一种核电站乏燃料水池综合监测系统和方法
阅读说明：本技术 一种核电站乏燃料水池综合监测系统和方法 (Comprehensive monitoring system and method for spent fuel pool of nuclear power station ) 是由 吴斌 陆振国 李晓涛 安景 李宗山 朱建军 刘琢 于 2019-10-24 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种核电站乏燃料水池综合监测系统和方法,包括用于采集并传送水池多个标高的温度信号和多个基于热扩散原理的开关量液位信号采集组件；用于探测乏燃料水池液位的模拟量液位探测器；用于接收温度信号、热扩散式液位信号和模拟量液位探测器的液位信号,并根据接收的热扩散式液位信号来判断接收的温度信号是否为有效的水温信号,以及显示水池液面高度和水温的处理变送单元。本发明对乏燃料水池液位测量采用了热扩散式和导波雷达多样化测量技术,实现了各种工况下都可确切获知乏燃料水池的液位,保证乏燃料水池的安全；同时热扩散式液位测量的不加热元件可以同时测量不同标高的水温,可以准确侦知水池的不同标高是否有热点并且可靠性高。(The invention provides a comprehensive monitoring system and method for a spent fuel pool of a nuclear power station, which comprises a plurality of switching value liquid level signal acquisition assemblies, a plurality of temperature signals and a plurality of switching value liquid level signal acquisition assemblies, wherein the switching value liquid level signal acquisition assemblies are used for acquiring and transmitting a plurality of standard temperature signals of the pool; the analog quantity liquid level detector is used for detecting the liquid level of the spent fuel pool; and the processing and transmitting unit is used for receiving the temperature signal, the thermal diffusion type liquid level signal and the liquid level signal of the analog quantity liquid level detector, judging whether the received temperature signal is an effective water temperature signal according to the received thermal diffusion type liquid level signal, and displaying the liquid level height and the water temperature of the water pool. The invention adopts the thermal diffusion type and guided wave radar diversified measurement technology for the liquid level measurement of the spent fuel pool, realizes that the liquid level of the spent fuel pool can be exactly obtained under various working conditions, and ensures the safety of the spent fuel pool; meanwhile, the water temperature of different elevations can be measured simultaneously by the non-heating element of the thermal diffusion type liquid level measurement, whether hot spots exist at different elevations of the water pool can be accurately detected, and the reliability is high.)
技术领域
本发明涉及核电站乏燃料水池技术领域，特别涉及一种核电站乏燃料水池综合监测系统和方法。
背景技术
在核电站中，乏燃料水池冷却和处理系统不直接参与堆芯和乏燃料的反应性控制，但是为贮存在乏燃料水池中的燃料组件提供次临界裕度，该系统必须排出贮存在乏燃料水池的燃料组件的衰变热和通过确保安全壳隔离功能来实现放射性包容的功能。在设计基准事故下，不考虑乏燃料水池冷却系统的完全丧失，水池不会因此而沸腾，蒸发损失不显著，仅需提供抗SSE(安全停堆地震)地震补水源即可，水源流量在超设计基准事故的包络范围内。在超设计基准事故下，诸如强震，海啸等共模事故，以及乏燃料水池冷却系统本身的机械电气等故障，乏燃料水池将完全丧失正常冷却，乏燃料组件的衰变热将导致水池升温直至沸腾，如果没有有效的补水，乏池水位将持续下降直至乏燃料组件裸露，最终乏燃料组件因失去冷却而引起包壳失效，导致放射性向环境的大量释放。此外，在乏燃料水池发生意外排水的事故下，该系统必须避免贮存在燃料格架中的燃料组件发生直接裸露，在燃料吊装期间同样需要避免吊装中的燃料组件发生直接裸露。所以，在各种工况下实现对乏燃料水池的温度和液位测量的准确测量，以保证乏燃料水池的水位在乏燃料屏蔽液位以上以及无温度热点，对于保障乏燃料水池的安全有非常重要的作用。
传统的核电站乏燃料水池温度测量和液位测量单独设置，其中液位测量主要采用以下两种方式中的一种：一种为基于热扩散式原理输出液位开关量和模拟量信号，但此种模拟量测量方式存在精度差、受水温波动影响大；另外一种为采用导波雷达单一输出模拟量信号，但其报警信号需要从模拟量信号转换，在乏燃料水池存在大量蒸汽的极端环境下，存在测量误差大的问题。并且液位测量采用单一的导波雷达测量，在极端环境条件下有共因失效风险；温度传感器只能测量单一标高的池水温度，无法反应局部热点。现有技术中具有一种乏燃料水池状态连续监测系统，采用基于热扩散原理的连续液位传感器、液位开关，以及RTD(热电阻温度传感器)的组合仪表，但热扩散原理的连续液位传感器测量精度差，特别在水池层间水温温差较大的情况下测量偏差更大；连续液位传感器和液位开关均采用热扩散原理，没有多样化的测量手段，在极端环境条件下有共因失效风险。可见，在现有技术中乏燃料水池的参数测量存在采集分散、安装及更换不便以及液位测量均存在信号来源单一、在某些工况下测不准的技术问题。
所以，现有技术存在缺陷，需要进行改进。
发明内容
本发明针对现有技术中所存在的乏燃料水池的参数测量存在采集分散、安装及更换不便以及液位测量均存在信号来源单一、在某些工况下测不准的技术问题，提供了一种可使得操作员准确地获知水池的参数状况，以采取相应的措施，保证乏燃料水池安全的核电站乏燃料水池综合监测系统及方法。
本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：
一种核电站乏燃料水池综合监测系统，包括：温度/开关量液位采集组件，沿乏燃料水池的不同标高自上而下分别设置，用于实时采集并传送水池多个液位的温度信号和热扩散式开关量液位信号；模拟量液位探测器，与所述温度/开关量液位采集组件平行设置并穿插至乏燃料水池的池体内，用于连续地探测乏燃料水池的液位；处理变送单元，分别连接温度/开关量液位采集组件和模拟量液位探测器，用于接收温度信号、热扩散式开关量液位信号和模拟量液位探测器的液位信号，并根据接收的热扩散式开关量液位信号来判断接收的温度信号是否为有效的水温信号，以及显示水池液面高度和水温。
其中，所述温度/开关量液位采集组件包括分别设置在所述乏燃料水池不同标高位置处的多个热电阻传感器组件，每一所述热电阻传感器组件均包括成对设置的第一传感器和第二传感器，同一标高处的第一传感器用于采集自身标高的水温信号，同时与其对应设置的同一标高的第二传感器用于在加热后采集对应水池标高热扩散后的水温信号，根据第一传感器和第二传感器所采集的水温信号计算得到该标高的开关量液位信号；所述模拟量液位探测器包括导波雷达液位计测量传感单元，设置在水池顶部，用于在处理变送单元控制下发送和接收导波雷达模拟量液位信号；所述处理变送单元还用于接收温度信号和热扩散式开关量液位信号，并根据接收的热扩散式开关量液位信号来判断接收的温度信号是否为有效的水温信号，以及根据发送和接收导波雷达模拟量液位信号的时间差计算所述乏燃料水池的液面高度。
其中，所述处理变送单元包括连接第一传感器的控制模块，连接第一传感器和第二传感器的开关量液位处理模块，以及连接模拟量液位探测器的模拟量液位处理模块；所述开关量液位处理模块用于根据接收的热扩散式开关量液位信号并基于热扩散原理计算输出开关量液位信号至控制模块；所述控制模块用于判断水池水位是否接触到对应设置的第二传感器的液位开关，若接触到第二传感器的液位开关后则判断温度传感器测量的水温信号为有效水温信号，并输出水温信号；所述控制模块还用于通过模拟量液位处理模块控制模拟量液位探测器对水池的实际液面高度进行探测，模拟量液位探测器基于时域反射原理的导波雷达液位计输出模拟量液位信号至所述控制模块，通过所述控制模块计算得到所述乏燃料水池的实际液面高度。
其中，还包括连接至所述控制模块的显示报警模块；所述控制模块还用于根据所接收的实际测量的水温信号，与预设的水温信号进行比较，根据比较结果输出报警信号；所述显示报警模块用于接收所述报警信号并输出乏燃料水池的温度信号。
其中，所述处理变送单元还包括供电及功率控制模块，用于控制第二传感器的加热电阻的供电功率、给导波雷达液位探测器、以及控制模块、开关量液位处理模块和模拟量液位处理模块供电；所述控制模块、开关量液位处理模块、模拟量液位处理模块和供电及功率控制模块均集成在处理变送单元中。
其中，还包括分别固定连接在所述乏燃料水池上平台的第一抗震支架和第二抗震支架，所述温度/开关量液位采集组件固定在第一抗震支架上，所述模拟量液位探测器固定在第二抗震支架上，所述模拟量液位探测器与温度/开关量液位采集组件之间具有一预设距离。
其中，所述第一抗震支架上设置有第一安装板，所述第一安装板上焊接有沿水池底部方向延伸设置的保护管，所述保护管用于保护温度/开关量液位采集组件，温度/开关量液位采集组件为不锈钢管的铠装结构，铠装的不锈钢管管体内在对应不同的水位标高处设置有成对设置的第一传感器和第二传感器；其中沿管体截面方向多个成对配置的第一传感器和第二传感器沿管体内中心两侧呈对称设置，且管体截面方向的中心位置具有一对双支热电阻，用于测量乏燃料水池内最低位置的介质温度；所述第二抗震支架设置有第二安装板，所述第二安装板上具有沿水池底部方向延伸的导波杆，所述导波雷达液位计测量传感单元包括雷达波发射和接收装置，传感单元用于沿着导波杆发出雷达波，当雷达波接触到液面反射，且传感单元还用于接收反射回的雷达波。
其中，所述模拟量液位探测器还包括高速计时模块和信号处理转换模块，所述高速计时模块计算雷达波从发射到反射之间的时间差，所述高速计时模块和信号处理转换模块与所述雷达波发射和接收装置为分体式结构，所述高速计时模块和信号处理转换模块被集成在处理变送单元中，所述雷达波发射和接收装置设置在所述第二安装板上。
其中，不同标高设置的每一成对设置的第一传感器为铂热电阻温度传感器，所述第二传感器为具有加热电阻的铂热电阻温度传感器
本发明还提供了一种核电站乏燃料水池综合监测方法，所述方法包括：采集核电站乏燃料水池不同标高的A级铂热电阻温度信号，采集对应标高点另一A级铂热电阻温度信号，基于热扩散原理计算可得热扩散式开关量液位信号；发出雷达波并接收返回的雷达波，探测乏燃料水池的液位；根据接收的热扩散式开关量液位信号，判断接收的温度信号是否为有效的水温信号，以及显示水池液面高度和水温。
其中，利用第一传感器采集自身标高的水温信号，采集与其对应设置的同一标高的第二传感器在加热后的温度信号，基于热扩散原理计算输出热扩散式开关量液位信号；判断水池水位是否接触到对应设置的第二传感器开关量液位传感器，若接触到开关量液位传感器后则判断对应标高的温度传感器测量的水温信号为有效水温信号，并输出水温信号；模拟量液位探测器对水池的实际液面高度进行探测，基于时域反射原理的导波雷达液位计输出模拟量液位信号，计算得到所述乏燃料水池的实际液面高度。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
对乏燃料水池液位测量采用了热扩散式和导波雷达多样化测量技术，实现了各种工况下都可确切获知乏燃料水池的液位，保证乏燃料水池的安全；将温度测量和热扩散式液位测量集成为铠装组件，安装维护更为方便，可靠性也更高；热扩散式液位测量的不加热元件可以同时测量不同标高的水温，可以侦知水池的不同标高是否有热点；处理变送单元同时接收温度信号、热扩散式开关量液位信号和模拟量液位探测器的液位信号，并根据接收的热扩散式开关量液位信号来判断接收的温度信号是否为有效的水温信号；连续地探测乏燃料水池的液位或者是根据判断有效的水温信号超出设定的温度值时，控制模拟量液位探测器对乏燃料水池的液位高度进行测量，通过先判断再控制模拟量液位探测器进行启动探测的手段，可以节省能源且使模拟量液位探测器只在需要的时候进行探测，也延长了液位探测器的使用寿命。进一步地采用了抗震支架，安装板采用滑槽式安装方式，安装方便可靠，并且防止安装、更换过程中异物进入乏燃料水池。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的核电站乏燃料水池综合监测系统的控制系统示意图。
图2是本发明实施例一提供的乏燃料水池综合监测系统的结构示意图。
图3A是本发明实施例二提供的第一抗震支架的结构示意图。
图3B是图3A俯视图的结构示意图。
图4本发明实施例二提供的第一安装板的结构示意图。
图5是本发明实施例二提供的保护管内部不同标高成对设置的温度传感器分布结构示意图。
图6是本发明实施例三提供的核电站乏燃料水池综合监测方法流程示意图。
图7是本发明实施例三提供的核电站乏燃料水池综合监测方法另一流程示意图。
图8是本发明实施例三提供的核电站乏燃料水池综合监测方法进一步的流程示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术中所存在的核电站乏燃料水池的参数测量存在采集分散、安装及更换不便以及液位测量均存在信号来源单一、在某些工况下测不准的技术问题，本发明旨在提供一种核电站乏燃料水池综合监测系统和方法，其核心思想是：利用该监测系统实现对核电站乏燃料水池综合监测，其包括：采集乏燃料水池不同标高的温度和液位测量信号，输出乏燃料水池的温度，并基于比较结果输出报警信号；基于热扩散原理计算输出开关量液位信号；处理基于时域反射原理的导波雷达液位计输出模拟量液位信号；控制热扩散式液位计的加热电阻的供电功率以及给导波雷达液位探测器和处理变送单元供电。本发明通过将成熟的铂热电阻测温技术、热扩散式液位测量技术和导波雷达液位测量技术应用到核电站乏燃料水池的温度和液位测量中，将热扩散式液位测量和导波雷达液位测量多样化测量手段获取乏燃料水池液位参数，解决了液位测量均存在信号来源单一、在某些工况下测不准的技术问题，同时，将采集的信息集成在一起，可以实现一体化安装和信号采集，使得操纵员在各种工况中都能准确且快速地获知乏燃料水池的温度/液位等多个参数，以使控制系统或操作员采取相应的措施，保证乏燃料水池的安全。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种核电站乏燃料水池综合监测系统，参见图1为本发明实施例一的控制系统模块结构示意图，该控制系统包括：温度/开关量液位采集组件10，热电阻组件在铠装的不锈钢管内沿乏燃料水池的不同标高至上而下分别设置，用于实时采集并传送水池多个液位的温度信号(温度采集信号)和热扩散式开关量液位信号；模拟量液位探测器20，与所述温度/开关量液位采集组件10平行设置并穿插至乏燃料水池的池体内，用于连续地探测乏燃料水池的液位；处理变送单元，分别连接温度/开关量液位采集组件10和模拟量液位探测器20，用于接收温度信号、热扩散式开关量液位信号和模拟量液位探测器的液位信号，并根据接收的热扩散式开关量液位信号来判断接收的温度信号是否为有效的水温信号，以及显示水池液面高度和水温。或者在判断接收的温度信号是否为有效的水温信号时，自动控制模拟量液位探测器开始对乏燃料水池的液位高度进行测量，这样设计的好处是不需要模拟量液位探测器实时连续地测量，需要根据处理变送单元在接收到有效的水温信号时才控制模拟量液位探测器进行探测真实水位，避免了液位探测器一直处于工作状态，浪费电能和影响使用寿命。进一步地，温度/开关量液位采集组件10包括分别设置在所述乏燃料水池不同标高位置处的多个热电阻传感器组件，每一所述热电阻传感器组件均包括成对设置的第一不带加热电阻的温度传感器101和第二传感器102，同一标高处的不带加热电阻的第一传感器101用于采集自身标高的水温信号，同时与其对应设置的同一标高的第二传感器102用于在加热后采集对应水池标高热扩散后的水温信号，根据第一传感器101和第二传感器102所采集的水温信号计算得到该标高的热扩散式开关量液位信号。
参见附图2，模拟量液位探测器20包括导波雷达液位计测量传感单元，设置在水池顶部，用于在处理变送单元控制下发送和接收导波雷达模拟量液位信号；处理变送单元接收第一传感器101的温度信号和通过第一传感器101和第二传感器102计算得到的热扩散式开关量液位信号，并根据接收的热扩散式开关量液位信号来判断接收的温度信号是否为有效的水温信号；在水池水位已接触到对应标高的第二传感器时判断接收的温度信号为有效水温信号时，根据发送和接收导波雷达模拟量液位信号的时间差计算乏燃料水池的液面高度。
进一步地结合附图1，处理变送单元包括连接第一传感器101的控制模块30，连接第一传感器101和第二传感器102的开关量液位处理模块40，以及连接模拟量液位探测器20的模拟量液位处理模块50；开关量液位处理模块40用于根据接收的热扩散式开关量液位信号并基于热扩散原理计算输出开关量液位信号至控制模块30；控制模块30用于判断水池水位是否接触到对应设置的第二传感器102的液位开关，若接触到第二传感器102的液位开关后则判断温度传感器101测量的水温信号为有效水温信号，并输出水温信号；控制模块30还用于通过模拟量液位处理模块50控制模拟量液位探测器20对水池的实际液面高度进行探测，模拟量液位探测器20基于时域反射原理的导波雷达液位计输出模拟量液位信号至所述控制模块30，通过控制模块30计算得到乏燃料水池的实际液面高度。附图1中还包括连接至控制模块30的显示报警模块；控制模块30还用于根据所接收的实际测量的水温信号，与预设的水温信号进行比较，根据比较结果输出报警信号；所述显示报警模块用于接收所述报警信号并输出乏燃料水池的温度信号。结合附图1，所述处理变送单元还包括供电及功率控制模,60，用于控制第二传感器102的加热电阻的供电功率、给导波雷达液位探测器20、以及控制模块30、开关量液位处理模块40和模拟量液位处理模块50进行分别供电；为了实现本发明的高集成度，本发明将控制模块30、开关量液位处理模块40、模拟量液位处理模块50和供电及功率控制模块60均集成在处理变送单元中，分别通过耐辐照电缆1和耐辐照电缆2将所采集的温度和水位信号传送至处理变送单元，实现了本发明集成度高，数据传送快捷和准确的发明目的。
本实施例具体实施过程中，为了获得乏燃料水池的参数状态，需要在乏燃料水池上安装温度传感器和液位计。根据乏燃料水池水位一般低于100℃的情况，一般选用性能稳定、应用成熟的铂热电阻温度传感器，获取的信号为电阻信号；根据乏燃料水池深度超过8米，且在极端工况下有较高的辐照剂量的特点，一般乏燃料水池液位计为热扩散式液位计和导波雷达液位计，根据其原理和特性的不同，如热扩散式液位计输出信号为电阻、导波雷达液位计回波与发射波的时间差与探头到液面的距离成正比，所以需要对温度传感器和液位计输出的测量信号进行处理，获得更直观的温度和液位值。进一步，热扩散式液位计的同一液位标高的两支热电阻的值需要进行计算比较，输出热扩散式开关量信号，可以用于水位高低的报警；另外，为了能够确定所获得的温度值是有效值，需要根据对应标高的液位开关信号进行判断，对应的标高有水的情况下输出相应的温度值才是有效的温度值。本发明其中一个最佳实现方式为：不同标高设置的每一成对设置的第一传感器为铂热电阻温度传感器，所述第二传感器为具有加热电阻的铂热电阻温度传感器。本发明的乏燃料水池液位测量采用了热扩散式和导波雷达多样化测量技术，实现了各种工况下都可确切获知乏燃料水池的液位，保证乏燃料水池的安全；将温度测量和热扩散式液位测量集成为组件，安装维护更为方便，可靠性也更高；热扩散式液位测量的不加热元件可以同时测量不同标高的水温，可以侦知水池的不同标高是否有热点。
实施例二
本发明实施例提供了一种核电站乏燃料水池综合监测系统，相对实施例一，参见附图2，本发明实施例二中还包括分别固定连接在乏燃料水池上平台的第一抗震支架1和第二抗震支架2，所述温度/开关量液位采集组件10固定在第一抗震支架1上，所述模拟量液位探测器20固定在第二抗震支架2上，模拟量液位探测器20与温度/开关量液位采集组件10之间具有一预设距离；设置该预设距离可以保证测量信号的准确性，其预设距离为：导波雷达液位计测量传感单元与温度/热扩散式液位开关的测量传感单元之间安装距离保持300mm以上，以免温度/热扩散式液位开关的测量传感单元的探测杆干扰导波雷达液位计的测量而形成虚假信号。
进一步地，结合附图3A和3B所示，第一抗震支架1呈折弯型，是用10mm的304L不锈钢板折弯而成，包括有水平支撑板1a，水平支撑板1a上具有四个滑槽1b，与水平支撑板1a固定连接的固定板1d，并焊接有加强筋1c，用于加强第一抗震支架1的强度，抗震支架1通过固定板1d上开设有四个固定孔1e固定在乏燃料水池上部的地板上，抗震支架1经过ANSYS有限元分析软件进行强度和受力初步分析，最终在抗震台上进行试验验证。
结合附图4所示，还包括设置水平支撑板1a、并与水平支撑板1a对应的第一安装板3，第一安装板3与抗震支架1上的水平支撑板1a四个滑槽1b与第一安装板3四个滑槽3b对应，两者之间通过螺栓连接，温度/开关量液位采集组件或模拟量液位探测器拆装时，固定螺栓不用取下，拧松即可。第一安装板3固定在温度/开关量液位采集组件或模拟量液位探测器上，然后吊装到抗震支架1上。第一安装板3与抗震支架1的固定螺栓(包括上部固定螺母)通过第一安装板的大孔穿入，通过对应滑槽将固定螺栓滑到小孔进行固定。抗震支架的采用，保证了在地震情况下设备的可用；滑槽式安装板的采用，不仅方便了安装了，减少拆装的工作量，并且可以防止在安装过程中螺栓等异物掉入乏燃料水池。
参见附图4，为第一安装板结构示意图，在第一安装板3的中心孔处焊接有沿水池底部方向延伸设置的保护管，所述保护管用于保护温度/开关量液位采集组件；所述温度/开关量液位采集组件为不锈钢管的铠装结构，铠装的不锈钢管管体内在对应不同的水位标高处设置有成对设置的第一传感器和第二传感器；其中沿管体截面方向多个成对配置的第一传感器和第二传感器沿管体内中心两侧呈对称设置，且管体截面方向的中心位置具有一对双支热电阻，用于测量乏燃料水池内最低位置的介质温度；第二抗震支架设置有第二安装板，所述导波雷达液位计测量传感单元包括雷达波发射和接收装置以及沿水池底部方向延伸的导波杆，传感单元用于沿着导波杆发出雷达波，当雷达波接触到液面反射，且传感单元还用于接收反射回的雷达波。需要说明的是，第二抗震支架与第二安装板的结构，材料和两者之间连接关系和第一抗震支架与第一安装板的结构，材料和连接关系完全相同，所以此处附图省略，不做进一步的详细解释。第一、第二抗震支架和第一、第二安装板支架两者之间均采用滑槽式结构。
进一步地，模拟量液位探测器还包括高速计时模块和信号处理转换模块，高速计时模块计算雷达波从发射到反射之间的时间差，高速计时模块和信号处理转换模块与雷达波发射和接收装置为分体式结构，高速计时模块和信号处理转换模块被集成在处理变送单元中，雷达波发射和接收装置固定连接在第二安装板上。通过将模拟量液位探测器内的高速计时模块和信号处理转换模块集成在处理变送单元，进一步地提高了系统的集成度，以及数据计算和传输的直接和准确有效。
进一步地参见图2所示，每个乏燃料水池可以布置两套这样的综合监测装置。温度/开关量液位采集组件和探测器上部通过对应的安装板固定在各自对应的抗震支架上，每一抗震支架分别安装在乏燃料水池上平台，下部为自由端，在池壁下部设置一个环状结构套装在对应的管体外，减少温度/开关量液位采集组件和导波杆体沿径向摆动的幅度，增加测量可靠性，在在役电站的改造项目中，池壁下部的环状结构也可不设置。进一步地，热扩散式液位测量是根据热扩散公式α＝λ/ρc(公式1)，α为热扩散率或热扩散系数(thermaldiffusivity)，单位m2/s，式中：
λ：导热系数，单位W/m.K；
ρ：密度，单位kg/m3；
c：热容，单位J/kg.K。
由公式1可知，物体的导热系数λ越大，在相同的温度梯度下可以传导更多的热量；ρc越小，温度升高1℃所吸收的热量越小，可以剩下更多热量继续向物体内部传递，能使物体各点的温度更快地随界面温度的升高而升高。
如在20℃情况下，水的导热系数为0.599W/m.K，空气为0.0267W/m.K，水的密度约为1000kg/m3，热容为4.2×103J/kg.K，空气的密度约为1.29kg/m3，热容为1×103J/kg.K，可见，水的导热系数大约是空气的22倍，水的ρc值约是空气的3256倍。因此，如在空气中加热电阻维持加热RTD与不加热的RTD有20℃的偏差，那么当此点浸没到水中，很快就达到热平衡，温度差会远远低于20℃。以这种方式就可以测到该标高处是否有水。
本发明包括沿不锈钢管内部设置在不同标高的多个成对设置第一传感器和第二传感器的温度/开关量液位采集组件，热扩散式液位开关的每个参考RTD(热电阻温度传感器)单独铠装，加热RTD(即第二传感器102)中RTD元件和加热电阻一起铠装，同一标高点的参考RTD(第一传感器101)和加热RTD(第二传感器)成对称式布置，这样既保证了测量的准确性，又保证加热电阻不会对参考RTD产生影响。热扩散式水位测量铠装丝和最底端的温度测量铠装丝一起固定在不锈钢管内，并用高纯氧化镁填充压实。这样使温度/开关量液位采集组件有很高的可靠性。以3个低水位报警和一个高水位报警为例，如图5所示，RTD1-1和RTD1-2+R1的一对温度传感器用于高水位报警，安装标高一样，对称式布置，其中RTD1-1是参考RTD，R1是加热电阻，RTD1-2是和加热电阻R1一起铠装起来的，R1以一定的功率加热，RTD1-2测量加热后的温度；同样，RTD2-1和RTD2-2+R2为一组，用于低一值报警；RTD3-1和RTD3-2+R3为一组，用于低二值报警或联锁；RTD4-1和RTD4-2+R4为一组，用于低三值联锁；RTD5-1和RTD5-2是两支热电阻，安装在管体的最低水位的位置处，用于实时测量乏燃料水池的介质温度。
进一步地，参见附图2，控制模块、开关量液位处理模块、模拟量液位处理模块(包括高速计时模块和信号处理转换模块)和供电及功率控制模块都集成在处理变送单元中。测量传感单元与处理变送单元之间采用耐辐照电缆连接，其中测量传感单元与电缆之间采用快速连接器连接，以便可以快速维修和更换。
热电阻信号经过耐辐照电缆送到处理变送单元，处理变送单元内的控制模块中内置有Pt100铂热电阻的分度表，更进一步的，为提高温度测量精度，控制模块中还可以内置对应温度元件的个性化分度表，但数据处理量会增大，一般乏燃料水池的测量并不需要这么高的测量精度，内置标准的分度表即可。经过控制模块处理后，可以送出标准的4～20mA的信号到DCS控制系统。
每个标高点的参考RTD结合有水的信号进行逻辑判断来确定是否作为温度信号送出，这个逻辑判断可以在处理变送单元中处理，也可送到DCS控制系统中进行逻辑判断后再确定是否显示。
外部接入电源为220VAC，更进一步的，为保证接入电源的可靠性，可接入两路220VAC，增加双电源切换装置。供电和功率控制模块将220VAC供电转换为电路板、加热电阻丝和导波雷达液位计等需要的电压。
模拟量液位信号采用导波雷达液位计来进行测量。雷达波本质上是一种电磁波。电磁波从介质1传输到介质2，如果介质2的介电常数大于介质1的介电常数1时，电磁波会反射。导波雷达液位计的传感单元采用同轴导波杆，传感单元顺着导波杆发出雷达波，当雷达波接触到液面反射，传感单元接收反射回的雷达波，超高速计时电路计算从发射到反射的时间差ΔT，雷达顶部到液面的距离S＝V*ΔT/2。在本实施例中，导波雷达液位计采用分体式设计，测量传感单元只有雷达波发射和接收装置，能够在很高的辐照剂量下仍可以使用。模拟量液位处理模块包括高速计时模块和信号处理转换模块，都集成在处理变送单元内。导波雷达液位探测器和处理变送单元之间采用专用的耐辐照同轴矿物绝缘(M I)电缆连接。如需减少送到DCS控制系统的电缆芯线数，可以在处理变送单元中增加通信模块，将4～20mA信号都通过光纤传递到DCS控制系统，而开关量液位信号仍通过硬接线送到DCS控制系统。
本发明实施例二中，由于采用了两个间隔设置的抗震支架，每一个安装板采用滑槽式安装方式，安装方便可靠，并且防止安装、更换过程中异物进入乏燃料水池。本发明的替代方案可以包括将热扩散式液位测量中铂热电阻温度元件换成热电偶，也可以实现温度的测量，输出信号为毫伏信号，可采用补偿导线输出，也可以把毫伏信号转换为标准的4～20mA。
实施例三
本发明实施三提供了一种核电站乏燃料水池综合监测方法，适用于实施例一和二所示的核电站乏燃料水池综合监测系统，参见图6，该方法包括如下步骤：
S100、采集核电站乏燃料水池不同标高的A级铂热电阻温度信号，采集对应标高点另一A级铂热电阻温度信号，基于热扩散原理计算可得热扩散式开关量液位信号；
S200、发出雷达波并接收返回的雷达波，探测乏燃料水池的液位；
S300、根据接收的热扩散式开关量液位信号，判断接收的温度信号是否为有效的水温信号，以及显示水池液面高度和水温。
进一步地，上述方法通过利用第一传感器采集自身标高的水温信号，采集与其对应设置的同一标高的第二传感器在加热后的温度信号，基于热扩散原理计算输出热扩散式开关量液位信号；判断水池水位是否接触到对应设置的第二传感器开关量液位传感器，若接触到开关量液位传感器后则判断对应标高的温度传感器测量的水温信号为有效水温信号，则输出水温信号；模拟量液位探测器对水池的实际液面高度进行探测，基于时域反射原理的导波雷达液位计输出模拟量液位信号，计算得到所述乏燃料水池的实际液面高度。
对于上述进一步实施例的步骤方法，更具体的包括：参见附图7，包括如下步骤：
S1、采集核电站乏燃料水池不同标高的A级铂热电阻温度测量信号；基于热扩散式原理(恒功率)采集每个标高点两个A级铂热电阻(不加热的铂热电阻与温度测量共用)的信号；发出雷达波并接收返回的雷达波；
S2、将A级不加热的Pt100铂热电阻信号转换为4～20mA标准信号；和基于所述热扩散式原理输出开关量液位报警信号；和基于开关量液位报警信号判断是否输出相应标高的温度信号；和基于所述时域反射(TDR)原理输出模拟量液位信号。
进一步，请参考图8，所述步骤S1具体包括：
S11、采用稳定性好、线性好、精度高的A级铂热电阻作为温度测量的元件；
S12、采用稳定性好、线性好、精度高的A级铂热电阻作为热扩散式液位开关的元件(不加热的铂热电阻与温度测量共用)；
S13、发出雷达波并接收返回的雷达波，雷达波顺着导波杆传递。
在具体实施过程中，所述步骤S2，具体为：
S21、将A级不加热的Pt100铂热电阻信号转换为4～20mA标准信号以减小送控制系统的信号类型以及电缆芯线数，然后经过液位开关判断有水信号后将温度信号送到控制系统显示。
可选的，经过液位开关判断有水信号后将Pt100铂热电阻温度信号送到控制系统显示。
可选的，直接将Pt100热电阻信号送到控制系统，在控制系统中与液位开关进行逻辑判断后确定是否采用该点温度值。
S22、基于恒功率的热扩散式原理，根据温差的变化来判断是否有水，并将信号送到控制系统。
S23、根据雷达波发出和返回的时间差计算出探头到液面距离，从而计算出液位。
本发明提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理变送单元控制模块执行时，执行如下步骤：S100、采集核电站乏燃料水池不同标高的A级铂热电阻温度信号，采集对应标高点另一A级铂热电阻温度信号，基于热扩散原理计算可得热扩散式开关量液位信号；S200、发出雷达波并接收返回的雷达波，探测乏燃料水池的液位；S300、根据接收的热扩散式开关量液位信号，判断接收的温度信号是否为有效的水温信号，以及显示水池液面高度和水温。
上述计算机可读存储介质中，首先由控制模块控制利用第一传感器采集自身标高的水温信号，采集与其对应设置的同一标高的第二传感器在加热后的温度信号，基于热扩散原理计算输出热扩散式开关量液位信号；判断水池水位是否接触到对应设置的第二传感器开关量液位传感器，若接触到开关量液位传感器后则判断对应标高的温度传感器测量的水温信号为有效水温信号，则输出水温信号；模拟量液位探测器对水池的实际液面高度进行探测，基于时域反射原理的导波雷达液位计输出模拟量液位信号，计算得到所述乏燃料水池的实际液面高度。
结合上述的实施例一至实施例三的描述，本发明的乏燃料水池液位测量采用了热扩散式和导波雷达多样化测量技术；热扩散式液位测量方式经处理后输出开关量信号，用于报警或联锁；导波雷达液位测量方式经处理后输出模拟量信号，用于对乏燃料水池液位的连续监视。采用两种完全不同的技术对乏燃料水池的液位进行监测，并且输出不用类型的信号(分别为开关量和模拟量)，可以大大降低共因故障失效风险。温度测量和热扩散式液位测量集成为组件；热扩散式液位测量的测量元件也是铂热电阻，和温度测量采用的元件一致，其都是制作成铠装的形式，可靠性高，一起集成为一个组件，便于安装和更换，而且提高了设备的机械强度和可靠性。导波雷达液位计采用了分体式结构。导波雷达液位计采用分体式设计，模拟量液位探测器只有雷达波发射和接收装置，能够在很高的辐照剂量(1MGy)下仍可以使用。高速计时模块和信号处理转换模块都放在处理变送单元内。导波雷达液位探测器和处理变送单元之间采用专用的耐辐照同轴矿物绝缘(MI)电缆连接。这样可以保证导波雷达液位计在乏燃料事故工况(高辐照剂量以及高温高湿环境)下仍能进行可靠的测量。采用了抗震支架，安装板采用滑槽式安装方式。抗震支架的采用，保证了在地震情况下设备的可用；滑槽式安装板的采用，不仅方便了安装了，减少拆装的工作量，并且可以防止在安装过程中螺栓等异物掉入乏燃料水池。
需要说明的是，上述核电站乏燃料水池综合监测系统、方法和存储介质属于同一个发明构思。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。