反应堆控制棒驱动机构监测及故障诊断方法及系统技术方案

技术编号：40960987 阅读：3 留言：0更新日期：2024-04-18 20:39

本发明专利技术属于核电站技术领域，具体涉及一种反应堆控制棒驱动机构监测及故障诊断方法及系统。本发明专利技术包括如下步骤：S1、分别采集提升线圈电压和电流信号、移动线圈电压和电流信号、保持线圈电压和电流信号、每个驱动机构的振动信号；S2、将步骤S1的信号进行数据滤波处理；S3、将步骤S2的经过滤波处理后的数据进行数据预处理；S4、得到最终单台驱动机构的状态信息；S5、就行异常值的检测；S6、综合S4和S5中的驱动机构的状态监测及故障诊断结果，输出每一台驱动机构的最终状态。本发明专利技术实现了驱动机构运行状态的实时监测，以及各类故障工况下的快速识别与定位；同时能够实现驱动机构性能退化的早期预警。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于核电站，具体涉及一种反应堆控制棒驱动机构监测及故障诊断方法及系统。

技术介绍

1、压水堆核电站的控制棒驱动系统主要用于提升、插入和保持控制棒束，使反应堆稳定运行在某一功率水平下，实现反应堆的启堆、运行、正停堆和紧急，是核电站中重要的仪控系统。在核电站中，控制棒驱动系统运行的正确性和可靠性与反应堆的安全运行和稳定控制息息相关；而实际运行能否得到实现又与控制棒驱动机构的性能密不可分。

2、当控制棒驱动机构发生故障或性能退化时，将会造成控制棒束滑落、卡滞等严重影响反应堆正常运行的故障或事故，进而影响反应堆的安全性和经济性。由于核电站驱动机构安装于高温、高压的密闭的反应堆压力容器中，其运行状态无法直接监测，常规的性能检测方法只能在大修或换料期间进行离线测量，人力和时间成本高较高，同时也不具备故障提前预测的能力。

技术实现思路

1、本专利技术解决的技术问题，提供一种反应堆控制棒驱动机构监测及故障诊断方法及系统，突破了现有核电站驱动机构性能只能通过人工进行手动离线检测的缺陷，以高准确性和高可靠性的状态参数测量能力，实现了驱动机构运行状态的实时监测，以及各类故障工况下的快速识别与定位；同时能够实现驱动机构性能退化的早期预警。

2、本专利技术采用的技术方案：

3、一种反应堆控制棒驱动机构监测及故障诊断方法，包括如下步骤：

4、s1、分别采集提升线圈电压和电流信号、移动线圈电压和电流信号、保持线圈电压和电流信号、每个驱动机构的振动信号；</p>

5、s2、将步骤s1的信号传感器中采集到的每台驱动机构的提升线圈电压和电流信号、移动线圈电压和电流信号、保持线圈电压和电流信号、驱动机构振动信号进行数据滤波处理；

6、s3、将步骤s2的经过滤波处理后的数据进行数据预处理，并从中提取出每台驱动机构振动点、驱动机构动作时间、运行模式、三类线圈的电阻和电感值特征参数信息；

7、s4、对步骤s3中处理的单台驱动机构的特征特征参数进行阈值比较、fsm模型和svm模型三种算法综合诊断得到最终单台驱动机构的状态信息；

8、s5、对步骤s3中处理的69台驱动机构特征参数按照堆芯布置进行分组，对比每一组中的同一特征参数，并采用3σ原则就行异常值的检测；

9、s6、综合s4和s5中的驱动机构的状态监测及故障诊断结果，输出每一台驱动机构的最终状态，若某一驱动机构既无预警信息，也无报警信息，则输出正常状态。

10、在驱动机构顶部还安装有加速度传感器，采集到提升线圈电压和电流信号、移动线圈电压和电流信号、保持线圈电压和电流信号；在驱动机构的顶部位置设置加速度传感器，分别采集每个驱动机构的振动信号。

11、所述数据预处理中驱动机构振动点的定义及提取方式为：

12、驱动机构提升运行过程中，振动信号中各振动点的定义如下：

13、-振动信号1(zt1)：传递磁极吸合和传递钩爪啮合产生的振动信号；

14、-振动信号2(zt2)：驱动杆下降，落到传递钩爪上产生的振动信号；

15、-振动信号3(zt3)：保持磁极释放和保持钩爪退出产生的振动信号；

16、-振动信号4(zt4)：提升磁极吸合产生的振动信号；

17、-振动信号5(zt5)：保持磁极吸合和保持钩爪啮合产生的振动信号；

18、-振动信号6(zt6)：移动磁极释放和移动钩爪退出产生的振动信号；

19、-振动信号7(zt7)：提升磁极释放产生的振动信号；

20、上述振动点的提取方式如下：

21、分别记提升线圈电流数据、移动线圈电流数据、保持线圈电流数据为i_lc、i_mc、i_sc，去噪后分别为i_lc_1、i_mc_1、i_sc_1，自定义波动检测函数，提取出目标振动点s。

22、具体提取步骤如下：

23、给定搜索起始位置s、窗宽w、灵敏度k，将经过步骤s2处理后的数据采用小波分解后，由小波出现位置定位至随时间变化而产生信号波动的时间信息，将该小波起始位置记为s；

24、对数据进行随机抽样发现数据发生变化的数据点最长不超过总体数据的0.02倍，对数据压缩至2khz后为1666个数据点，即波动数据点个数向下取整后不超过33个数据点，即w需要在区间[0,33]；

25、该函数从数据s时刻开始搜索区间[s,s+w]；

26、取区间[s,s+w]内最大值记为最小值为记最大值和最小值出现时刻位置差值为d；

27、由于波动可以向上波动或向下波动，取的绝对值，如小于初始给定的灵敏度k，则将s向后推移一个位置，直至小于灵敏度k，则输出s为波动发生位置。

28、所述数据预处理中驱动机构动作时间的定义及提取方式为：

29、驱动机构提升运行过程中，根据电流变化点和数据预处理中驱动机构振动点提取的振动信号，、将其划分为6个时间点，分别为：

30、t1为移动电流磁极闭合时间(mc线圈电流开始上升时刻→对应振动信号1)；

31、t2为保持电流磁极打开时间(sc线圈电流开始下降时刻→对应振动信号3)；

32、t3为提升电流磁极闭合时间(lc线圈电流开始上升时刻→对应振动信号4)；

33、t4为保持电流磁极闭合时间(sc线圈电流开始上升时刻→对应振动信号5)；

34、t5为移动电流磁极打开时间(mc线圈电流开始下降时刻→对应振动信号6)；

35、t6为提升电流磁极打开时间(lc线圈电流开始下降时刻→对应振动信号7)；

36、t7为载荷传递时间(sc大电流变零时刻→对应振动信号2)。

37、上述动作时间的提取方式如下：

38、对于动作时间点的提取，先采用小波分解的奇异值检测，后采用波动检测函数，结合振动信号幅值突变的特点进行确定，各动作时间得提取算法类似，

39、所述数据预处理中驱动机构运行模式的定义及提取方式为：

40、通过提取带时间标签的lc线圈和mc线圈的电流信号，根据它们之间大电流出现的时间先后顺序判断驱动机构处于如下三种运行模式：

41、提升运行模式：mc线圈大电流先于lc线圈出现；

42、下插运行模式：lc线圈大电流先于mc线圈出现；

43、保持运行模式：mc线圈和lc线圈为零，sc线圈电流持续为4.7a。

44、所述数据预处理中驱动机构三个线圈电阻和电感参数的提取方式为：

45、根据3组线圈的电流波形的特征转折点，利用动作时间点提取的数据，将电流段划分为电流平台段、电流上升段、电流下降段3类电流波形段；

46、在已知线圈两端电压、电流时，求得线圈的电阻值大小，即：

47、

48、再任取电流上升段波形上任一点t1，根据线圈两端的电压u1和电流i1求取电路的时间常数，根据已知的电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种反应堆控制棒驱动机构监测及故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的反应堆控制棒驱动机构监测及故障诊断方法，其特征在于，在驱动机构顶部还安装有加速度传感器，采集到提升线圈电压和电流信号、移动线圈电压和电流信号、保持线圈电压和电流信号；在驱动机构的顶部位置设置加速度传感器，分别采集每个驱动机构的振动信号。

3.根据权利要求1所述的反应堆控制棒驱动机构监测及故障诊断方法，其特征在于，所述数据预处理中驱动机构振动点的定义及提取方式为：

4.根据权利要求3所述的反应堆控制棒驱动机构监测及故障诊断方法，其特征在于，具体提取步骤如下：

5.根据权利要求4所述的反应堆控制棒驱动机构监测及故障诊断方法，其特征在于，所述数据预处理中驱动机构动作时间的定义及提取方式为：

6.根据权利要求5所述的反应堆控制棒驱动机构监测及故障诊断方法，其特征在于，所述数据预处理中驱动机构运行模式的定义及提取方式为：

7.根据权利要求6所述的反应堆控制棒驱动机构监测及故障诊断方法，其特征在于，所述数据预处理中驱动机构

8.根据权利要求1所述的反应堆控制棒驱动机构监测及故障诊断方法，其特征在于，所述S4具体包括：

9.根据权利要求1所述的反应堆控制棒驱动机构监测及故障诊断方法，其特征在于，所述S5的流程为：

10.一种反应堆控制棒驱动机构监测及故障诊断系统，其特征在于，包括：

...

【技术特征摘要】

1.一种反应堆控制棒驱动机构监测及故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求1所述的反应堆控制棒驱动机构监测及故障诊断方法，其特征在于，所述数据预处理中驱动机构振动点的定义及提取方式为：

4.根据权利要求3所述的反应堆控制棒驱动机构监测及故障诊断方法，其特征在于，具体提取步骤如下：

5.根据权利要求4所述的反应堆控制棒驱动机构监测及故障...

【专利技术属性】
技术研发人员：李梦书，郑杲，李国勇，许明周，黄可东，王华金，崔怀明，周继翔，何正熙，曹锐，张显均，陈帅君，王春蕾，彭子恒，彭仁勇，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：

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