振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于核反應(yīng)堆，特別是壓力水冷反應(yīng)堆(PWR)中的反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)部構(gòu)件、(主要)冷卻循環(huán)系統(tǒng)組件和反應(yīng)堆冷卻劑泵的振動(dòng)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)和相應(yīng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]組件的振動(dòng)特性是其機(jī)械條件變化的最敏感指標(biāo)之一。為了在早期檢測(cè)反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)部構(gòu)件、(主要)循環(huán)系統(tǒng)組件和反應(yīng)堆冷卻劑泵的機(jī)械性能退化，在電站運(yùn)行期間監(jiān)測(cè)振動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種用于核電站的綜合振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和相應(yīng)方法，其提供關(guān)于被監(jiān)測(cè)組件的結(jié)構(gòu)健康的可靠信息，包括趨勢(shì)和預(yù)測(cè)，并且考慮這些組件之間的各種交互作用。
[0004]通過權(quán)利要求限定的方法和裝置/系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)這些和其他目的。
[0005]具體地，提供一種方法，通過使用由附接到單獨(dú)的結(jié)構(gòu)組件的振動(dòng)傳感器確定的振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)或信號(hào)，特別是在核電站中監(jiān)測(cè)操作上的可靠功能，并且用于復(fù)雜的技術(shù)裝置的預(yù)防性維修和損失預(yù)防，所述復(fù)雜的技術(shù)裝置由許多單獨(dú)的結(jié)構(gòu)組件組成，并且其單獨(dú)的組件間接或直接相互影響，其中
[0006]a)單獨(dú)測(cè)量點(diǎn)的確定的信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域，產(chǎn)生頻譜，
[0007]b)從頻譜中確定和選擇與單獨(dú)的結(jié)構(gòu)組件的穩(wěn)定狀態(tài)特性或擾動(dòng)特性特別相關(guān)的某些頻率范圍和/或其組合，
[0008]c)關(guān)于它們的頻率值和它們的大小，將這些譜頻率范圍的變化和與其相關(guān)的預(yù)定義的或預(yù)記錄的參考特征進(jìn)行比較，并且
[0009]d)當(dāng)確定的偏差超過預(yù)定義的閾值時(shí)，發(fā)出警報(bào)。
[0010]相應(yīng)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括實(shí)現(xiàn)這些方法步驟的硬件和/或軟件構(gòu)架。
[0011 ] 在優(yōu)選應(yīng)用中，它適合于監(jiān)測(cè)壓力水冷反應(yīng)堆中的反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)部構(gòu)件、主要循環(huán)系統(tǒng)組件和反應(yīng)堆冷卻劑泵。
【附圖說明】
[0012]在附圖中給出示例性實(shí)施例和與其相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。
[0013]圖1示出4環(huán)路壓力水冷反應(yīng)堆的主要冷卻循環(huán)系統(tǒng)的一些主要組件，具有典型的監(jiān)測(cè)儀器的優(yōu)選位置指示。
[0014]圖2示出壓力水冷反應(yīng)堆中主要振動(dòng)關(guān)系(原因、結(jié)果、相關(guān)性/意義)的表。
[0015]圖3示出時(shí)域和頻域的壓力水冷反應(yīng)堆中的典型振動(dòng)信號(hào)。
[0016]圖4示出參考頻譜，明顯的峰代表專用組件的振動(dòng)。
[0017]圖5示出具有明顯的峰的參考頻譜和頻率帶。
[0018]圖6示出用于主要循環(huán)系統(tǒng)組件振動(dòng)的典型監(jiān)測(cè)表的摘錄。
[0019]圖7示出反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的架子(左側(cè)的剖視圖)，具有明顯的峰的功率頻譜密度和架子的彎曲振動(dòng)的監(jiān)測(cè)的頻率特性(右側(cè)的上圖)，以及頻率趨勢(shì)圖，具有監(jiān)測(cè)的架子的彎曲振動(dòng)的閾值違規(guī)(右側(cè)的下圖)。
[0020]圖8示出來自操縱測(cè)量和參考測(cè)量的絕對(duì)位移信號(hào)的自功率密度的商譜。
[0021]圖9示出操作測(cè)量的有效值頻譜與參考測(cè)量的相應(yīng)頻譜的比較。
[0022]圖10示出有效值頻譜的趨勢(shì)(層疊圖)。
[0023]圖11示出速度-諧波有效值的趨勢(shì)(趨勢(shì)圖)。
[0024]圖12示出用于主要冷卻劑泵軸振動(dòng)的典型監(jiān)測(cè)表的摘錄(縮寫見圖6中的略語表)O
[0025]圖13示出操作測(cè)量(上半部分)和參考測(cè)量(下半部分)的時(shí)域的軸心軌跡(左側(cè))和軸振動(dòng)信號(hào)(右側(cè))。
[0026]圖14示出用于系統(tǒng)控制軟件中系統(tǒng)設(shè)置的定義的幾個(gè)計(jì)算機(jī)執(zhí)行配置模板(圖形用戶界面，這里是:監(jiān)測(cè)的對(duì)象數(shù)據(jù)、測(cè)量模板、監(jiān)測(cè)參數(shù))。
[0027]圖15示出在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的監(jiān)測(cè)結(jié)果(這里是，監(jiān)測(cè)的對(duì)象的3D模式、具有當(dāng)前參數(shù)的監(jiān)測(cè)表、當(dāng)前頻譜和參考頻譜的比較、具有注意閾值違規(guī)的監(jiān)測(cè)參數(shù)的趨勢(shì)圖)。
[0028]圖16示出在系統(tǒng)軟件中實(shí)現(xiàn)的進(jìn)一步分析和圖形功能。
[0029]圖17示出在系統(tǒng)軟件中實(shí)現(xiàn)的相關(guān)協(xié)議(這里是:測(cè)量協(xié)議、電站工藝參數(shù)的協(xié)議、當(dāng)前監(jiān)測(cè)參數(shù)的協(xié)議)和圖形功能(這里是:當(dāng)前頻譜的圖形)。
【具體實(shí)施方式】
[0030]1.系統(tǒng)的目的
[0031]根據(jù)本發(fā)明的振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(VMS)通過機(jī)械組件振動(dòng)的頻率和大小監(jiān)測(cè)，檢測(cè)壓力水冷反應(yīng)堆(PWR)中的反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)部構(gòu)件、(主要)循環(huán)系統(tǒng)組件以及反應(yīng)堆冷卻劑泵的振動(dòng)特性的變化。它符合相關(guān)監(jiān)管機(jī)構(gòu)的要求。通過合適的修改，根據(jù)本發(fā)明的VMS也可以用在沸水反應(yīng)堆(BWR)以及一般的工業(yè)電站和技術(shù)設(shè)備中。
[0032]2.監(jiān)測(cè)儀器
[0033]為了監(jiān)測(cè)組件振動(dòng)，根據(jù)本發(fā)明的VMS提供振動(dòng)傳感器，并且另外使用由電站的操作儀器提供的堆芯外中子通量噪音信號(hào)。在圖1中示出典型的振動(dòng)儀器的概括圖。4環(huán)路PWR的各個(gè)主要循環(huán)系統(tǒng)組件，例如，反應(yīng)堆壓力容器(RPV)、加壓器(PZ)、蒸汽發(fā)生器(SG)、反應(yīng)堆冷卻劑泵(RCP)，以及連接線，例如，主冷卻劑線(MCL)在簡(jiǎn)化的立體圖中示出。由各自的符號(hào)表示用于諸如檢測(cè)冷卻劑壓力波動(dòng)、環(huán)路振動(dòng)、RCP振動(dòng)、RPV振動(dòng)和RCP軸振動(dòng)的不同任務(wù)的振動(dòng)傳感器的優(yōu)選位置。
[0034]3.監(jiān)測(cè)方法
[0035]3.1 概述
[0036]包括支撐件的主要循環(huán)系統(tǒng)的組件表現(xiàn)為振動(dòng)耦連的多質(zhì)量的系統(tǒng)。根據(jù)耦連的程度，這些測(cè)量變量中的每一個(gè)都提供幾個(gè)組件的振動(dòng)信息。振動(dòng)激發(fā)、導(dǎo)致的組件振動(dòng)、可用測(cè)量變量與從這些變量導(dǎo)出的信息之間的主要關(guān)系在圖2中示出。
[0037]振動(dòng)特性可通過振動(dòng)特征函數(shù)和振動(dòng)特征變量來表征。在規(guī)定的穩(wěn)態(tài)正常電站條件下，進(jìn)行參考測(cè)量，以完成參考特征函數(shù)、參考特征變量和它們的參考測(cè)量信號(hào)的值(參考值)。在振動(dòng)監(jiān)測(cè)的開始進(jìn)行這些參考測(cè)量。
[0038]在接下來的電站操作過程中，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)正常電站條件下的其他測(cè)量(操作測(cè)量)。為了確定振動(dòng)特性的變化，將操作測(cè)量的特征函數(shù)和變量基本上與參考特征函數(shù)和變量進(jìn)行比較。
[0039]通過從時(shí)域到頻域(例如，自譜、互譜、相干函數(shù)、轉(zhuǎn)換函數(shù)幅值和相位)的測(cè)量信號(hào)的快速傅里葉變換(FFT)確定振動(dòng)特征函數(shù)。在這些函數(shù)中，監(jiān)測(cè)的組件的振動(dòng)條件特征表現(xiàn)為幅值峰。因此，這些峰的變化可以直接分配給組件的振動(dòng)特性的變化。
[0040]圖3示例性地示出4環(huán)路PWR的時(shí)域和頻域(自功率頻譜)的典型振動(dòng)信號(hào)。
[0041]從頻域(監(jiān)測(cè)的參數(shù):頻譜中定義的峰的頻率和/或大小)的振動(dòng)特征函數(shù)確定振動(dòng)變量。在調(diào)整周期自動(dòng)進(jìn)行操作測(cè)量。將測(cè)量的頻率和/或大小偏差與注意閾值(attent1n threshold)進(jìn)行比較。閾值違規(guī)被自動(dòng)宣布并發(fā)信號(hào)到主控制室(MCR)。
[0042]特征變量分配到組件是基于實(shí)驗(yàn)、計(jì)算并基于以另外的臨時(shí)儀器進(jìn)行的調(diào)試測(cè)量。
[0043]3.2主要循環(huán)系統(tǒng)的組件和反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)部構(gòu)件的監(jiān)測(cè)
[0044]在監(jiān)測(cè)的開始，進(jìn)行參考測(cè)量并計(jì)算參考頻譜。用戶用光標(biāo)在參考頻譜中標(biāo)記要被監(jiān)測(cè)的峰(見圖4)和對(duì)應(yīng)的頻帶(見圖5)，其中在未來的操作振動(dòng)測(cè)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)這些峰。每個(gè)被標(biāo)記的峰的以下數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)入監(jiān)測(cè)表(見圖6):
[0045].自動(dòng)地分配連續(xù)的趨勢(shì)號(hào)(F1、F2……)；
[0046].指定信號(hào)和特征信號(hào)函數(shù)(例如，信號(hào)Al的自功率密度(APD));
[0047].頻帶的最小和最大頻率；
[0048].指定參考測(cè)量(例如，RMOI)；
[0049].參考參數(shù)值(例如，參考頻率)。
[0050]然后用戶進(jìn)入監(jiān)測(cè)表中的以下信息(見圖6):
[0051].通過標(biāo)記的峰監(jiān)測(cè)的組件和振動(dòng)類型；
[0052]?用于將當(dāng)前值自動(dòng)轉(zhuǎn)換成參考測(cè)量的電站條件的轉(zhuǎn)換公式的數(shù)量(可選擇的)；
[0053].注意閾值。
[0054]接下來，用戶定義用于自動(dòng)操作監(jiān)測(cè)過程的設(shè)置:
[0055].監(jiān)測(cè)周期(單次、連續(xù)、每小時(shí)、每天或每月操作測(cè)量)；
[0056]?要被監(jiān)測(cè)的參數(shù)；
[0057]?要自動(dòng)準(zhǔn)備的圖、趨勢(shì)和日志；
[0058].用于系統(tǒng)報(bào)警的標(biāo)準(zhǔn)。
[0059]在操作測(cè)量中，根據(jù)