一種核反應(yīng)堆燃料破損在線監(jiān)測報(bào)警裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及核工程領(lǐng)域，更具體地，涉及一種核反應(yīng)堆燃料破損在線監(jiān)測報(bào)警裝置，是一種基于非線性動力學(xué)理論及其在核反應(yīng)堆運(yùn)行與安全中的應(yīng)用的研究所建立的具有自學(xué)習(xí)功能的智能核反應(yīng)堆燃料破損在線監(jiān)測報(bào)警裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]核能已成為我國乃至世界上能源的重要組成部分之一，因此確保核電站安全運(yùn)行十分關(guān)鍵。核反應(yīng)堆燃料包殼是核反應(yīng)堆安全的第一道屏障，如果包殼發(fā)生破裂，核燃料的放射性裂變產(chǎn)物就會釋放到一回路的冷卻劑中。根據(jù)核電站運(yùn)行規(guī)程，一回路冷卻劑的當(dāng)量碘的放射性活度超過一定限值后，機(jī)組必須停止負(fù)荷追隨運(yùn)行，超過更高的限值后，反應(yīng)堆必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)停堆。所以，燃料組件破損會給核電站造成經(jīng)濟(jì)損失。隨著技術(shù)提高，核電站燃料元件破損率越來越小，但破損仍然存在。破損燃料泄漏出的放射性裂變產(chǎn)物使一回路水中的活度增加，并通過一回路冷卻劑的微泄漏給公眾健康造成不良影響。所以，元件破損問題不可忽視。傳統(tǒng)的核電站燃料破損探測多數(shù)采用人工化學(xué)取樣的分析方法。由于取樣時(shí)間間隔長，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)破損。發(fā)展核燃料破損在線探測系統(tǒng)則能夠克服傳統(tǒng)化學(xué)取樣方法的不足，連續(xù)監(jiān)測燃料元件的完整性，盡早為運(yùn)行人員提供堆內(nèi)元件的破損情況以及破損的嚴(yán)重程度，從而采取必要的措施，將經(jīng)濟(jì)損失降低到最低限度。
[0003]于是，核反應(yīng)堆燃料破損在線監(jiān)測技術(shù)研發(fā)備受國內(nèi)外核能工作者的關(guān)注。陳彭等研制了核電站燃料棒破損在線探測系統(tǒng)roDS-1(陳彭等.核電站燃料棒破損在線探測系統(tǒng)研制.《原子能科學(xué)技術(shù)》.2005，第39卷(增刊)，第131-135頁.)。但是由于核電站系統(tǒng)運(yùn)行工況十分復(fù)雜，致使該系統(tǒng)的測量誤差較大，難以滿足工程需要。
[0004]另外，目前大部分核反應(yīng)堆燃料破損監(jiān)測裝置都采用固定閾值的方法設(shè)置報(bào)警值。但實(shí)際核反應(yīng)堆運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，這種方法不能反映反應(yīng)堆核功率變化等的影響，且人為因素影響較大，容易產(chǎn)生誤報(bào)警和漏報(bào)警。袁彬等利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)與概率分析理論提出浮動報(bào)警閾值的概念，對浮動報(bào)警閾值的設(shè)置進(jìn)行了初步探討，并提出了采用浮動閾值方法降低燃料元件包殼破損監(jiān)測的誤報(bào)警和漏報(bào)警的問題(袁彬等.基于浮動報(bào)警閾值的燃料元件包殼破損監(jiān)測方法的分析與研究.《核動力工程》.2010，第31卷(第I期)，第102-106頁.)。但是，對核燃料破損閾值的研究，涉及核反應(yīng)堆工程、工程熱物理、安全工程、非線性動力系統(tǒng)、非平衡態(tài)熱力學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，因此有必要圍繞核反應(yīng)堆系統(tǒng)非線性特征，揭示事故發(fā)生的規(guī)律，然后利用人工智能技術(shù)，綜合多種相關(guān)因素，形成其破損狀態(tài)的有關(guān)在線監(jiān)測預(yù)報(bào)的方法。
[0005]鑒于此，有必要開發(fā)一種核反應(yīng)堆燃料破損在線監(jiān)測報(bào)警裝置，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測量反應(yīng)堆放射性活度水平，在線計(jì)算分析核燃料破損狀態(tài)，適時(shí)給出預(yù)警，及時(shí)采取措施，預(yù)防事故發(fā)生，確保核反應(yīng)堆安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點(diǎn)，提供一種出錯率低、反應(yīng)速度快、預(yù)報(bào)及時(shí)的核反應(yīng)堆燃料破損在線監(jiān)測報(bào)警裝置。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:一種核反應(yīng)堆燃料破損在線監(jiān)測報(bào)警裝置，包括探測設(shè)備、信號傳輸裝置、人工輸入接口、中央處理器、燃料破損報(bào)警控制器和報(bào)警設(shè)備，所述探測設(shè)備通過信號傳輸裝置將所采集的信號傳輸給中央處理器，所述中央處理器對信號進(jìn)行處理，再通過信號傳輸裝置與燃料破損報(bào)警控制器連接，所述燃料破損報(bào)警控制器控制報(bào)警設(shè)備，具備自動監(jiān)測、智能判斷和自動報(bào)警的功能。
[0008]所述探測設(shè)備包括γ探測器、壓力探測器、質(zhì)量流量探測器和溫度探測器。
[0009]所述信號傳輸裝置包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器及信號傳輸系統(tǒng)，用于探測設(shè)備與中央處理器以及燃料破損報(bào)警控制器間的信號過程傳輸。
[0010]所述信號傳輸裝置包括第一信號傳輸裝置和第二信號傳輸裝置，所述探測設(shè)備通過第一信號傳輸裝置將所采集的信號傳輸給中央處理器，中央處理器通過第二信號傳輸裝置與燃料破損報(bào)警控制器連接;所述第一信號傳輸裝置包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和信號傳輸系統(tǒng)；所述第二信號傳輸裝置包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器和信號傳輸系統(tǒng)。
[0011]所述中央處理器包括數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)庫存儲管理模塊、自學(xué)習(xí)模塊、放射性活度分析模塊及輸出模塊;所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊用于對探測設(shè)備實(shí)時(shí)探測的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行篩選，剔除一些錯誤的數(shù)據(jù)后，將其有序地存入數(shù)據(jù)庫存儲管理模塊中；所述數(shù)據(jù)庫存儲管理模塊用于存儲有熱物理性質(zhì)查詢表的數(shù)據(jù)、運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)、放射性活度計(jì)算數(shù)據(jù)和自學(xué)習(xí)獲得的數(shù)據(jù);所述自學(xué)習(xí)模塊是中央處理器根據(jù)最新的數(shù)據(jù)自我學(xué)習(xí)、完善與修正的過程，同時(shí)，由放射性活度分析模塊根據(jù)預(yù)處理篩選出來的數(shù)據(jù)經(jīng)放射性活度計(jì)算模型實(shí)時(shí)計(jì)算出相應(yīng)的放射性活度值，判斷燃料破損是否發(fā)生，并由輸出模塊顯示出來;所述輸出模塊用于數(shù)據(jù)庫查詢、數(shù)據(jù)文本導(dǎo)出、放射性活度、燃料破損動態(tài)云圖顯示。
[0012]所述人工輸入接口結(jié)合核電站定期人工化學(xué)取樣分析，即定期抽取一回路的冷卻劑測量冷卻劑中放射性裂變產(chǎn)物的放射性活度，通過人工輸入接口將定期人工化學(xué)取樣分析結(jié)果不斷存入中央處理器的數(shù)據(jù)庫存儲管理模塊中，以便豐富監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，使得中央處理器的自學(xué)習(xí)模塊不斷根據(jù)最新的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)自我學(xué)習(xí)、完善與修正，得到更為準(zhǔn)確的智能計(jì)算模型。
[0013]所述自學(xué)習(xí)模塊用于數(shù)據(jù)分析、知識評價(jià)和知識發(fā)現(xiàn)，將每一次燃料破損報(bào)警控制器所做出的判斷和預(yù)警準(zhǔn)確率反饋回?cái)?shù)據(jù)庫，并基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行自學(xué)習(xí)，不斷修正樣本集和放射性活度計(jì)算模型，反饋回來的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫中，作為以后判別的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
[0014]所述放射性活度計(jì)算模型的構(gòu)建方式為:運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將放射性活度分布變化趨勢引入計(jì)算規(guī)則中，訓(xùn)練得到放射性活度計(jì)算模型。
[0015]所述燃料破損報(bào)警控制器為智能型報(bào)警器，同時(shí)設(shè)置有用于手動觸發(fā)和/或智能觸發(fā)報(bào)警設(shè)備的手動報(bào)警按鈕，且報(bào)警閾值與實(shí)時(shí)測量參數(shù)之間的非線性關(guān)系通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行建模，已建的數(shù)學(xué)模型能夠根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)設(shè)置報(bào)警閾值。
[0016]所述報(bào)警設(shè)備包括報(bào)警聯(lián)動反應(yīng)堆控制防護(hù)系統(tǒng)、燃料破損事故廣播、報(bào)警電話、聲光警報(bào)和燃料破損報(bào)警記錄裝置。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果:
[0018]1、本發(fā)明首次應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，針對燃料破損在線監(jiān)測方法進(jìn)行了基礎(chǔ)理論研究，構(gòu)建了描述放射性活度的非線性計(jì)算模型。該方法反應(yīng)時(shí)間短，有利于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、及時(shí)的反應(yīng)堆核燃料破損狀態(tài)預(yù)警。
[0019]2、本發(fā)明建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核反應(yīng)堆燃料破損監(jiān)測閾值與運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)之間的非線性關(guān)系模型，根據(jù)可測的系統(tǒng)參數(shù)動態(tài)設(shè)置實(shí)時(shí)的燃料破損報(bào)警閾值，準(zhǔn)確的給出燃料破損狀態(tài)。
[0020]3、本裝置所建立的數(shù)據(jù)庫及其計(jì)算單元，采用模糊判斷，又具較好的自學(xué)習(xí)能力，根據(jù)堆芯探測壓力、質(zhì)量流量、溫度等信號對放射性活度的復(fù)雜性和不確定性進(jìn)行定量計(jì)算，分析當(dāng)前堆芯燃料破損狀況以及放射性活度發(fā)展趨勢，為事故預(yù)防和事故救援工作提供強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)，大大增強(qiáng)預(yù)警系統(tǒng)的可靠性和科學(xué)性。
[0021]4、本裝置設(shè)置人工輸入接口，可結(jié)合較為精確的核電站定期人工化學(xué)取樣分析結(jié)果，即核電站定期抽取一回路的冷卻劑測量冷卻劑中放射性裂變產(chǎn)物的放射性活度，通過人工輸入接口將定期人工化學(xué)取樣分析結(jié)果不斷存入數(shù)據(jù)庫存儲管理模塊中，以便豐富監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，使得所述自學(xué)習(xí)模塊不斷根據(jù)最新的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)自我學(xué)習(xí)、完善與修正，得到更為準(zhǔn)確的智能計(jì)算模型。這樣，可同時(shí)滿足在線實(shí)時(shí)測量，也可以滿足測量的精度，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測核燃料破損狀態(tài)。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的核反應(yīng)堆燃料破損在線監(jiān)測報(bào)警裝置的原理框圖。
[0023]圖2為本發(fā)明的自學(xué)習(xí)模塊結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合兩個(gè)具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0025]實(shí)施例1
[0026]本實(shí)施例所述的核反應(yīng)堆燃料破損在線監(jiān)測報(bào)警裝置，包括:探測設(shè)備、信號傳輸裝置、中央處理器、核燃料破損報(bào)警控制器和報(bào)警設(shè)備，其中探測設(shè)備通過信號傳輸裝置將所采集的信號傳輸給中央處理器，中央處理器對信號進(jìn)行處理，再通過信號傳輸裝置與核燃料破損報(bào)警控制器連接，核燃料破損報(bào)警控制器控制報(bào)警設(shè)備。
[0027]所述中央處理器包括數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)庫存儲管理模塊、自學(xué)習(xí)模塊、放射性活度分析模塊及輸出模塊。如圖1所示，探測設(shè)備通過信號傳輸裝置將所采集的信號傳輸給數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對收集的信號進(jìn)行篩選，剔除一些錯誤的數(shù)據(jù)后，再將其有序地存入數(shù)據(jù)庫存儲管理模塊中。同時(shí)，由放射性活度分析模塊根據(jù)預(yù)處理篩選來得數(shù)據(jù)經(jīng)放射性活度計(jì)算模型實(shí)時(shí)計(jì)算出相應(yīng)的放射性活度值，判斷核燃料破損是否發(fā)生的，并由輸出模塊顯示出來，在本實(shí)施例中輸出模塊的顯示方式是用戶界面。
[0028]所述探測設(shè)備包括各種傳感器和探測器，具體為γ探測器、壓力探測器、質(zhì)量流量探測器和溫度探測器;實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場的核反應(yīng)堆運(yùn)行參數(shù)，并將其作為堆芯燃料狀態(tài)的預(yù)測參數(shù)，經(jīng)信號傳輸裝置輸送到中央處理器中。
[0029]所述中央處理器再將這些數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊進(jìn)行預(yù)處理，剔除一些錯誤的數(shù)據(jù)后，有序地存入數(shù)據(jù)庫存儲管理模塊內(nèi)。
[0030]在此同時(shí)，放射性活度分析模塊對預(yù)處理篩選而來的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，而且運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將放射性活度分布變化趨勢引入計(jì)算規(guī)則中，訓(xùn)練得到放射性活度計(jì)算模型，實(shí)時(shí)計(jì)算出相應(yīng)的放射性活度值，做出核燃料破損是否發(fā)生的判斷。一旦發(fā)現(xiàn)核燃料破損可能發(fā)生，馬上進(jìn)行堆芯定位，并由輸出模塊顯示出來。