一种热管冷却反应堆测点优化布置及故障诊断方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种热管冷却反应堆测点优化布置及故障诊断方法及系统，选择热管冷却反应堆中蒸发段与绝热段之间，以及绝热段与冷凝段之间作为测点位置；确定测点位置的测点热管的数量，在热管上分别布置温度测点；收集温度测点处的温度、反应堆堆芯功率测量值和热电转化装置的电功率测量值，结合计算流体力学模拟手段实现对热管冷却反应堆的精确模拟计算，进行信息融合处理得到每根热管在蒸发段与绝热段之间，以及热管在绝热段与冷凝段之间的温度；根据计算的温度数据判断热管冷却反应堆中每根热管是否正常工作，并判断出破损热管的数量和位置。本发明专利技术通过测点位置选择，测点数量优化，测点信息融合，最终对每根热管都能够进行故障诊断。行故障诊断。行故障诊断。

【技术实现步骤摘要】
一种热管冷却反应堆测点优化布置及故障诊断方法及系统


[0001]本专利技术属于反应堆故障诊断
，具体涉及一种热管冷却反应堆测点优化布置及故障诊断方法及系统。

技术介绍

[0002]与压水堆、沸水堆和高温气冷堆相比，热管冷却反应堆因为其可靠性高、噪声低和结构紧凑等特点，被广泛应用于航空航天和深海探测等领域。在热管冷却反应堆中，热管是连接反应堆堆芯与热电转化装置的能量传递设备，其安全运行对于热管冷却反应堆至关重要。
[0003]然而，由于热管冷却反应堆长时间在深海或深空工作，且热管工作温度较高，一般为1000K，当热管发生故障时，若不及时发现处置，会影响热管冷却反应堆的正常运行，可能会使得其它热管相继发生故障，严重时会导致反应堆堆芯损坏，引起安全事故，并危害环境安全。
[0004]因此有必要对热管的工作状态进行有效监测，掌握发生故障的热管数量等信息，为进行热管堆的控制与运行提供信息。由于热管冷却反应堆结构紧凑，如果每根热管都安装传感器，对热管进行测量，则会导致传感器数量巨大，相应的信号传输和收集装置也会大量增加，增加了建设和运行成本，且热管冷却反应堆的体积有限，由于物理空间的限制也不能实现安装。因此，有必要采用软测量手段即信息融合方法结合有限数量的实测数据进行热管工作状态的监测，同时对测点实现优化布置，在保证对热管进行有效监测的基础上，达到经济有效的目标。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种热管冷却反应堆测点优化布置及故障诊断方法及系统，过测点位置选择，测点数量优化，测点信息融合，最终对每根热管都能够进行故障诊断。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种热管冷却反应堆测点优化布置及故障诊断方法，包括以下步骤：
[0008]S1、选择热管冷却反应堆中蒸发段与绝热段之间，以及绝热段与冷凝段之间作为测点位置；
[0009]S2、对步骤S1测点位置的热管温度进行模糊聚类分析，确定测点热管的数量m，在m根热管上分别布置2个温度测点；
[0010]S3、基于步骤S2确定的温度测点数量，收集温度测点处的温度、反应堆堆芯功率测量值和热电转化装置的电功率测量值，结合计算流体力学模拟手段实现对热管冷却反应堆的精确模拟计算，根据实测的热管温度进行信息融合处理，得到每根热管在蒸发段与绝热段之间，以及热管在绝热段与冷凝段之间的温度；
[0011]S4、根据步骤S3计算的温度数据判断热管冷却反应堆中每根热管是否正常工作，
并判断出破损热管的数量和位置。
[0012]具体的，步骤S2中，首先确定热管的截面形状，然后对测点进行筛选，再分别对筛选的蒸发段与绝热段之间，以及绝热段与冷凝段之间的测点进行模糊聚类分析，得到最终用于热管冷却反应堆的温度测点。
[0013]进一步的，模糊聚类分析具体为：
[0014]采用相关系数法建立模糊相似矩阵；采用平方法求取模糊相似矩阵的传递闭包作为模糊等价矩阵；根据模糊等价矩阵,在[0,1]中选取阈值λ，对温度变量分类，在每个类中选取某一个测点安装传感器，监测热管冷却反应堆工作状态。
[0015]进一步的，若某个测点的热管损坏，通过测点传递损坏热管的温度信息；若没有测点相邻的热管损坏，传递所有测点的热管温度，进行信息融合后得到在所有热管节点两个测点位置上的温度；若某个测点失效、不准确或传感器损坏，计算所有热管节点两个测点位置上的温度。
[0016]具体的，步骤S3具体为：
[0017]将各热管测点的温度、堆芯功率和热电转化装置电功率进行融合处理，利用CFD得到热管冷却反应堆的稳态温度分布，再通过实测点的温度，对CFD模拟计算的温度分布进行修正，得到所有热管在节点的蒸发段与绝热段之间，以及绝热段与冷凝段之间的温度。
[0018]进一步的，各个热管在蒸发段和绝热段之间的温度T
h,x
计算如下：
[0019]T
h,x
＝f
h
(T
h,1
,T
h,2
,...T
h,m
,Q
core
,Q
tec
)
[0020]各个热管在绝热段和冷凝段之间的温度T
c,x
计算如下：
[0021]T
c,x
＝f
c
(T
c,1
,T
c,2
,...T
c,m
,Q
core
,Q
tec
)
[0022]其中，x∈[1,n]，n为热管总数量，f
h
为蒸发段和绝热段之间的信息融合函数，T
h,1
,T
h,2
,...T
h,m
为热管在蒸发段与绝热段之间的测量温度，Q
core
为堆芯功率，Q
tec
为热电转化装置电功率，T
c,1
,T
c,2
,...T
c,m
为热管在绝热段与冷凝段之间的测量温度，f
c
为绝热段与冷凝段之间的信息融合函数。
[0023]具体的，步骤S4中，基于热管冷却反应堆，用堆芯功率测量值估计堆芯出口处温度T
core
和热管热端温度T
hot
，将热管热端温度T
hot
与蒸发段与绝热段之间的温度T
h,x
比较，如果T
hot
＝T
h,x
，则热管x完好；如果从T
hot
＝T
h,x
发展到T
h,x
‑
T
hot
>C1，则热管x损坏，否则是周围热管损坏引起温度变化，C1值是根据CFD模拟热管损坏时，蒸发段与绝热段之间的热管温度变化取定。
[0024]具体的，步骤S4中，基于热管冷却反应堆，用热电转化装置电功率估计热管冷端温度T
cool
，与绝热段和冷凝段之间的温度T
c,x
比较，若T
cool
＝T
c,x
，则热管x完好；若从T
cool
＝T
c,x
发展到T
cool
‑
T
c,x
>C2，则热管x损坏，否则是周围热管损坏引起温度变化，C2值是根据CFD模拟热管损坏时，绝热段与冷凝段之间的热管温度变化取定。
[0025]具体的，步骤S4中，基于热管冷却反应堆，蒸发段与绝热段之间的温度T
h,x
和绝热段和冷凝段之间的温度T
c,x
之间存在温度梯度，若T
h,x
‑
T
c,x
>C3，则热管x损坏，否则是周围热管损坏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热管冷却反应堆测点优化布置及故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选择热管冷却反应堆中蒸发段与绝热段之间，以及绝热段与冷凝段之间作为测点位置；S2、对步骤S1测点位置的热管温度进行模糊聚类分析，确定测点热管的数量m，在m根热管上分别布置2个温度测点；S3、基于步骤S2确定的温度测点数量，收集温度测点处的温度、反应堆堆芯功率测量值和热电转化装置的电功率测量值，结合计算流体力学模拟手段实现对热管冷却反应堆的精确模拟计算，根据实测的热管温度进行信息融合处理，得到每根热管在蒸发段与绝热段之间，以及热管在绝热段与冷凝段之间的温度；S4、根据步骤S3计算的温度数据判断热管冷却反应堆中每根热管是否正常工作，并判断出破损热管的数量和位置。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，首先确定热管的截面形状，然后对测点进行筛选，再分别对筛选的蒸发段与绝热段之间，以及绝热段与冷凝段之间的测点进行模糊聚类分析，得到最终用于热管冷却反应堆的温度测点。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，模糊聚类分析具体为：采用相关系数法建立模糊相似矩阵；采用平方法求取模糊相似矩阵的传递闭包作为模糊等价矩阵；根据模糊等价矩阵,在[0,1]中选取阈值λ，对温度变量分类，在每个类中选取某一个测点安装传感器，监测热管冷却反应堆工作状态。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，若某个测点的热管损坏，通过测点传递损坏热管的温度信息；若没有测点相邻的热管损坏，传递所有测点的热管温度，进行信息融合后得到在所有热管节点两个测点位置上的温度；若某个测点失效、不准确或传感器损坏，计算所有热管节点两个测点位置上的温度。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3具体为：将各热管测点的温度、堆芯功率和热电转化装置电功率进行融合处理，利用CFD得到热管冷却反应堆的稳态温度分布，再通过实测点的温度，对CFD模拟计算的温度分布进行修正，得到所有热管在节点的蒸发段与绝热段之间，以及绝热段与冷凝段之间的温度。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，各个热管在蒸发段和绝热段之间的温度T
h,x
计算如下：T
h,x
＝f
h
(T
h,1
,T
h,2
,...T
h,m
,Q
core
,Q
tec
)各个热管在绝热段和冷凝段之间的温度T
c,x
计算如下：T
c,x
＝f
c
(T
c,1
,T
c,2
,...T
c,m
,Q
core
,Q
tec
)其中，x∈[1,n]，n为热管总数量，f
h
为蒸发段和绝热段之间的信息融合函数，T
h,1
,T
h,2
,...T
h,m
为热管在蒸发段与绝热段之间的测量温度，Q
core
为堆芯功率，Q
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙培伟，蒲松茂，孙浩沩，马骞，魏新宇，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：