一种核电厂反应堆保护系统响应时间的测量装置和方法

技术领域

本发明涉及核反应堆保护系统技术领域，尤其涉及一种核电厂反应堆保护系统响应时间的测量装置和方法。

背景技术

核电厂反应堆保护系统一般采用核级DCS系统，上端连接仪表或各种现场传感器，接收仪表或传感器实时回传的物理信号，进行逻辑处理，符合逻辑组合的要求时给出保护动作信号，驱动停堆断路器动作，完成保护功能。根据核电站安全准则要求，为保证反应堆保护系统实现预期的保护功能的置信度，需要对其保护通道(RPC)，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，响应时间测试要求模拟真实的保护逻辑触发，测量从信号注入到控制系统(待测试的控制系统，ESFAC)产生动作输出的时间,以验证响应时间在安全分析报告所给定的限制以内。

目前核电厂反应堆保护系统响应时间做法主要是使用信号发生器及高速记录仪手动测试，面对大量测试用例时，测试周期长，影响核电大修工期。目前部分电厂开发了一些多路信号发生装置，但此装置高度绑定被测试DCS系统的品牌及型号，无法快速在不同DCS系统中使用，不具备推广性。

反应堆保护通道响应时间是判断反应堆保护触发有效性和及时性的关键技术指标，核电站安全准则中对各类保护的响应时间有严格的要求。对于保护通道响应时间测试，国内外普遍利用高速记录卡和信号仿真设备，通过不断的手动更换接线、手动更换仿真信号和保护信号的方式完成。而由于各种保护信号需要多次触发，给现场设备隔离和现场工期控制带来极大的困难，此类试验方法风险高、工期长，一般完成所有保护通道响应时间测量的时间为几个月。另外，试验完成后需要人工进行数据比对分析得出试验结论，容易因人为因素造成试验数据及结果不可靠。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现上述背景技术中提及的相关技术存在的至少一个缺陷：如何确保采集响应时间的准确性和提高采集效率，提供一种核电厂反应堆保护系统响应时间的测量装置和方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种核电厂反应堆保护系统响应时间的测量装置，包括：控制模块和与所述控制模块连接的信号处理模块；

所述控制模块，用于获取并解析测试指令，获取各输出通道相应变量的模拟量值以及待选通道，传输所述模拟量值至所述信号处理模块，并根据所述信号处理模块返回的触发信号对所述待选通道进行选通，以输出实际触发信号至所述信号处理模块；

所述信号处理模块与待测试的控制系统进行通讯连接，用于获取所述控制模块传输的所述模拟量值，分别与对应已存的输出通道值进行比较，若判断数值发生变化，则输出电信号触发所述待测试的控制系统，同时输出对应的触发信号至所述控制模块，并在获取所述控制模块传输的所述实际触发信号后，进行采集跳堆信号并计算所述实际触发信号和跳堆信号之间的时间差。

优选地，所述信号处理模块包括主机单元、分别与所述主机单元连接的采集单元和触发单元；

所述主机单元与所述控制模块进行通讯连接，用于接收所述各输出通道相应变量的模拟量值并进行测量；

所述采集单元与所述控制模块和所述待测试的控制系统进行通讯连接，用于获取所述控制模块传输的所述实际触发信号和所述待测试的控制系统产生的跳堆信号；

所述触发单元与所述控制模块进行通讯连接，用于输出所述电信号至所述待测试的控制系统，同时输出对应的触发信号至所述控制模块。

优选地，所述采集单元包括：第一模拟隔离单元、第一芯片单元以及分别与所述第一模拟隔离单元和所述第一芯片单元相连的整流分压单元；

所述第一模拟隔离单元用于在所述第一芯片单元和所述待测试的控制系统间进行电气隔离；

所述第一芯片单元用于采集获取所述待测试的控制系统产生的跳堆信号，并将所述跳堆信号传输至所述主机单元；

所述整流分压单元用于在所述第一芯片单元和所述待测试的控制系统间进行整流和分压处理。

优选地，所述控制模块和所述第一芯片单元之间包括第二模拟隔离单元；

所述第二模拟隔离单元用于在所述控制模块和所述待测试的控制系统间进行电气隔离。

优选地，所述触发单元包括：第二芯片单元；

所述第二芯片单元分别与所述主机单元、所述控制模块和所述待测试的控制系统进行通讯连接，用于输出所述电信号至所述待测试的控制系统，同时输出对应的所述触发信号至所述控制模块。

优选地，所述主机单元与所述控制模块之间通过CAN进行通讯连接。

优选地，所述主机单元与所述控制模块之间包括第三芯片单元，用于实现CAN协议的转换。

优选地，所述信号处理模块还包括显示单元；

所述显示单元与所述主机单元进行通讯连接，用于显示所述信号处理模块与所述控制模块和所述待测试的控制系统之间传输的信号值。

优选地，还包括上位机；

所述上位机与所述控制模块进行通讯连接，用于传输所述测试指令至所述控制模块。

本发明还构造了一种核电厂反应堆保护系统响应时间的测量方法，包括以下步骤：

获取并解析测试指令，获取各输出通道相应变量的模拟量值以及待选通道；

将所述模拟量值分别与对应已存的输出通道值进行比较，若判断数值发生变化，则分别输出电信号和触发信号；

根据所述触发信号对所述待选通道进行选通，以输出实际触发信号；

进行采集根据所述电信号输出返回的跳堆信号，并计算所述实际触发信号和所述跳堆信号之间的时间差。

通过实施本发明，具有以下有益效果：

本发明公开了一种核电厂反应堆保护系统响应时间的测量装置和方法，装置中控制模块解析测试命令后，明确本次测试项中哪个通道是作为本次的真正触发通道，当收到触发信号，即标记开始变化的时间点T1时，控制待选通道与信号处理模块之间选通，信号处理模块开始采集，并计算触发信号和跳堆信号之间的时间差，通过各组件之间的配合，可确保信号处理模块的开始采集时间与ESFAC的实际工作时间保持一致，从而保证测量的准确性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明核电厂反应堆保护系统响应时间的测量装置的结构示意图；

图2是本发明信号处理模块的结构示意图；

图3是本发明AB列信号注入及采集装置的结构示意图；

图4是本发明核电厂反应堆保护系统响应时间的测量方法的流程示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

需要说明的是，附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

在本实施例中，如图1所示，本发明提供了一种核电厂反应堆保护系统响应时间的测量装置，包括：控制模块和与控制模块连接的信号处理模块；

控制模块，用于获取并解析测试指令，获取各输出通道相应变量的模拟量值以及待选通道，传输模拟量值至信号处理模块，并根据信号处理模块返回的触发信号对待选通道进行选通，以输出实际触发信号至信号处理模块；

信号处理模块与待测试的控制系统进行通讯连接，用于获取控制模块传输的模拟量值，分别与对应已存的输出通道值进行比较，若判断数值发生变化，则输出电信号触发待测试的控制系统，同时输出对应的触发信号至控制模块，并在获取控制模块传输的实际触发信号后，进行采集跳堆信号并计算实际触发信号和跳堆信号之间的时间差。

具体地：

在本实施例中，如图2所示，信号处理模块包括主机单元、分别与主机单元连接的采集单元和触发单元；

主机单元与控制模块进行通讯连接，用于接收各输出通道相应变量的模拟量值并进行测量；其获取控制模块下发的本次输出通道相应变量的模拟量值后，与已存的前一次测试的输出通道值进行比较，进行判断数值是否发生变化，若是则控制执行触发单元；

采集单元与控制模块和待测试的控制系统进行通讯连接，用于获取控制模块传输的实际触发信号和待测试的控制系统产生的跳堆信号；

触发单元与控制模块进行通讯连接，用于输出电信号至待测试的控制系统，同时输出对应的触发信号至控制模块。

信号处理模块可包括AB列信号注入及采集装置，其AB列信号注入及采集装置有输出功能和采集功能，开始测试的时候，控制模块解析上位机下发的控制命令，通过CAN总线下发到AB列信号注入及采集装置，AB列信号注入及采集装置获取控制模块下发的本次输出通道变量值后，与已存的前一次测试的输出通道值进行比较，如果判断数值发生变化，则输出DO信号(电信号)到待测试的控制系统作为待测试的控制系统的工作触发信号，以使得被测系统待测试的控制系统达到一个特定工况，达到跳机的触发条件；AB列信号注入及采集装置同步输出触发信号(约1ms的一个脉冲值，第一个时间点T1)到控制模块，控制模块裁决后返回实际触发信号到AB列信号注入及采集装置，AB列信号注入及采集装置发出测量信号到待测试的控制系统进行采集(第二个时间点T2)；AB列信号注入及采集装置的第一芯片单元测量完毕之后，将采集的待测试的控制系统数据发送至主机单元，主机单元获取数据，通过对采集的数据进行计算处理可得到2条时间曲线(T1和T2)，然后获取T1和T2的值，计算二者是差值作为响应时间并通过CAN告知控制模块。

在本实施例中，采集单元包括：第一模拟隔离单元、第一芯片单元以及分别与第一模拟隔离单元和第一芯片单元相连的整流分压单元；

第一模拟隔离单元用于在第一芯片单元和待测试的控制系统间进行电气隔离；

第一芯片单元用于采集获取待测试的控制系统产生的跳堆信号，并将跳堆信号传输至主机单元；具体地，第一芯片单元为AI-32CH芯片，控制模块将实际触发信号发送至AI-32CH芯片，由AI-32CH采集获取待测试的控制系统处的跳堆信号，AI-32CH芯片测量完毕之后，将数据发送至主机单元，主机单元获取数据进行计算后，获取T1(真实触发信号)和T2(跳堆信号)的值之后通过CAN(控制器局域网(Controller Area Network))告知主机，从而实现整体测量。

整流分压单元用于在第一芯片单元和待测试的控制系统间进行整流和分压处理。

在本实施例中，控制模块和第一芯片单元之间包括第二模拟隔离单元；

第二模拟隔离单元用于在控制模块和待测试的控制系统间进行电气隔离。

在本实施例中，触发单元包括：第二芯片单元；

第二芯片单元分别与主机单元、控制模块和待测试的控制系统进行通讯连接，用于输出电信号至待测试的控制系统，同时输出对应的触发信号至控制模块。

考虑到现场存在220v,48v,24v等多个电压档，为了系统安全同时适配现场电压，在待测试的控制系统与AI-32CH芯片之间设置整流分压单元进行整流+分压电阻分压，并设置模拟隔离单元实现电气隔离；同理，在控制模块与AI-32CH芯片之间也设置了模拟隔离，以确保整个AB列信号注入及采集装置的安全性。

具体地，如图3所示，第二芯片单元为DIO-32CH芯片，触发单元包括DIO-32CH芯片以及对应的外围电路，DIO-32CH芯片分别与主机单元、控制模块连接(通过航插1PIN5,6)以及待测试的控制系统连接，当DIO-32CH发生变化时，AB列信号注入及采集装置输出DO信号到待测试的控制系统作为待测试的控制系统的工作触发信号，同时也会产生触发信号，并同步通过航插1PIN5,6发送至控制模块中。

在本实施例中，主机单元与控制模块之间通过CAN进行通讯连接。

在本实施例中，主机单元与控制模块之间包括第三芯片单元，用于实现CAN协议的转换；第三芯片单元为RS232-TTL芯片。

其中，主机单元经由航插1PIN1,2与主机连接进行供电控制；经由航插1PIN3,4与主机连接进行CAN通信(双向通信)；经由航插1PIN5,6连接进行触发信号的输出；经由航插1PIN7,8连接实现实际触发信号的输入。

主机单元用于与控制模块之间的通信以根据控制模块下发的通道值进行测量与计算。如前所述，由于主机单元无法直接处理CAN协议数据，故本实施例中，在主机单元与航插1PIN3,4之间设置RS232-TTL芯片，以实现CAN协议的转换。

在本实施例中，信号处理模块还包括显示单元；

显示单元与主机单元进行通讯连接，用于显示信号处理模块与控制模块和待测试的控制系统之间传输的信号值。

AB列信号注入及采集装置还包括显示屏，显示屏通过串口与主机单元通信连接，用于本地状态信息的显示，在进行现场布置时，上位机会发送一些状态和设置数值至AB列信号注入及采集装置，AB列信号注入及采集装置可通过显示屏，在现场显示当前输入输出的状态值，便于现场工作人员的判断与决策，把本地的状态信息进行显示。

在本实施例中，还包括上位机；

上位机与控制模块进行通讯连接，用于传输测试指令至控制模块。

此装置的成功研发，不仅实现相关数字机组商运后核电厂反应堆保护系统响应时间测量从“0”到“1”的突破，也实现了缩短占用关键路径时间创优(5天内)的卓越目标；不仅为中系技规切换奠定了基础，也为反应堆保护系统的设备状态进行了一次全面体检，提升了电厂的安全水平。

在本实施例中，如图4所示，本发明还构造了一种核电厂反应堆保护系统响应时间的测量方法，以下步骤：

获取并解析测试指令，获取各输出通道相应变量的模拟量值以及待选通道；

将模拟量值分别与对应已存的输出通道值进行比较，若判断数值发生变化，则分别输出电信号和触发信号；

根据触发信号对待选通道进行选通，以输出实际触发信号；

进行采集根据电信号输出返回的跳堆信号，并计算实际触发信号和跳堆信号之间的时间差。

具体的，这里的核电厂反应堆保护系统响应时间的测量方法中各步骤具体的配合过程，具体可以参照上述核电厂反应堆保护系统响应时间的测量装置，这里不再赘述。

通过实施本发明，具有以下有益效果：

本发明公开了一种核电厂反应堆保护系统响应时间的测量装置和方法，装置中控制模块解析测试命令后，明确本次测试项中哪个通道是作为本次的真正触发通道，当收到触发信号，即标记开始变化的时间点T1时，控制待选通道与信号处理模块之间选通，信号处理模块开始采集，并计算触发信号和跳堆信号之间的时间差，通过各组件之间的配合，可确保信号处理模块的开始采集时间与ESFAC的实际工作时间保持一致，从而保证测量的准确性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。