一种应用于反应堆保护系统定期试验的信号源装置及系统的制作方法

1.本发明涉及核电技术领域，具体涉及一种应用于反应堆保护系统定期试验的信号源装置及系统。


背景技术：

2.反应堆保护系统及其相关的控制和仪表系统需在反应堆运行或停堆期间开展定期功能试验，以探测故障和检查系统的可运行性。保护系统定期试验能够提前预判设备故障，及时发现设备隐患，提高了反应堆运行的安全性。在国标gb/t 13284.1-2008《核电厂安全系统》、gb_t 5204-2018《核电厂安全系统定期试验与监测》、gjb844.20-98《潜艇反应堆保护、控制和仪表系统定期试验要求》等法规文件中对保护系统功能试验也提出明确要求。
3.反应堆保护系统定期试验主要检验当探测器检测到信号输出超过保护限制时，保护系统能否正常动作，采用的方法是利用仪表输出模拟信号去模拟前端传感器信号，信号经处理单元处理后最终触发保护信号。为证明被试验的物项在正常环境下具有执行功能的能力，要求反应堆保护系统定期试验各段之间试验项目保持重迭，并应尽可能实际地模拟所要求的安全功能。
4.为满足单一故障准则，保护系统通过安全监测装置的冗余来满足设计准则并提高保护系统的稳定性。通常，反应堆保护系统采用2～4个相互独立的逻辑通道，采用2/4、2/3或1/2进行安全逻辑通道之间的组合，即保证了系统的安全性，又降低了仪器故障导致反应堆意外停堆的风险。
5.目前国内核电站仪控方案种类较多，核电现阶段多采用先进的数字化仪控系统平台，部分采用老式仪控系统。如图1所示，根据核电仪控平台特点，通常将功能试验分段执行，其中包括：
6.(1)t1试验，即从传感器到信号采集部分；
7.(2)t2试验，从信号采集到逻辑功能处理之后；
8.(3)t3试验，从逻辑功能处理(表决逻辑之后)到执行机构驱动部件(是否包括驱动机构，根据电厂工艺确定。)
9.t1试验采用的是探头互校的方法，采用相同参数冗余通道互校的方法验证探头及探头和输出模块间的连接；由于基于计算机的仪控系统具备通过自检在故障出现后短时间内识别系统故障的能力，因此如果自检能够覆盖所有的故障模式，可以取消正常运行期间的t2试验；t3定期试验主要用于试验rps的输出，在不影响保护系统可用性的前提下，部分设备可通过试验真实地动作。
10.为保证反应堆运行安全，反应堆保护系统通常设置有多种保护参数，且在t2、t3试验阶段，为验证反应堆保护系统逻辑符合功能，在定期试验时往往需要同时输入多种信号形式并经过逻辑通道符合后真实触发保护动作以模拟反应堆事故工况，从而验证保护系统功能正常性。例如：某在役研究堆采用老式仪控系统，在定期试验时通过断开前端探测器与二次仪表间连接，利用模拟仪表在二次仪表输入端输入信号，触发保护系统动作。在定期试
验过程中不仅需要覆盖全部保护参数，还需要试验保护系统每种保护逻辑组合方式，这就意味着定期试验不仅项目多、试验次数多，还面临着较高的人力成本和人因失误风险。


技术实现要素：

11.针对反应堆保护系统定期试验的需求，本发明目的在于提供一种应用于反应堆保护系统定期试验的信号源装置及系统，该信号源装置是用于反应堆保护系统t2、t3节点试验的信号源装置，该装置不仅可以提供多种信号源输出以模拟前端传感器信号，还能根据反应堆保护系统安全逻辑通道符合方式控制每个通道的输出，并通过监测反应堆保护系统触点动作实现闭环控制，自动完成对反应堆保护系统的安全、高效定期试验，从而提高定期试验的效率，降低人因失误的风险和校验成本。
12.本发明通过下述技术方案实现：
13.第一方面，本发明提供了一种应用于反应堆保护系统定期试验的信号源装置，该信号源装置包括上位机和pxi机箱，所述pxi机箱内设置有pic总线、控制模块和多通道信号源模块；所述上位机通过控制模块与多通道信号源模块进行通信，且所述上位机通过pic总线与多通道信号源模块通信连接；
14.所述多通道信号源模块，用于产生多种类型、多个通道的信号源以模拟前端探测器信号，并控制输出信号源至外部接口；
15.所述上位机，用于对所述多通道信号源模块的通道输出逻辑进行编程，实现控制信号源改变对应通道的输出，以模拟反应堆保护系统前端探测器对应工况的变化。
16.进一步地，所述多通道信号源模块包括电流源、电压源、数字化电阻、微电流源和脉冲信号源；
17.所述电流源、电压源、数字化电阻、微电流源、脉冲信号源对应产生4ma～20ma电流源信号、1v～5v电压源信号、数字化电阻信号、微电流源信号和脉冲信号源信号；
18.所述控制模块(即控制卡)，用于控制所述多通道信号源模块输出，同时建立与上位机间通信。
19.进一步地，所述pxi机箱为可扩展机箱，每路信号源设置为单独的信号源插件；
20.所述信号源插件根据需求对输出信号进行配置，既能够灵活改变信号源种类和信号源数量，也可根据试验对象需求开发如脉冲信号源等更多类型信号源。
21.进一步地，该信号源装置还包括di/ai模块；
22.所述di/ai模块，用于接收反应堆保护系统动作信号，当反应堆保护系统触发保护动作时，可自动停止信号源步进，构成闭环控制；并将此时信号源输出与反应堆保护系统定值进行比较，以确保该试验项目有效。
23.进一步地，所述多种信号源通道均采用高精度输出单元，最小可调步进值均高于前端探测器输出精度，以保证定期试验的可靠性。
24.进一步地，该信号源装置根据所述上位机控制信号或装置内设程序进行输出时采用的是按照预设步长步进改变输出值的方式，当信号源装置监测到反应堆保护系统动作后，停止改变通道输出，从而可通过信号源装置当前输出值判断反应堆保护系统定值是否发生偏移。
25.第二方面，本发明又提供了一种应用于反应堆保护系统的定期试验系统，该系统
包括信号源装置、安全监测装置、安全逻辑装置、报警系统和声光报警器；所述信号源装置采用所述的一种应用于反应堆保护系统定期试验的信号源装置；
26.所述信号源装置的输入端与计算机之间双向通讯连接，所述信号源装置的输出端连接各个安全监测装置；各个安全监测装置均对应连接各个安全逻辑装置的输入端；所述安全逻辑装置的输出端均连接报警系统，所述报警系统连接声光报警器，所述声光报警器连接信号源装置；
27.所述上位机，用于对所述多通道信号源模块的通道输出逻辑进行编程，实现控制信号源改变对应通道的输出，以模拟反应堆保护系统前端探测器对应工况的变化；
28.所述信号源装置，用于产生多种信号源以模拟前端探测器信号，并将仪器状态反馈至计算；以及利用自身集成的多通道信号源输出模拟信号分别至安全监测装置，完成对安全监测装置所需输入信号的模拟；并通过信号源装置的ai/di通道监测反应堆保护系统触点动作状态来判断保护系统功能正常性；
29.所述安全监测装置，每一套安全监测装置输出3路保护信号触点分别输入至安全逻辑装置；
30.所述安全逻辑装置，用于构成2/3安全逻辑装置每个逻辑单元的3个输入通道，及经过逻辑符合运算后输出报警信号触点至报警系统；
31.所述报警系统，用于输出声光报警器控制信号，控制声光报警器发出报警信号；
32.所述声光报警器，用于通过声光报警提醒运行人员。
33.进一步地，所述所需输入信号包括4ma～20ma微电流信号模拟现场变送器信号和数字化电阻源模拟现场热电阻信号。
34.进一步地，所述安全监测装置包括安全监测装置a、安全监测装置b和安全监测装置c；
35.所述安全逻辑装置包括安全逻辑装置a、安全逻辑装置b和安全逻辑装置c；
36.所述信号源装置完成对所述安全监测装置a、安全监测装置b和安全监测装置c所需输入信号的模拟，每一套安全监测装置输出3路保护信号触点分别输入至对应的安全逻辑装置a、安全逻辑装置b和安全逻辑装置c，分别构成2/3安全逻辑装置每个逻辑单元的3个输入通道。
37.进一步地，所述信号源装置，还用于监测声光报警器的信号来判断反应堆保护系统是否达到预设报警值，实现对定期试验的闭环自动控制；某些情况下，当反应堆保护系统发出声光报警信号时并非是被试验信号发出，而是非被试验信号(某些相关量或其他保护信号)，通过在计算机软件中设置有被校验信号确认功能，当操作人员确认为其他报警信号时可通过操作计算机软件继续试验，以保证试验内容的真实可靠。
38.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
39.1、本发明一种应用于反应堆保护系统定期试验的信号源装置及系统，本发明用于反应堆保护系统t2、t3节点试验的信号源装置，不仅可以提供多种信号源输出以模拟前端传感器信号，还能根据反应堆保护系统安全逻辑通道符合方式控制每个通道的输出，并通过监测反应堆保护系统触点动作实现闭环控制，自动完成对反应堆保护系统的安全、高效定期试验，从而提高定期试验的效率，降低人因失误的风险和校验成本。
40.2、本发明一种应用于反应堆保护系统定期试验的信号源装置及系统，本发明系统
可代替传统模拟信号源实现对反应堆保护系统的智能化、自动化定期试验，能有效减少试验时间成本及人力成本，并降低人因失误的风险。本发明系统可满足对研究堆、核电站等不同反应堆保护系统定期试验的需求，具有适应性强、经济性高等优点。
附图说明
41.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
42.图1为反应堆仪控系统功能试验分段示意图。
43.图2为某研究堆仪控系统定期试验分段示意图。
44.图3为本发明一种应用于反应堆保护系统定期试验的信号源装置结构示意图。
45.图4为本发明一种应用于反应堆保护系统定期试验的信号源装置的前面板结构示意图。
46.图5为本发明一种应用于反应堆保护系统的定期试验系统结构示意图。
具体实施方式
47.在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
48.在本发明的各种实施例中，表述“或”或“a或/和b中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“a或b”或“a或/和b中的至少一个”可包括a、可包括b或可包括a和b二者。
49.在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
50.应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
51.在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义
相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
52.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
53.反应堆保护系统及其相关的控制和仪表系统需在反应堆运行或停堆期间开展定期功能试验，以探测故障和检查系统的可运行性。本发明提供过了一种应用于反应堆保护系统定期试验的信号源装置及系统，本发明为应用于反应堆保护系统定期试验过程中用于模拟前端探测器输出的信号源装置；该装置可通过自身输出电流、电压、电阻信号来模拟反应堆保护系统前端探测器输入，通过计算机软件或内部程序实现信号源装置的逻辑组合自动输出，通过监测声光报警器反馈来控制信号源装置信号输出的停止，从而实现对反应堆保护系统定期试验的自动控制，提高了定期试验过程的效率，降低试验过程的人因失误概率。
54.实施例1
55.如图3、图4所示，本发明一种应用于反应堆保护系统定期试验的信号源装置，该信号源装置包括上位机和pxi机箱，所述pxi机箱内设置有pic总线、控制模块和多通道信号源模块；所述上位机通过控制模块与多通道信号源模块进行通信，且所述上位机通过pic总线与多通道信号源模块通信连接；
56.所述多通道信号源模块，用于产生多种类型、多个通道的信号源以模拟前端探测器信号，并控制输出信号源至外部接口；
57.所述上位机，用于对所述多通道信号源模块的通道输出逻辑进行编程，实现控制信号源改变对应通道的输出，以模拟反应堆保护系统前端探测器对应工况的变化。
58.本发明装置可通过自身集成的多种类、多通道信号源模拟探测器输出，满足t2到t3试验阶段信号输入的需求，同时通过信号源装置内部程序控制每个通道的输出，来满足保护系统逻辑通道符合功能。本发明装置具有通讯方式灵活、集成化程度高、自动化程度高等优点。
59.作为进一步地实施，所述多通道信号源模块包括电流源、电压源、数字化电阻、微电流源和脉冲信号源；
60.所述电流源、电压源、数字化电阻、微电流源、脉冲信号源对应产生4ma～20ma电流源信号、1v～5v电压源信号、数字化电阻信号、微电流源信号和脉冲信号源信号；
61.所述控制模块(即控制卡)，用于控制所述多通道信号源模块输出，同时建立与上位机间通信。
62.作为进一步地实施，所述pxi机箱为可扩展机箱，每路信号源设置为单独的信号源插件；
63.所述信号源插件根据需求对输出信号进行配置，既能够灵活改变信号源种类和信号源数量，也可根据试验对象需求开发如脉冲信号源等更多类型信号源。
64.以上技术方案，利用机箱搭配插件的形式，可使装置具备较强的可扩展性，并根据功能需求进行二次开发，可适应不同场景的应用需求。
65.作为进一步地实施，该信号源装置还包括di/ai模块；
66.所述di/ai模块，用于接收反应堆保护系统动作信号，当反应堆保护系统触发保护动作时，可自动停止信号源步进，构成闭环控制；并将此时信号源输出与反应堆保护系统定值进行比较，以确保该试验项目有效。
67.作为进一步地实施，所述多种信号源通道均采用高精度输出单元，最小可调步进值均高于前端探测器输出精度，以保证定期试验的可靠性。
68.作为进一步地实施，该信号源装置根据所述上位机控制信号或装置内设程序进行输出时采用的是按照预设步长步进改变输出值的方式，当信号源装置监测到反应堆保护系统动作后，停止改变通道输出，从而可通过信号源装置当前输出值判断反应堆保护系统定值是否发生偏移。
69.作为进一步地实施，本发明装置可在上位机控制信号或装置内设程序的控制下根据定期试验逻辑自动输出校验信号，并通过步进方式逐渐靠近保护系统保护定值，以尽可能实际地模拟保护系统执行的安全功能。
70.具体地，所述上位机软件能够根据被校验的反应堆保护系统安全逻辑组合方式，通过编程灵活改变信号源输出逻辑，实现1/2、1/3、2/3、2/4等不同逻辑组合输出，以适应不同反应堆保护系统逻辑组合形式。
71.本发明信号源装置通过自身集成的多种类、多通道信号源来模拟反应堆保护系统前端探测器，以满足反应堆保护系统定期试验时对输入通道信号类型和通道数量的要求。根据反应堆保护系统保护参数设置要求，利用上位机控制信号或装置内设程序来改变信号源装置对应通道的输出，从而模拟反应堆事故工况，并通过信号源装置的ai/di通道监测保护系统触点动作状态来判断保护系统功能正常性。进一步地，信号源装置根据上位机控制信号或装置内设程序进行输出时采用的是按照预设步长步进改变输出值的方式，当信号源装置监测到保护系统动作后，停止改变通道输出，从而可通过信号源装置当前输出值判断保护系统定值是否发生偏移。
72.实施例2
73.如图5所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了一种应用于反应堆保护系统的定期试验系统，该系统包括信号源装置、安全监测装置、安全逻辑装置、报警系统和声光报警器；所述信号源装置采用实施例1所述的一种应用于反应堆保护系统定期试验的信号源装置；
74.所述信号源装置的输入端与计算机之间双向通讯连接，所述信号源装置的输出端连接各个安全监测装置；各个安全监测装置均对应连接各个安全逻辑装置的输入端；所述安全逻辑装置的输出端均连接报警系统，所述报警系统连接声光报警器，所述声光报警器连接信号源装置；
75.所述上位机，用于对所述多通道信号源模块的通道输出逻辑进行编程，实现控制信号源改变对应通道的输出，以模拟反应堆保护系统前端探测器对应工况的变化；
76.所述信号源装置，用于产生多种信号源以模拟前端探测器信号，并将仪器状态反馈至计算；以及利用自身集成的多通道信号源输出模拟信号分别至安全监测装置，完成对安全监测装置所需输入信号的模拟；并通过信号源装置的ai/di通道监测反应堆保护系统触点动作状态来判断保护系统功能正常性；
77.所述安全监测装置，每一套安全监测装置输出3路保护信号触点分别输入至安全
逻辑装置；
78.所述安全逻辑装置，用于构成2/3安全逻辑装置每个逻辑单元的3个输入通道，及经过逻辑符合运算后输出报警信号触点至报警系统；
79.所述报警系统，用于输出声光报警器控制信号，控制声光报警器发出报警信号；
80.所述声光报警器，用于通过声光报警提醒运行人员。
81.作为进一步地实施，所述所需输入信号包括4ma～20ma微电流信号模拟现场变送器信号和数字化电阻源模拟现场热电阻信号。
82.作为进一步地实施，所述安全监测装置包括安全监测装置a、安全监测装置b和安全监测装置c；
83.所述安全逻辑装置包括安全逻辑装置a、安全逻辑装置b和安全逻辑装置c；
84.所述信号源装置完成对所述安全监测装置a、安全监测装置b和安全监测装置c所需输入信号的模拟，每一套安全监测装置输出3路保护信号触点分别输入至对应的安全逻辑装置a、安全逻辑装置b和安全逻辑装置c，分别构成2/3安全逻辑装置每个逻辑单元的3个输入通道。
85.具体实施时，本实施例采用2/3保护逻辑，如图5所示：在图5中信号源装置可与计算机之间进行双向通讯，计算机控制信号源装置输出，同时信号源装置可将仪器状态反馈至计算机，信号源装置利用自身集成的多通道信号源输出模拟信号分别至安全监测装置a、安全监测装置b和安全监测装置c，完成对安全监测装置所需输入信号(4ma～20ma微电流信号模拟现场变送器信号、数字化电阻源模拟现场热电阻信号)的模拟，每一套安全监测装置输出3路保护信号触点分别输入至安全逻辑装置a、安全逻辑装置b、安全逻辑装置c，分别构成2/3安全逻辑装置每个逻辑单元的3个输入通道，安全逻辑装置经过逻辑符合运算后输出报警信号触点至报警系统，报警系统输出声光报警器控制信号，控制声光报警器发出报警信号以提醒运行人员。
86.信号源装置还可以监测声光报警器的信号来判断反应堆保护系统是否达到预设报警值，实现对定期试验的闭环自动控制；某些情况下，当反应堆保护系统发出声光报警信号时并非是被试验信号发出，而是非被试验信号(某些相关量或其他保护信号)，通过在计算机软件中设置有被校验信号确认功能，当操作人员确认为其他报警信号时可通过操作计算机软件继续试验，以保证试验内容的真实可靠。
87.根据安全逻辑装置2/3保护逻辑，当安全监测装置中有两套系统处于保护状态时才能够触发安全逻辑装置保护动作，当利用信号源装置进行定期试验时，通常采用将一路信号预设为处于保护值，另外一路缓慢逼近保护值，并分别利用安全监测装置a-b、b-c、a-c组合方式，实现对保护参数和保护组合逻辑通道试验的全覆盖。
88.例如，当进行反应堆温度信号定值试验时，先将安全监测装置c对应的信号源装置通道输出设置为正常值，将安全监测装置b对应的信号源装置通道输出设置为保护值，将安全监测装置a对应的信号源装置通道输出设置为保护初始值(某一接近于保护值的且未触发保护动作的预设值)，当启动定期试验时，安全监测装置a对应的信号源装置通道输出值将根据预设程序按照设定步长和方向步进改变通道输出，当信号源装置监测到声光报警信号判断出保护系统已达到报警值时自动停止改变信号源输出，并判断当前输出与保护定值间的偏差，从而判断保护系统功能、性能是否满足使用要求。
89.本发明系统可代替传统模拟信号源实现对反应堆保护系统的智能化、自动化定期试验，能有效减少试验时间成本及人力成本，并降低人因失误的风险。本发明系统可满足对研究堆、核电站等不同反应堆保护系统定期试验的需求，具有适应性强、经济性高等优点。
90.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。