上行信号链路；6.试验终端；7.CAN协议通讯卡；8.选择信号解析器；9.电源模块；10.主控板；11.最小可替换继电器板；12.继电器；13.六十六路输出信号；14.两路仿真输入信号；15.继电器输出触点；16.继电器LED指示灯；17.试灯开关；18.六十六路输出信号快速接口；19.四路停堆指令快速接口；20.装置铭牌；21.控制指令快速接口；22.电源开关；23.预留通道；24.状态显示屏；25.电源接口；26.横梁导轨。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示的一种核电厂反应堆保护系统响应时间测试信号选择装置，包括机箱(2)、继电器矩阵(3)、下行信号链路(4)、上行信号链路(5)、CAN协议通讯卡(7)、选择信号解析器(8)和电源模块(9)。

所述的继电器矩阵(3)、下行信号链路(4)、上行信号链路(5)、CAN协议通讯卡(7)、选择信号解析器(8)和电源模块(9)设于主控板(10)的正面，主控板(10)安装于横梁导轨(26)上，横梁导轨(26)固定于机箱(2)的侧壁上。

如图2、3所示，在所述机箱(2)的正面设有操作面板，在操作面板上设有六十六路输出信号快速接口(18)、四路停堆指令快速接口(19)、装置铭牌(20)、控制指令快速接口(21)、电源开关(22)、预留通道(23)、状态显示屏(24)和220VAC电源接口(25)。所述的电源模块(9)分别为继电器矩阵(3)、CAN协议通讯卡(7)、选择信号解析器(8)和状态显示屏(24)供电。

所述的六十六路输出信号快速接口(18)为标准BNC接口，各包含2根线芯。所述的四路停堆指令快速接口(19)为标准BNC接口，各包含2根线芯。所述的装置铭牌(20)显示字符为“信号通道选择装置”，颜色为RAL5000。

所述的控制指令快速接口(21)共包含14根线芯，其中1至4号线芯用于下行信号链路(4)，传输仿真信号；5至6号线芯用于传输CAN通讯信息，7至14号线芯用于上行信号链路(5)，传输四路停堆指令。所述的电源接口(25)采用BNC接口，包含3根线芯，由电源开关(22)控制。

所述的预留通道(23)包含未分功能的DI、AI和AO通道。

所述控制指令快速接口(21)的1至4号线芯与继电器矩阵(3)上的输入端口连接，控制指令快速接口(21)的5至6号线芯与CAN协议通讯卡(7)连接，控制指令快速接口(21)的7至14号线芯连接与四路停堆指令快速接口(19)连接，控制指令快速接口(21)的1至14号线芯的另一端与试验终端(6)连接，六十六路输出信号快速接口(18)与继电器矩阵(3)上的输出端口连接；预留通道(23)与CAN协议通讯卡(7)连接。

所述的状态显示屏(24)在设备上电准备就绪后显示“CNNC”，接收到试验终端(6)的选择指令后，显示“CHx”，x取值1～66，其意义为接收到第x路输出信号的接通指令，并已控制对应继电器(12)动作，接通相应信号回路。

如图4所示，所述的继电器矩阵(3)为集成继电器电路板，构成选择装置的预置通道，包含继电器(12)和最小可替换继电器板(11)。所述的继电器(12)和最小可替换继电器板(11)安装于主控板(10)的背面。在所述的每个最小可替换继电器板(11)上顺序排布有24个继电器(12)。如图5所示，所述的最小可替换继电器板(11)可即插即用，可以更换拓扑类型，以实现不同X取Y选择需求。

所述的继电器矩阵(3)安装于横梁导轨(26)上，通过信号电缆与选择信号解析器(8)连接。所述继电器(12)的继电器输出触点(15)通过信号电缆分别接入六十六路输出信号快速接口(18)。

所述的继电器矩阵(3)具有X取Y的形式，如图6所示为66取2矩阵拓扑。所述的继电器矩阵(3)接受两路仿真输入信号(14)注入，如两路下行仿真信号r0至r1，同时根据选择信号解析器(8)的指令，控制继电器矩阵(3)中两个继电器动作，在六十六路输出信号(13)中贯通两个信号通道，将两路仿真输入信号(14)注入对应KCS信号通道中，以便在KCS系统中触发保护逻辑，产生预期输出指令。

所述的继电器(12)通电时具备指示灯，如图7所示，当闭合试灯开关(17)产生试灯信号时，点亮对应继电器LED指示灯(16)，便于目视检查继电器(12)是否处于正常状态。

所述的选择信号解析器(8)由带有多个输出通道的微型工控系统和CAN总线协议通讯卡组成，所述的选择信号解析器(8)使用CAN总线作为通讯协议，采用2芯铜制双绞线作为通讯介质，接收试验终端(6)给出的指令，并将自身故障和状态信息反馈回试验终端(6)。所述的试验终端(6)具备仿真信号源和高速记录仪的功能。

所述的选择信号解析器(8)对继电器矩阵(3)中的X乘以Y个继电器(12)编号，控制不同编号的继电器(12)动作，进而控制X个信号通道其中Y个信号通道的通断，从而组成具备X取Y个信号选择能力的解析器。所述的选择信号解析器(8)与状态显示屏(24)连接。

所述的上行信号链路(5)用于接收KCS保护机(1)的四路指令信号输出，通过四路停堆指令快速接口(19)，将四路指令信号送入控制指令快速接口(21)，并通过控制指令快速接口(21)将信号传输至试验终端(6)，用于计算响应时间。

所述的下行信号链路(4)用于传输响应时间测试仿真源信号，具备硬接线接口。所述的下行信号链路(4)通过控制指令快速接口(21)与试验终端(6)连接，并通过六十六路输出信号快速接口(18)与KCS保护机(1)连接，试验终端(6)仿真信号和选择指令，通过控制指令快速接口(21)进入继电器矩阵(3)和CAN协议通讯卡(7)，然后在六十六路输出信号快速接口(18)中选择接通对应信号通道，将仿真信号注入KCS保护机(1)。

在工作时，如图8所示，所述的选择信号解析器(8)上电后自检、读取自身的ID；然后读取每个继电器通道点亮次数，判断继电器(12)动作次数是否超过阈值，若超过阈值，则提示更换对应编号的继电器(12)，若没有超过阈值，则将自身准备就绪的状态信息反馈给试验终端(6)，随后进入待机状态，等待试验终端(6)下发选择指令；在接收到试验终端(6)发出的选择指令后，运算出继电器(12)编码指令，使对应编号的继电器(12)得电动作，继电器输出触点(15)闭合，对应信号通道连通，并将本次选择记录进EEPROM中，用于寿命预测。

核电厂KCS系统的四个保护通道、两个安全专设设施驱动列各需一个信号通道选择装置，共计6个信号通道选择装置。每个信号通道选择装置均有独特标识码，以便这些设备在同时与试验终端(6)连接时，试验终端(6)能将仿真信号注入特定信号通道选择装置，同时试验终端(6)也能根据这些标识接收到对应信号通道选择装置的反馈信号。

上面结合附图对本实用新型的实例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核电厂反应堆保护系统响应时间测试信号选择装置，其特征在于：包括机箱(2)、继电器矩阵(3)、下行信号链路(4)、上行信号链路(5)、CAN协议通讯卡(7)、选择信号解析器(8)和电源模块(9)；

所述的继电器矩阵(3)、下行信号链路(4)、上行信号链路(5)、CAN协议通讯卡(7)、选择信号解析器(8)和电源模块(9)设于主控板(10)的正面，主控板(10)安装于横梁导轨(26)上，横梁导轨(26)固定于机箱(2)的侧壁上；

在所述机箱(2)的正面设有操作面板，在操作面板上设有六十六路输出信号快速接口(18)、四路停堆指令快速接口(19)、控制指令快速接口(21)、电源开关(22)、预留通道(23)、状态显示屏(24)和220VAC电源接口(25)；

所述的电源模块(9)分别为继电器矩阵(3)、CAN协议通讯卡(7)、选择信号解析器(8)和状态显示屏(24)供电；

所述的六十六路输出信号快速接口(18)各包含2根线芯；

所述的四路停堆指令快速接口(19)各包含2根线芯；

所述的控制指令快速接口(21)共包含14根线芯，其中1至4号线芯用于下行信号链路(4)，传输仿真信号；5至6号线芯用于传输CAN通讯信息；7至14号线芯用于上行信号链路(5)，传输四路停堆指令；

所述的电源接口(25)包含3根线芯，由电源开关(22)控制；

所述控制指令快速接口(21)的1至4号线芯与继电器矩阵(3)上的输入端口连接，控制指令快速接口(21)的5至6号线芯与CAN协议通讯卡(7)连接，控制指令快速接口(21)的7至14号线芯连接与四路停堆指令快速接口(19)连接，控制指令快速接口(21)的1至14号线芯的另一端与试验终端(6)连接；

所述的六十六路输出信号快速接口(18)与继电器矩阵(3)上的输出端口连接；

所述的预留通道(23)与CAN协议通讯卡(7)连接；

所述的继电器矩阵(3)为集成继电器电路板，构成选择装置的预置通道，包含继电器(12)和最小可替换继电器板(11)；所述的继电器(12)和最小可替换继电器板(11)安装于主控板(10)的背面；

在所述的每个最小可替换继电器板(11)上顺序排布有24个继电器(12)；

所述的继电器矩阵(3)安装于横梁导轨(26)上，通过信号电缆与选择信号解析器(8)连接；所述继电器(12)的继电器输出触点(15)通过信号电缆分别接入六十六路输出信号快速接口(18)；

所述的继电器矩阵(3)接受两路仿真输入信号(14)注入，同时根据选择信号解析器(8)的指令，控制继电器矩阵(3)中两个继电器动作，在六十六路输出信号(13)中贯通两个信号通道，将两路仿真输入信号(14)注入对应KCS信号通道中，以便在KCS系统中触发保护逻辑，产生预期输出指令；

所述的选择信号解析器(8)由带有多个输出通道的微型工控系统和CAN总线协议通讯卡组成，所述的选择信号解析器(8)使用CAN总线作为通讯协议，采用2芯铜制双绞线作为通讯介质，接收试验终端(6)给出的指令，并将自身故障和状态信息反馈回试验终端(6)；

所述的试验终端(6)具备仿真信号源和高速记录仪的功能；

所述的选择信号解析器(8)对继电器矩阵(3)中的X乘以Y个继电器(12)编号，控制不同编号的继电器(12)动作，进而控制X个信号通道其中Y个信号通道的通断，从而组成具备X取Y个信号选择能力的解析器；

所述的选择信号解析器(8)与状态显示屏(24)连接；

所述的上行信号链路(5)用于接收KCS保护机(1)的四路指令信号输出，通过四路停堆指令快速接口(19)，将四路指令信号送入控制指令快速接口(21)，并通过控制指令快速接口(21)将信号传输至试验终端(6)，用于计算响应时间；

所述的下行信号链路(4)用于传输响应时间测试仿真源信号，具备硬接线接口；所述的下行信号链路(4)通过控制指令快速接口(21)与试验终端(6)连接，并通过六十六路输出信号快速接口(18)与KCS保护机(1)连接，试验终端(6)仿真信号和选择指令，通过控制指令快速接口(21)进入继电器矩阵(3)和CAN协议通讯卡(7)，然后在六十六路输出信号快速接口(18)中选择接通对应信号通道，将仿真信号注入KCS保护机(1)。

2.如权利要求1所述的一种核电厂反应堆保护系统响应时间测试信号选择装置，其特征在于：所述的状态显示屏(24)在设备上电准备就绪后显示“CNNC”，接收到试验终端(6)的选择指令后，显示“CHx”，x取值1～66，其意义为接收到第x路输出信号的接通指令，并已控制对应继电器(12)动作，接通相应信号回路。

3.如权利要求2所述的一种核电厂反应堆保护系统响应时间测试信号选择装置，其特征在于：所述的继电器(12)通电时具备指示灯，当闭合试灯开关(17)产生试灯信号时，点亮对应继电器LED指示灯(16)，便于目视检查继电器(12)是否处于正常状态。

4.如权利要求3所述的一种核电厂反应堆保护系统响应时间测试信号选择装置，其特征在于：所述的预留通道(23)包含未分功能的DI、AI和AO通道。

5.如权利要求4所述的一种核电厂反应堆保护系统响应时间测试信号选择装置，其特征在于：所述的六十六路输出信号快速接口(18)为标准BNC接口，四路停堆指令快速接口(19)为标准BNC接口，电源接口(25)采用BNC接口。

6.如权利要求5所述的一种核电厂反应堆保护系统响应时间测试信号选择装置，其特征在于：所述的继电器矩阵(3)具有X取Y的形式，为66取2矩阵拓扑。

7.如权利要求6所述的一种核电厂反应堆保护系统响应时间测试信号选择装置，其特征在于：所述的最小可替换继电器板(11)可即插即用，可以更换拓扑类型，以实现不同X取Y选择需求。

8.如权利要求7所述的一种核电厂反应堆保护系统响应时间测试信号选择装置，其特征在于：还包括设于机箱(2)操作面板上的装置铭牌(20)，所述的装置铭牌(20)显示字符为“信号通道选择装置”，颜色为RAL5000。

9.如权利要求1～8任一项所述的一种核电厂反应堆保护系统响应时间测试信号选择装置，其特征在于：在工作时，所述的选择信号解析器(8)上电后自检、读取自身的ID；然后读取每个继电器通道点亮次数，判断继电器(12)动作次数是否超过阈值，若超过阈值，则提示更换对应编号的继电器(12)，若没有超过阈值，则将自身准备就绪的状态信息反馈给试验终端(6)，随后进入待机状态，等待试验终端(6)下发选择指令；在接收到试验终端(6)发出的选择指令后，运算出继电器(12)编码指令，使对应编号的继电器(12)得电动作，继电器输出触点(15)闭合，对应信号通道连通，并将本次选择记录进EEPROM中，用于寿命预测。

10.如权利要求9所述的一种核电厂反应堆保护系统响应时间测试信号选择装置，其特征在于：核电厂KCS系统的四个保护通道、两个安全专设设施驱动列各需一个信号通道选择装置，共计6个信号通道选择装置；每个信号通道选择装置均有独特标识码，以便这些设备在同时与试验终端(6)连接时，试验终端(6)能将仿真信号注入特定信号通道选择装置，同时试验终端(6)也能根据这些标识接收到对应信号通道选择装置的反馈信号。

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