CN217879465U - 一种用于核反应堆保护系统的温度通道响应时间检测系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于核反应堆保护系统的温度通道响应时间检测系统，包括传感器模拟电路、开关电路、供电电路和高速记录仪。当开关电路导通时，通过传感器模拟电路直接模拟温度传感器的阻值变更，并由高速记录仪接收核反应堆保护系统在温度传感器电阻值变化超过预设阈值时反馈的响应电信号，再获取核反应堆保护系统的温度通道响应时间，使得温度通道响应时间的检测更便捷、更直观和更可靠。该温度通道响应时间检测系统体积小，移动性好，在电厂的机柜房间内等较狭窄的场所也可以方便地使用。

Description

一种用于核反应堆保护系统的温度通道响应时间检测系统

技术领域

本申请涉及核电站安全运用技术领域，具体涉及一种用于核反应堆保护系统的温度通道响应时间检测系统。

背景技术

核电厂反应堆保护系统需要定期进行响应时间测量，一般都是采用专用的响应时间测试系统进行检测，请参考图1，为现有技术中响应时间测试系统的结构连接示意图，该响应时间测试系统的主要设备为一台测试专用的仿真器（Test Bench Simulator）和该仿真器的控制单元工作站（SCU）。仿真器除了安装有专用的输入输出（I/O）卡外，还安装有专用的嵌入式系统软件。该嵌入式系统软件可按照设置自动控制I/O卡的输入输出信号（电压、电流），并将信号状态通过Ethernet网络传递给SCU。该检测方案主要存在以下不足：

（1）仿真器无法模拟热敏电阻（RTD）的电阻值输出，因此整个测试系统不包含RTD信号处理卡件（STT1）的实际响应时间，只能结合理论值计算得到整个保护通道响应时间；

（2）仿真器软件响应以及I/O卡的“模拟/数字”采集转换、“数字/模拟”输出转换过程的处理时间对高精度测量时的影响无法消除；

（3）专用的仿真器和SCU适用于固定场所执行的试验，设备占地空间大，移动性较差。

发明内容

本申请提供一种用于核反应堆保护系统的温度通道响应时间检测系统，来解决现有技术中响应时间测试系统存在不足的技术问题。

根据本申请的第一方面，一种实施例中提供一种用于核反应堆保护系统的温度通道响应时间检测系统，所述温度通道响应时间检测系统由传感器模拟电路、开关电路、供电电路和高速记录仪组成；

所述传感器模拟电路与所述核反应堆保护系统和所述开关电路分别并行连接，所述传感器模拟电路用于替换所述核反应堆保护系统的温度传感器，并当所述开关电路导通时，模拟所述核反应堆保护系统的温度传感器的阻值阶跃变化，且模拟的所述温度传感器的阻值阶跃变化范围大于所述温度传感器的量程上限值或小于所述温度传感器的量程下限值；

所述核反应堆保护系统用于当所述温度传感器的阻值超出预设阈值时，输出表征温度传感器阻值阶跃变化的响应电信号；

所述开关电路与所述高速记录仪和所述供电电路串行连接，所述开关电路用于导通时，电连接所述供电电路和所述高速记录仪，以用于所述供电电路向所述高速记录仪发送第一电信号；

所述高速记录仪与所述核反应堆保护系统连接，所述高速记录仪用于当接收到所述第一电信号时开始计时，且当接收到所述核反应堆保护系统发出的所述响应电信号时停止计时，并将计时时间作为所述核反应堆保护系统的温度通道响应时间。

一实施例中，所述核反应堆保护系统包括过程仪表预处理机柜、保护系统机柜及优先级控制和执行器驱动机柜；

所述过程仪表预处理机柜与所述温度传感器连接，所述过程仪表预处理机柜用于将所述温度传感器的电阻值转换为标准电流信号，并将转换获取的标准电流信号发送给所述保护系统机柜；

所述保护系统机柜与所述优先级控制和执行器驱动机柜连接，用于将接收的所述标准电流信号转换为温度物理值，并在数字化逻辑运算中与阈值进行比较，当超过阈值时，输出执行器动作的指令电压信号，并将该指令电压信号发送给所述优先级控制和执行器驱动机柜；

所述优先级控制和执行器驱动机柜用于与所述高速记录仪连接，用于将经过优先级处理后的执行器动作的指令电压信号作为所述响应电信号发送给所述高速记录仪。

一实施例中，所述开关电路包括第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端；

所述开关电路的第一连接端和第二连接端与所述传感器模拟电路连接，所述开关电路的第三连接端与所述供电电路连接，所述开关电路的第四连接端与所述高速记录仪连接；当所述开关电路导通时，同时连接所述开关电路的第一连接端与第二连接端和所述开关电路的第三连接端与第四连接端。

一实施例中，所述开关电路为双刀双掷开关。

一实施例中，所述传感器模拟电路包括第一连接端、第二连接端、第三连接端、电阻R1和电阻R2；

所述传感器模拟电路的第一连接端与所述过程仪表预处理机柜和所述开关电路的第一连接端连接；

所述传感器模拟电路的第二连接端与所述开关电路的第二连接端连接；

所述传感器模拟电路的第三连接端与所述过程仪表预处理机柜连接；

电阻R1的一端与所述传感器模拟电路的第一连接端连接，另一端与所述传感器模拟电路的第三连接端连接；

电阻R2的一端与所述传感器模拟电路的第二连接端连接，另一端与所述传感器模拟电路的第三连接端连接。

一实施例中，所述过程仪表预处理机柜包括第一SCM2端子，所述第一SCM2端子用于连接所述温度传感器；

所述第一SCM2端子包括第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端；所述第一SCM2端子的第一连接端和第二连接端与所述传感器模拟电路的第一连接端；所述第一SCM2端子的第三连接端和第四连接端与所述传感器模拟电路的第三连接端。

一实施例中，所述供电电路包括直流电压源或电池。

一实施例中，所述优先级控制和执行器驱动机柜包括第二SCM2端子，所述第二SCM2端子用于连接所述核反应堆保护系统的执行机构；

所述第二SCM2端子包括第一连接端和第二连接端；所述第二SCM2端子的第一连接端和第二连接端分别连接所述高速记录仪，以用于传输所述响应电信号。

一实施例中，所述高速记录仪包括计时器。

一实施例中，所述高速记录仪包括采样装置，所述采样装置用于对所述响应电信号进行采样，所述采样装置的频率大于120kHz。

依据上述实施例的温度通道响应时间检测系统，通过传感器模拟电路直接模拟温度传感器的阻值变更，并接收核反应堆保护系统在温度传感器电阻温度传感器的阻值变更范围超出预设阈值时反馈的传感器阶跃变化的响应电信号，再获取核反应堆保护系统的温度通道响应时间，使得温度通道响应时间的检测便捷、直观。该温度通道响应时间检测系统体积小，移动性好，在电厂的机柜房间内等较狭窄的场所也可以方便地使用。

附图说明

图1为现有技术中响应时间测试系统的结构连接示意图；

图2为现有技术中核反应堆保护系统的结构示意图；

图3为一种实施例中温度通道响应时间检测系统的电路连接示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式，各实施例所涉及的操作步骤也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的组成和/或顺序。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

请参考图2，为现有技术中核反应堆保护系统的结构示意图，核反应堆保护系统包括过程仪表预处理机柜、保护系统机柜及优先级控制和执行器驱动机柜。对于采用数字化技术的核反应堆保护系统，其保护通道的响应时间通常要求达到毫秒级。由于测温元件（热敏电阻RTD）与被测介质只有在进行充分的热交换、达到热平衡后才能准确地反应温度的变化，该过程导致的测温延迟时间对于整个反应堆保护通道响应时间的精确测量引入了较大的系统误差。例如，一回路主冷却剂系统温度信号通过RTD传感器进行测量，其电阻值随温度升高而增大。反应堆保护系统的STT1卡件可将电阻信号转换处理为标准电流信号后输入控制逻辑转换为温度值，当温度超过阈值时，触发保护通道动作指令，最后发送至AV42E卡件，经过优先级判断后输出最终的动作指令至执行机构。

一般情况下，为了准确地测量控制系统的响应时间，通常采用阶跃输入信号为起始点，观测被控对象达到稳定状态为终点，得出时间测量值。本申请的目的就是使用一种简单可靠的方法尽量消除测温延迟时间，并实现完整反应堆保护通道响应时间的高精度测。具体的发明构思包括：

（1）模拟出温度信号（电阻值）阶跃变化越过阈值；

（2）同时监测温度阶跃变化的起始时间点和AV42E输出执行器指令的时间点。

针对构思（1），可以通过电阻的“并联 - 断开并联”的连接状态切换来实现电阻值的瞬间阶跃增大。针对构思（2），普通高速记录仪可以直接监视电压信号，但不能直接监视电阻值，所以在电阻并联点断开处通过设置双路开关触点的方式增加一个电压监视点，同时监视该触点处的电压以及AV42E的指令输出电压，就可以使用高速记录仪实现电阻阶跃信号和指令输出信号的同时监视。

实施例一：

请参考图3，为一种实施例中温度通道响应时间检测系统的电路连接示意图，温度通道响应时间检测系统1包括传感器模拟电路11、开关电路12、供电电路13和高速记录仪14。传感器模拟电路11分别与核反应堆保护系统2和开关电路12连接，传感器模拟电路11用于替换核反应堆保护系统2的温度传感器，并当开关电路12导通时，模拟核反应堆保护系统2的温度传感器的阻值变更，且模拟的温度传感器的阻值变更范围大于温度传感器的量程上限值或小于温度传感器的量程下限值。核反应堆保护系统2用于当温度传感器的阻值超出预设阈值时，输出传感器阶跃变化的响应电信号。开关电路12分别与高速记录仪14和供电电路13连接，开关电路12用于导通时，电连接供电电路13和高速记录仪14，以用于供电电路13向高速记录仪14发送第一电信号。高速记录仪14与核反应堆保护系统2连接，高速记录仪14用于当接收到第一电信号时开始计时，且当接收到核反应堆保护系统2发出的传感器阶跃变化的响应电信号时停止计时，并将计时时间作为核反应堆保护系统2的温度通道响应时间。

一实施例中，核反应堆保护系统2包括过程仪表预处理机柜21、保护系统机柜22及优先级控制和执行器驱动机柜23。过程仪表预处理机柜21与温度传感器连接，过程仪表预处理机柜21用于将温度传感器的电阻值转换为标准电流信号，并将转换获取的标准电流信号发送给保护系统机柜22。保护系统机柜22与优先级控制和执行器驱动机柜23连接，用于将接收的标准电流信号转换为电压信号，并将转换获取的电压信号发送给优先级控制和执行器驱动机柜23。优先级控制和执行器驱动机柜23用于与高速记录仪14连接，用于当温度传感器的阻值超出预设阈值时输出传感器阶跃变化的响应电信号给高速记录仪14。

一实施例中，开关电路12包括第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端。开关电路12的第一连接端和第二连接端与传感器模拟电路11连接，开关电路的第三连接端与供电电路13连接，开关电路12的第四连接端与高速记录仪14连接。当开关电路12导通时，同时连接开关电路12的第一连接端与第二连接端和开关电路12的第三连接端与第四连接端。一实施例中，开关电路12为双刀双掷开关。

一实施例中，传感器模拟电路11包括第一连接端、第二连接端、第三连接端、电阻R1和电阻R2。传感器模拟电路11的第一连接端与过程仪表预处理机柜21和开关电路12的第一连接端连接。传感器模拟电路11的第二连接端与开关电路12的第二连接端连接。传感器模拟电路11的第三连接端与过程仪表预处理机柜21连接。电阻R1的一端与传感器模拟电路11的第一连接端连接，另一端与传感器模拟电路11的第三连接端连接。电阻R2的一端与传感器模拟电路11的第二连接端连接，另一端与传感器模拟电路11的第三连接端连接。

一实施例中，过程仪表预处理机柜21包括第一SCM2端子，第一SCM2端子用于连接温度传感器。第一SCM2端子包括第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端。第一SCM2端子的第一连接端和第二连接端与传感器模拟电路11的第一连接端，第一SCM2端子的第三连接端和第四连接端与传感器模拟电路11的第三连接端。

一实施例中，供电电路13包括直流电压源或电池。

一实施例中，优先级控制和执行器驱动机柜23包括第二SCM2端子，第二SCM2端子用于连接核反应堆保护系统的执行机构。第二SCM2端子包括第一连接端和第二连接端，第二SCM2端子的第一连接端和第二连接端分别连接高速记录仪，以用于传输传感器阶跃变化的响应电信号。

一实施例中，高速记录仪包括计时器。 一实施例中，高速记录仪包括采样装置，该采样装置用于对传感器阶跃变化的响应电信号进行采样，采样装置的频率大于120kHz。

本申请公开的温度通道响应时间检测系统的技术方案的原理是：

首先，根据温度传感器的阈值计算出对应的电阻值Ri；然后确定电阻R1和电阻R2，具体包括：

（电阻R1并联电阻R2）＜Ri＜电阻R1，两个电阻的并联电阻值和电阻R1电阻值分别不超过温度传感器温度值的量程下限和上限；

然后，当开关电路闭合（导通）时，电阻R1与电阻R2为并联状态，STT1采集电阻值低，高速记录仪的通道A输入高电平，保护指令未触发，高速记录仪的通道B输入电压为零；当开关电路断开时，两对触点同时断开，电阻R2悬空，STT1采集电阻值瞬间切换为电阻R1，实现阶跃变大，高速记录仪的通道A输入电压阶跃变为零，保护指令触发后，高速记录仪的通道B阶跃输入高电平；

最后，以通道A电压阶跃变低为起始时间点，以通道B阶跃输入高电平为终点时间点，两个时间点之差即为整个保护通道的响应时间。

本申请一实施例中的温度通道响应时间检测系统具有以下优点：

（1）能够实现热电阻电阻值输入信号的阶跃变化，从而实现对包含整个保护通道所有机柜设备的完整链路的响应时间的直接测量；

（2）开关电路的两对触点同步动作，避免了工具本身引入的响应时间测量误差；

（3）高速记录仪的采样时间可达到120kHz以上，因此整套工具的时间测量精度高于0.01毫秒；

（4）该检测系统可预先进行组装连接，在机柜侧使用时仅需连接两组端子即可快速开始试验，试验工具体积较小，移动性较好；

（5）该检测系统无需专用的特殊设备及其配套专用软件。

本申请公开的温度通道响应时间检测系统，包括传感器模拟电路、开关电路、供电电路和高速记录仪。当开关电路导通时，通过传感器模拟电路直接模拟温度传感器的阻值变更，并由高速记录仪接收核反应堆保护系统在温度传感器电阻温度传感器的阻值变更范围超出预设阈值时反馈的传感器阶跃变化的响应电信号，再获取核反应堆保护系统的温度通道响应时间，使得温度通道响应时间的检测更便捷、更直观和更可靠。该温度通道响应时间检测系统体积小，移动性好，在电厂的机柜房间内等较狭窄的场所也可以方便地使用

需要说明的是，在本申请实施例中涉及到所有软件和方法都是应用现有技术，具体的程序如何执行和具体的调用步骤可参阅相关工具书或专利文件的内容，本申请不做保护，也不详细说明相关的原理。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种用于核反应堆保护系统的温度通道响应时间检测系统，其特征在于，所述温度通道响应时间检测系统由传感器模拟电路、开关电路、供电电路和高速记录仪组成；

所述传感器模拟电路与所述核反应堆保护系统和所述开关电路分别并行连接，所述传感器模拟电路用于替换所述核反应堆保护系统的温度传感器，并当所述开关电路导通时，模拟所述核反应堆保护系统的温度传感器的阻值阶跃变化，且模拟的所述温度传感器的阻值阶跃变化范围大于所述温度传感器的量程上限值或小于所述温度传感器的量程下限值；

所述核反应堆保护系统用于当所述温度传感器的阻值超出预设阈值时，输出表征温度传感器阻值阶跃变化的响应电信号；

所述开关电路与所述高速记录仪和所述供电电路串行连接，所述开关电路用于导通时，电连接所述供电电路和所述高速记录仪，以用于所述供电电路向所述高速记录仪发送第一电信号；

所述高速记录仪与所述核反应堆保护系统连接，所述高速记录仪用于当接收到所述第一电信号时开始计时，且当接收到所述核反应堆保护系统发出的所述响应电信号时停止计时，并将计时时间作为所述核反应堆保护系统的温度通道响应时间。

2.如权利要求1所述的温度通道响应时间检测系统，其特征在于，所述核反应堆保护系统包括过程仪表预处理机柜、保护系统机柜及优先级控制和执行器驱动机柜；

所述过程仪表预处理机柜与所述温度传感器连接，所述过程仪表预处理机柜用于将所述温度传感器的电阻值转换为标准电流信号，并将转换获取的标准电流信号发送给所述保护系统机柜；

所述保护系统机柜与所述优先级控制和执行器驱动机柜连接，用于将接收的所述标准电流信号转换为温度物理值，并在数字化逻辑运算中与阈值进行比较，当超过阈值时，输出执行器动作的指令电压信号，并将该指令电压信号发送给所述优先级控制和执行器驱动机柜；

所述优先级控制和执行器驱动机柜用于与所述高速记录仪连接，用于将经过优先级处理后的执行器动作的指令电压信号作为所述响应电信号发送给所述高速记录仪。

3.如权利要求2所述的温度通道响应时间检测系统，其特征在于，所述开关电路包括第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端；

所述开关电路的第一连接端和第二连接端与所述传感器模拟电路连接，所述开关电路的第三连接端与所述供电电路连接，所述开关电路的第四连接端与所述高速记录仪连接；当所述开关电路导通时，同时连接所述开关电路的第一连接端与第二连接端和所述开关电路的第三连接端与第四连接端。

4.如权利要求3所述的温度通道响应时间检测系统，其特征在于，所述开关电路为双刀双掷开关。

5.如权利要求3所述的温度通道响应时间检测系统，其特征在于，所述传感器模拟电路包括第一连接端、第二连接端、第三连接端、电阻R1和电阻R2；

所述传感器模拟电路的第一连接端与所述过程仪表预处理机柜和所述开关电路的第一连接端连接；

所述传感器模拟电路的第二连接端与所述开关电路的第二连接端连接；

所述传感器模拟电路的第三连接端与所述过程仪表预处理机柜连接；

电阻R1的一端与所述传感器模拟电路的第一连接端连接，另一端与所述传感器模拟电路的第三连接端连接；

电阻R2的一端与所述传感器模拟电路的第二连接端连接，另一端与所述传感器模拟电路的第三连接端连接。

6.如权利要求5所述的温度通道响应时间检测系统，其特征在于，所述过程仪表预处理机柜包括第一SCM2端子，所述第一SCM2端子用于连接所述温度传感器；

所述第一SCM2端子包括第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端；所述第一SCM2端子的第一连接端和第二连接端与所述传感器模拟电路的第一连接端；所述第一SCM2端子的第三连接端和第四连接端与所述传感器模拟电路的第三连接端。

7.如权利要求6所述的温度通道响应时间检测系统，其特征在于，所述供电电路包括直流电压源或电池。

8.如权利要求6所述的温度通道响应时间检测系统，其特征在于，所述优先级控制和执行器驱动机柜包括第二SCM2端子，所述第二SCM2端子用于连接所述核反应堆保护系统的执行机构；

所述第二SCM2端子包括第一连接端和第二连接端；所述第二SCM2端子的第一连接端和第二连接端分别连接所述高速记录仪，以用于传输所述响应电信号。

9.如权利要求6所述的温度通道响应时间检测系统，其特征在于，所述高速记录仪包括计时器。

10.如权利要求6所述的温度通道响应时间检测系统，其特征在于，所述高速记录仪包括采样装置，所述采样装置用于对所述响应电信号进行采样，所述采样装置的频率大于120kHz。

Images