阅读说明：本技术 一种核电站多样性保护系统和核电站 (Nuclear power station diversity protection system and nuclear power station ) 是由 孙娜 张�杰 蒋波 孟光 王占元 叶琳 孙元君 张瑞萍 吕爱国 于 2018-05-31 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种核电站多样性保护系统和核电站,所述核电站多样性保护系统包括：现场控制层和工艺信号接口层,所述现场控制层和所述工艺信号接口层电连接；所述现场控制层包括信号处理装置和至少三个控制装置,所述至少三个控制装置分别与所述信号处理装置电连接；所述工艺信号接口层包括检测装置和执行装置,所述检测装置分别与所述至少三个控制装置电连接,所述执行装置与所述信号处理装置电连接。本发明实施例提供的多样性保护系统的可靠性较好。(The invention provides a nuclear power station diversity protection system and a nuclear power station, wherein the nuclear power station diversity protection system comprises: the field control layer is electrically connected with the process signal interface layer; the field control layer comprises a signal processing device and at least three control devices, and the at least three control devices are electrically connected with the signal processing device respectively; the process signal interface layer comprises a detection device and an execution device, the detection device is electrically connected with the at least three control devices respectively, and the execution device is electrically connected with the signal processing device. The diversity protection system provided by the embodiment of the invention has better reliability.)

一种核电站多样性保护系统和核电站

技术领域

本发明涉及核电站安全控制技术领域，特别涉及一种核电站多样性保护系统和核电站。

背景技术

随着科学技术的进步，人们对于核电的认识也越来越深刻。当前核电已经成为工厂用电或生活用电的一部分。在用于发电的核电站中，一般都设置有反应堆保护系统，用以保护核电站的安全，当反应堆保护系统发生故障，致使反应堆保护系统不能完成安全保护功能时，通过核电站的多样性保护系统来实现对核电站的安全保护功能。在实际运用中，当前的多样性保护系统一般采用两重冗余设计，即一般设置有两个控制柜，且当上述两个控制柜输出的结果相同时，整个多样性保护系统才输出结果。若有一个控制柜出故障时，则上述多样性保护系统不能正常工作，可见，当前多样性保护系统的可靠性较差。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种核电站多样性保护系统和核电站，解决了当前多样性保护系统的可靠性较差的问题。

为了达到上述目的，本发明实施例提供一种核电站多样性保护系统，应用于核电站，所述核电站多样性保护系统包括：现场控制层和工艺信号接口层，所述现场控制层和所述工艺信号接口层电连接；

所述现场控制层包括信号处理装置和至少三个控制装置，所述至少三个控制装置分别与所述信号处理装置电连接；

所述工艺信号接口层包括检测装置和执行装置，所述检测装置分别与所述至少三个控制装置电连接，所述执行装置与所述信号处理装置电连接；

所述控制装置用于接收所述检测装置发送的检测信号，并根据所述检测信号向所述信号处理装置发送第一信号或第二信号，所述第一信号用于控制所述信号处理装置向所述执行装置发送目标信号，所述第二信号用于控制所述信号处理装置向所述执行装置不发送所述目标信号，所述目标信号用于控制所述执行装置执行目标操作；

所述信号处理装置用于在接收到所述至少三个控制装置中超过目标数量的控制装置发送的所述第一信号时，向所述执行装置发送所述目标信号。

可选的，所述核电站多样性保护系统还包括监控层，所述监控层与所述现场控制层电连接，所述执行装置包括驱动器和执行器，所述驱动器用于驱动专设安全设施或者驱动汽轮机脱扣，所述执行器用于控制反应堆停堆，所述目标信号包括：专设安全设施驱动信号、汽轮机脱扣信号和反应堆停堆信号中的至少一项；

所述检测装置用于检测所述核电站中的反应堆的状态，并向所述控制装置发送所述反应堆的参数信号；

所述控制装置用于接收所述反应堆的参数信号，当所述反应堆的参数信号的数值不在预设范围内时，所述控制装置向所述信号处理装置发送所述第一信号；

所述监控层用于显示所述现场控制层中的所述控制装置发送的状态信号，所述状态信号包括：报警信号或者显示故障信号。

可选的，所述监控层包括紧急控制盘(Emergency Control Panel，ECP)和/或备用控制盘(Backup Panel，BUP)，其中，所述ECP和所述BUP上均设置有手动操作开关，所述手动操作开关用于触发反应堆停堆、汽轮机停机和驱动部分专设安全设施中的至少一项。

可选的，所述ECP上设置有驱动开关，所述驱动开关与所述核电站中的反应堆保护系统包括的第一处理器通过第一硬线电连接；

其中，当所述第一处理器工作，且所述驱动开关处于打开状态时，通过所述第一处理器或所述控制装置驱动所述专设安全设施；

当所述第一处理器停止工作，且所述驱动开关处于打开状态时，通过所述控制装置驱动所述专设安全设施。

可选的，所述反应堆保护系统与所述核电站多样性保护系统之间还设置有同步控制模块，且所述同步控制模块分别与所述反应堆保护系统与所述核电站多样性保护系统通过第二硬线电连接，所述同步控制模块用于同步所述反应堆保护系统中的时间信号与所述核电站多样性保护系统中的时间信号。

可选的，当所述检测装置包括所述传感器时，所述反应堆保护系统不与所述工艺信号接口层共用所述传感器；

当所述执行装置包括所述驱动器和所述执行器时，所述反应堆保护系统不与所述工艺信号接口层共用所述驱动器和所述执行器。

可选的，所述核电站多样性保护系统包括第一供电装置和第二供电装置，所述第一供电装置和所述第二供电装置互为冗余。

可选的，所述核电站多样性保护系统与所述核电站包括的非安全级系统电连接，所述控制装置为控制柜，所述控制柜包括信号采集模块、主处理模块、信号输入模块和通信模块；

所述主处理模块的信号输入端与所述信号采集模块连接，所述主处理模块的输入输出端与所述通信模块连接，所述主处理模块的信号输出端与所述信号输出模块连接，所述信号采集模块用于接收所述检测装置发送的检测信号，所述主处理模块用于处理所述检测信号，所述信号输出模块用于向所述信号处理装置发送所述第一信号或所述第二信号，所述通信模块用于与所述非安全级系统进行数据通信。

可选的，所述控制装置均采用现场可编程门阵列(Field－Programmable GateArray，FPGA)芯片。

本发明实施例还提供一种核电站，包括反应堆保护系统和上述的核电站多样性保护系统。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明实施例提供的一种核电站多样性保护系统，包括：现场控制层和工艺信号接口层，现场控制层和工艺信号接口层电连接，现场控制层包括信号处理装置和至少三个控制装置，信号处理装置用于在接收到至少三个控制装置中超过目标数量的控制装置发送的第一信号时，向工艺信号接口层包括的执行装置发送目标信号。这样，即使有控制装置故障，多样性保护系统同样可以正常工作，从而使得多样性保护系统的可靠性较好。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种核电站多样性保护系统的结构图；

图2A为本发明实施例提供的一种核电站多样性保护系统的控制装置的逻辑原理图；

图2B为本发明另一实施例所述的核电站多样性保护系统的结构图；

图3为本发明实施例提供的一种核电站多样性保护系统的控制装置和ECP的连接关系图；

图4为本发明实施例提供的一种核电站多样性保护系统的举例图之一；

图5为本发明实施例提供的一种核电站多样性保护系统的举例图之二；

图6为本发明实施例提供的一种核电站多样性保护系统的控制装置的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种核电站多样性保护系统，应用于核电站，所述核电站多样性保护系统包括：现场控制层2和工艺信号接口层3，所述现场控制层2和所述工艺信号接口层3电连接；所述现场控制层2包括信号处理装置202和至少三个控制装置201，所述至少三个控制装置201分别与所述信号处理装置202电连接；

所述工艺信号接口层3包括检测装置301和执行装置302，所述检测装置301分别与所述至少三个控制装置201电连接，所述执行装置302与所述信号处理装置202电连接；

所述控制装置201用于接收所述检测装置301发送的检测信号，并根据所述检测信号向所述信号处理装置202发送第一信号或第二信号，所述第一信号用于控制所述信号处理装置202向所述执行装置302发送目标信号，所述第二信号用于控制所述信号处理装置202向所述执行装置302不发送所述目标信号，所述目标信号用于控制所述执行装置302执行目标操作；

所述信号处理装置202用于在接收到所述至少三个控制装置201中超过目标数量的控制装置201发送的所述第一信号时，向所述执行装置302发送所述目标信号。

其中，本实施方式的工作原理可以如下：信号处理装置202在接收到至少三个控制装置201中超过目标数量的控制装置201发送的第一信号时，向执行装置302发送目标信号，例如：当上述核电站多样性保护系统中包括三个控制装置201，则信号处理装置202接收到其中两个或者两个以上控制装置201发送的第一信号时，即可以向执行装置302发送目标信号，如向驱动器发送用于驱动汽轮机转动的驱动信号，或者向执行器发送用于控制反应堆停堆的控制信号等等。参见图2A，图2A为包括三个控制装置时，信号处理装置的逻辑表达式。X1、X2和X3分别表示各个控制装置输出的信号，OUT表示信号处理装置的输出信号，标号为203的是与门，标号为204的是或门。例如：当X1和X2均为第一信号时，X3为第二信号，则OUT为第一信号；当X1和X2中有一个是第一信号，而X3为第一信号时，OUT同样为第一信号；当X1和X2均为第二信号，则无论X3为第一信号还是第二信号，OUT均为第二信号。综上所述，X1、X2和X3只要有至少两个是第一信号时，OUT即为第一信号。具体的逻辑表达式为OUT＝X1×X2+(X1+X2)×X3。

需要说明的是，控制装置均可以采用201标识，检测装置均可以采用301标识。

另外，当核电站多样性保护系统中包括四个控制装置201，则信号处理装置202接收到其中两个控制装置201发送的第一信号，且接收到另外两个控制装置201发送的第二信号时，即接收到的第一信号和第二信号的数量相等的情况下，信号处理装置202向执行装置302发送目标信号。当接收到的第一信号的数量大于接收到的第二信号的数量时，信号处理装置202也会向执行装置302发送目标信号。只有当接收到的第一信号的数量小于接收到的第二信号的数量时，信号处理装置202才不会向执行装置302发送目标信号。需要说明的是，控制装置201采用接收到带电信号才驱动的方式，即，第一信号可以是带电信号，而第二信号可以为不带电信号，这样，控制装置201只有接收到带电信号时，才会输出目标信号，从而减小了控制装置201误输出目标信号的可能性。进一步的提高了核电站多样性保护系统的可靠性。

其中，信号处理装置202可以为继电器或者接触器等，具体类型在此不做限定。

本发明实施例提供的一种核电站多样性保护系统，包括：现场控制层和工艺信号接口层，现场控制层和工艺信号接口层电连接，现场控制层包括信号处理装置和至少三个控制装置，信号处理装置用于在接收到至少三个控制装置中超过目标数量的控制装置发送的第一信号时，向工艺信号接口层包括的执行装置发送目标信号。这样，即使有控制装置故障，多样性保护系统同样可以正常工作，从而使得多样性保护系统的可靠性较好。

可选的，如图2B所示，所述核电站多样性保护系统还包括监控层1，所述监控层1与所述现场控制层2电连接，所述执行装置302包括驱动器和执行器，所述驱动器用于驱动专设安全设施或者驱动汽轮机脱扣，所述执行器用于控制反应堆停堆，所述目标信号包括：专设安全设施驱动信号、汽轮机脱扣信号和反应堆停堆信号中的至少一项；

所述检测装置301用于检测所述核电站中的反应堆的状态，并向所述控制装置201发送所述反应堆的参数信号；

所述控制装置201用于接收所述反应堆的参数信号，当所述反应堆的参数信号的数值不在预设范围内时，所述控制装置201向所述信号处理装置202发送所述第一信号；

所述监控层1用于显示所述现场控制层2中的所述控制装置201发送的状态信号，所述状态信号包括：报警信号或者显示故障信号。

其中，反应堆的参数信号可以包括：压力参数、温度参数、水位参数和核反应堆中反应元素参数等参数中的至少一项，而预设范围在此不具体确定。例如：压力参数的预设范围可以是100至800千帕斯卡等，温度参数的预设范围可以是100至500摄氏度等。

其中，当目标信号包括专设安全设施驱动信号时，驱动器驱动专设安全设施；当目标信号包括汽轮机脱扣信号时，驱动器驱动汽轮机脱扣；当目标信号包括反应堆停堆信号时，执行器控制反应堆停堆。

需要说明的是，专设安全设施可以包括安注系统或者余热排出系统等。

其中，现场控制层2可以接收监控层1发出的指令，也可以向监控层1反馈其包含的设备的状态信号。例如：监控层1可以接收现场控制层2中的控制装置201发送的控制装置201正常运行或者出现故障等状态信号，具体的，出现故障的状态信号可以如报警信号或者显示故障信号等。

本发明实施例中，核电站多样性保护系统还包括监控层，通过监控层可以观察到监控画面或者实现对现场控制层的控制，从而可以更好的实现对现场控制层的控制或者监控。另外，执行装置包括驱动器和执行器，驱动器用于驱动专设安全设施或者驱动汽轮机脱扣，执行器用于控制反应堆停堆，这样，分工更加明确，从而可以更好的实现对于专设安全设施、汽轮机和反应堆的调控。

可选的，如图2B所示，所述监控层1包括ECP101和/或BUP，其中，所述ECP101和所述BUP上均设置有手动操作开关，所述手动操作开关用于触发反应堆停堆、汽轮机停机和驱动部分专设安全设施中的至少一项。

其中，手动操作开关可以直接与执行装置连接，也可以通过控制装置和信号处理装置与执行装置连接，具体形式在此不做限定。

另外，ECP101和BUP上还可以设置有显示仪表，用户可以通过显示仪表上的虚拟按钮实现对核电站多样性保护系统的控制或者监控。

其中，当核电站中出现紧急状况时，需要控制反应堆停堆、汽轮机停机和驱动部分专设安全设施中的至少一项时，可以通过手动操作开关来实现。

其中，如图3所示，ECP101可以包括计算机类设备、手动操作开关1011和显示仪表中的至少一项。计算机类设备即带有显示单元的操作员站1014，用户可以通过触控显示单元上的虚拟按钮，从而实现控制的功能。当然，显示单元上还可以显示整个核电站多样性保护系统的流程图以及监视画面等，从而实现监测的功能。另外，ECP101还可以包括网关1012和服务器1013，而控制装置201中可以包括信号输入输出模块2011和通信模块2012等，信号输入输出模块2011与手动操作开关1011电连接，在计算机类设备故障时，可以通过手动操作开关1011与信号输入输出模块2011向执行装置发送控制指令，例如：向执行器发送用于控制反应堆停堆的控制信号。而通信模块2012则与网关1012、服务器1013和操作员站1014电连接，从而实现监控层与现场控制层的电连接。

需要说明的是，图3中的ECP也可以是BUP，BUP具有与ECP同样的部件，并且能够达到与ECP同样的有益技术效果。

本发明实施例中，监控层包括ECP和BUP，并且ECP和BUP上均设置有手动操作开关，这样，可以在核电站中出现紧急状况时，可以快速的控制反应堆停堆、汽轮机停机或驱动部分专设安全设施。进一步的提高了核电站的安全性。

可选的，如图2B所示，所述ECP101上设置有驱动开关，所述驱动开关与所述核电站中的反应堆保护系统包括的第一处理器通过第一硬线电连接；

其中，当所述第一处理器工作，且所述驱动开关处于打开状态时，通过所述第一处理器或所述控制装置201驱动所述专设安全设施；

当所述第一处理器停止工作，且所述驱动开关处于打开状态时，通过所述控制装置201驱动所述专设安全设施。

其中，当反应堆保护系统处于工作状态时，且驱动开关处于打开状态时，可以通过第一处理器来驱动专设安全设施，当然，还可以通过控制装置201和信号处理装置202来驱动专设安全设施。当第一处理器或者反应堆保护系统中的其他部件停止工作时，只能通过控制装置201和信号处理装置202来驱动专设安全设施。例如：如图4所示，ECP401与反应堆保护系统402的第一处理器相连，而第一处理器包括信号采集模块4021、逻辑处理模块4022和信号输出模块4023，在第一处理器中完成信号采集、逻辑处理和信号输出等动作之后，将处理信号发送至优先级管理模块4024中，同样的，ECP401输出的手动驱动信号还可以通过核电站多样性保护系统403中包括的控制装置4031和信号处理装置4032进行处理，并输入至反应堆保护系统402中的优先级管理模块4024中，优先级管理模块4024根据接收到的信号，从而控制专设安全设施404驱动。需要说明的是，手动驱动信号输入至反应堆保护系统402中时，需要进行信号隔离，以防止受到反应堆保护系统402中的信号的干扰。当然，ECP401输出的也可以是自动驱动信号，具体在此不做限定。当反应堆保护系统402中的第一处理器停止工作时，ECP401只能通过核电站多样性保护系统403中的控制装置4031和信号处理装置4032实现控制专设安全设施404驱动的功能。另外，反应堆保护系统402与核电站多样性保护系统403之间还设置有同步控制模块405，用于同步反应堆保护系统402与核电站多样性保护系统403之间的时间信号。当然，也可以同步其他信号，例如：频率信号等。

另外，手动驱动信号可以是硬接线指令的形式，也可以是通信指令的形式，具体形式在此不做限定。

需要说明的是，专设安全设施可以起到调节整个反应堆或者部分装置的安全的功能，例如：专设安全设施可以用于调节核电站多样性保护系统或者反应堆保护系统的安全。

本发明实施例中，通过在ECP上设置驱动开关，使得在驱动专设安全设施时，既可以通过反应堆保护系统包括的第一处理器，也可以通过核电站多样性保护系统中包括的控制装置和信号处理装置，这样使得驱动专设安全设施的方式更加多样化，从而使得核电站的稳定性更好。

可选的，如图4所示，所述反应堆保护系统402与所述核电站多样性保护系统403之间还设置有同步控制模块405，且所述同步控制模块405分别与所述反应堆保护系统402与所述核电站多样性保护系统403通过第二硬线电连接，所述同步控制模块405用于同步所述反应堆保护系统402中的时间信号与所述核电站多样性保护系统403中的时间信号。

本发明实施例中，当反应堆保护系统工作时，此时需要同步反应堆保护系统和核电站多样性保护系统中的时间信号，避免由于时间信号不同步，从而导致反应堆保护系统和核电站多样性保护系统在不同的时间均输出驱动信号，从而使得专设安全设施的重复驱动。

可选的，如图2B所示，当所述检测装置301包括所述传感器时，所述反应堆保护系统不与所述工艺信号接口层3共用所述传感器；

当所述执行装置302包括所述驱动器和所述执行器时，所述反应堆保护系统不与所述工艺信号接口层3共用所述驱动器和所述执行器。

其中，反应堆保护系统与工艺信号接口层3可以共用传感器、驱动器和执行器，也可以不共用传感器、驱动器和执行器，即反应堆保护系统与工艺信号接口层中均具有传感器、驱动器和执行器。例如：参见图5，反应堆保护系统501与核电站多样性保护系统502共用传感器503和驱动器。具体的，传感器503检测到的传感器信号，经过信号隔离分配模块5011分配，既可以输入至反应堆保护系统501中的逻辑处理模块5012，也可以输入至核电站多样性保护系统502中的控制柜5022中，而逻辑处理模块5012则对传感器信号经过处理可以直接输入至优先级管理模块5013中，并控制专设安全设置505驱动；同样的，核电站多样性保护系统502中的控制柜5022经过对传感器信号进行处理，输出的自动信号经过继电器5023处理之后发送至优先级管理模块5013中，从而控制专设安全设置505驱动。需要说明的是，ECP5021(也可以用BUP代替ECP)上设置有手动操作开关，可以通过控制该手动操作开关，并且将该手动操作开关触发的手动信号经控制柜5022和继电器5023处理之后发送至优先级管理模块5013中，进而控制专设安全设置505驱动。另外，自动信号和手动信号在反应堆保护系统501中传输时，均需要通过信号隔离模块5014进行信号隔离。当然，核电站多样性保护系统502中不仅可以输出用于控制专设安全设置505驱动的控制信号，还可以向停堆断路器504输出用于控制停堆断路器504工作的控制信号，进而使得反应堆停堆。

需要说明的是，优选的，反应堆保护系统与工艺信号接口层3不共用传感器、驱动器和执行器。这样，可以保证反应堆保护系统与核电站多样性保护系统的系统的独立性，减小了反应堆保护系统与核电站多样性保护系统之间互相干扰的现象的发生，从而使得反应堆保护系统与核电站多样性保护系统能够更好的发挥功能。

本发明实施例中，反应堆保护系统与工艺信号接口层不共用传感器、驱动器和执行器，可以更好的保证反应堆保护系统与核电站多样性保护系统之间的系统的独立性。

可选的，所述核电站多样性保护系统包括第一供电装置和第二供电装置，所述第一供电装置和所述第二供电装置互为冗余。

其中，第一供电装置和第二供电装置均可以为220伏特交流电源和220伏特直流电源中的任一项。当然，优选的，第一供电装置为220伏特交流电源，第二供电装置为220伏特直流电源。这样，小于20毫秒的电源中断不会对核电站多样性保护系统的输出造成扰动。

本发明实施例中，核电站多样性保护系统包括互为冗余的第一供电装置和第二供电装置，可以减小电源中断对核电站多样性保护系统功能的影响，从而进一步的提高核电站多样性保护系统的可靠性。

可选的，如图2B所示，所述核电站多样性保护系统与所述核电站包括的非安全级系统电连接，所述控制装置201为控制柜，所述控制柜包括信号采集模块、主处理模块、信号输入模块和通信模块；

所述主处理模块的信号输入端与所述信号采集模块连接，所述主处理模块的输入输出端与所述通信模块连接，所述主处理模块的信号输出端与所述信号输出模块连接，所述信号采集模块用于接收所述检测装置301发送的检测信号，所述主处理模块用于处理所述检测信号，所述信号输出模块用于向所述信号处理装置202发送所述第一信号或所述第二信号，所述通信模块用于与所述非安全级系统进行数据通信。例如，请参照图6，控制装置201为控制柜，控制柜包括信号采集模块2013、主处理模块2014、信号输入模块2015和通信模块2012，其中，通信模块2012可以与图2B中所示的非安全级系统进行数据通信。

需要说明的是，图2B中的A表示非安全级系统。

本发明实施例中，控制装置为控制柜，且控制柜包括信号采集模块、主处理模块、信号输入模块和通信模块，这样，控制柜包括的上述模块分工更加明确，从而使得控制柜的处理效率更高，处理速率更快。

可选的，如图2B所示，所述控制装置201均采用FPGA芯片。

其中，核电站多样性保护系统中的各个部件均可以采用FPGA技术，也可以采用传统模拟技术实现，例如：定制电路技术，或者可编程器件门电路技术等。这样，使得核电站多样性保护系统更加多样化。

本发明实施例中，控制装置采用FPGA芯片，使得控制装置的使用寿命更长，稳定性更好，使用成本更低。

需要说明的是，本发明实施例提供的核电站多样性保护系统可以用于不同堆型的核电站，并且核电站多样性保护系统具有硬接线和通信接口两种形式，支持自动驱动功能和手动驱动功能，通用性较好。

本发明实施例还提供一种核电站，包括反应堆保护系统和上述的核电站多样性保护系统。

本发明实施例提供的核电站，由于包括上述实施例中的核电站多样性保护系统，从而具有与上述核电站多样性保护系统相同的技术效果，具体在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。