类蜂窝结构高灵敏度裂变室探测器模拟仿真研究

目前的反应堆功率监测系统要求使用单一裂变电离室在适应反应堆堆芯的高γ辐射场下的中子注量率测量的同时可以以高灵敏度的脉冲工作模式适应反应堆启动阶段的低中子注量率情况下的测量。然而,由于裂变碎片在易裂变物质涂层中的射程较短,具有较强的自吸收效应,因此无法通过增大裂变材料涂层厚度提升探测器的灵敏度。本文提出了一种类蜂窝结构的圆柱栅格裂变室探测器,将探测器比表面积提高为普通圆柱电离室的3倍,从而在不增加裂变物质涂层厚度的情况下,大幅度增加了裂变物质的有效质量,实现了高的中子灵敏度。基于Geant4的蒙特卡罗模拟表明21片栅格板和2.5mg/cm^(2)的^(235)U涂层的裂变电离室可以实现3cps/nv的热中子探测灵敏度。使用Garfield++对探测器内电离电子的迁移和扩散的仿真结果表明,使用Ar/CO_(2)(96/4)作为工作气体可以平衡电离电子的漂移速度和横向扩散,并实现极间电压为725V时96.5%的电子迁移效率。本文的模拟和仿真结果表明,该类蜂窝结构裂变电离室在脉冲模式下具有高的热中子灵敏度,有希望适应反应堆从启动到满功率运行的宽量程的功率监测。

基于值学习与策略梯度的深度强化学习在核工程领域的适配性分析

深度强化学习能够实现端到端处理,将高维度的原始输入数据直接转化为输出动作。深度强化学习按照间接和直接的策略优化方式,主要可分为基于值学习和基于策略梯度的两类方法。二者因原理不同,在解决问题的能力和适用场景上存在差异。核领域中的决策问题状态参数维度高,同时决策参数与状态参数之间存在强非线性关系,是深度强化学习的潜在应用场景。本文从强化学习的基本原理出发,归纳了基于值学习和基于策略梯度的强化学习方法的机理差异,并结合目前研究现状对两类方法在核工程领域可能的应用场景进行了深入分析。最后,总结了深度强化学习在后续应用中所面临的挑战及应用趋势。

核测量系统关键电路故障诊断与预测方法研究

探讨了一种可实现核测量系统关键电路故障诊断与预测的方法。以核测量系统放大电路为研究对象,采用PSPICE对电路进行建模,通过小波包变换从电路脉冲响应信号中提取出代表电路状态的故障特征信息,将故障特征信息输入BP神经网络模型开展故障诊断研究,同时,基于相关向量机模型(RVM)开展故障预测研究。研究结果表明:该故障诊断模型对不同故障模式的识别准确率高达99%,且基于量子粒子群滤波算法(QPSO)的RVM模型能够实现电路故障指标发展趋势的准确预测。本项研究可为核测量系统关键电路的维护、保障提供更充实的理论支撑。

核电厂反应堆功率控制系统接口问题解析

反应堆功率控制系统通过提升或下插控制棒实现反应堆核功率的控制。反应堆功率控制系统与控制棒之间接口匹配性直接决定控制棒提降棒功能可否正常实现,进而影响核电机组正常运行及核安全。某核电厂反应堆功率控制系统通过步进电机控制模块向步进电机驱动器发出组合控制指令,使得步进电机正转或者反转,带动控制棒上提或者下插。描述调试期间步进电机控制模块与步进电机驱动器转动、转向和脉冲三个信号回路接口不匹配现象,分析问题产生的原因,提出增加转动信号软闸门、步进电机驱动器降频细分、核功率控制器输出设置低频死区、改变步进电机驱动器转向设置等解决方案,保证了控制棒远程提/降棒功能的正常实现,为后续核电机组类似问题提供参考与借鉴。

控制棒驱动机构工作线圈在线寿命评估方法研究及算法实现

现有压水堆控制棒驱动机构通过定期测量工作线圈进行电阻或绝缘电阻的方法,只能提供有限的监测和诊断信息,无法对工作线圈的性能变化过程进行完整评估。基于现有控制棒驱动机构工作线圈热寿命方程,研究并设计一套可用于开展工作线圈在线寿命评估的方法;通过采集线圈工作电压及工作电流,获得实时的工作线圈电阻,并换算为工作线圈实时工作温度,将实际工作时长折算为工作线圈热寿命消耗时长。最终达到对控制棒驱动机构工作线圈进行在线寿命预测及评估的目的。

核安全级DCS设备危险频率下的电接触摩擦学特性

为研究核安全级分布式控制系统(DCS)设备中的电接触摩擦学特性,对核安全级DCS设备的危险频率进行了评估。建立了一套球面电接触摩擦学试验装置,在危险频率下进行了一系列载流摩擦学试验,探索不同电流作用下界面摩擦磨损特性。研究结果表明,核安全级DCS设备的危险频率为12 Hz;在该频率下,随着输入电流从1 A增大至3 A,摩擦因数呈现先减小后增大的趋势;在大电流作用下,电接触达到失效的时长显著增长;电接触界面表现出划痕、颗粒、微裂纹、磨屑堆积和磨屑飞溅等5种特征;虽然接触区域存在一定的氧化产物,但是只要有足够多的接触区域实现导电通路,界面依然能够保持良好的电接触状态。

控制棒驱动机构楔形迷宫密封组件设计与密封性能研究

控制棒驱动机构(CRDM)与压力容器管座之间通常采用焊接连接,针对堆芯换料导致的拆卸不便以及二次焊接时密封性能变差等问题,对控制棒驱动机构的连接形式进行了研究,提出了一种便于维修和利于拆卸的楔形迷宫密封结构。首先,引入了迷宫密封的设计理念,加入了楔形密封结构,采用钢制压力容器的设计标准,计算了工况下控制棒驱动机构所需的最小壁厚和热压载荷耦合作用下的临界屈服温度;然后,应用有限元方法模拟了C形环工作状态,研究了金属C形环的回弹特性及密封面状态;最后,针对楔形迷宫密封组件开展了泄漏率试验和热循环试验。研究结果表明:工况下的最小壁厚为10 mm,临界屈服温度为72.5℃;C形环尺寸越大,最大线比压值越小,密封面的贴合程度越高;楔形迷宫密封组件的泄露率小于1.0×10-6 Pa·m 3/s,能够满足多次拆卸工况下的密封要求。

CAT-1偶极场超导磁体的悬浮控制与仿真

“天环一号”(China Astro-Torus 1,CAT-1)是一个悬浮偶极场磁约束装置,主要用于偶极场等离子体物理实验研究,要求中心悬浮超导磁体在无冷却和无电源条件下稳定悬浮至少5 h。本文设计了超导托举磁体与中心悬浮磁体环耦合的悬浮控制系统,为确保1200 kg、5 MA中心悬浮磁体环稳定悬浮,完成了控制系统的Simulink模型建立和仿真,基于Routh-Hurwitz稳定判据,研究了PID(Proportion-Integral-Derivative)控制策略对稳定控制影响,确定了稳定控制参数选取的范围:理想条件下PD(Proportion-Derivative)控制系统上升时间为0.1545 s、峰值时间为0.6283 s、调节时间0.0848 s。结果表明:基于PD控制能够在较短的时间内将悬浮超导环恢复在预设平衡位置,采用合适的启动方式可极大地降低电路的负载。本结果为悬浮超导悬浮偶极场装置设计研发提供了关键技术支撑。

基于时频特征融合与GWO-ELM的棒控电源早期故障状态辨识方法

针对核电棒控系统电源(PWE)早期故障状态辨识问题,提出一种基于融合时域与时频域的故障特征和灰狼优化算法(GWO)的极限学习机(ELM)辨识方法。首先,根据棒控电源PWE工作原理和控制棒驱动机构的驱动电流,利用电流上升时间分析了早期波形形态与早期故障模式。然后,构建融合电流上升时间、均方根-差分和和小波包奇异熵的故障时频特征,分析了特征的可区分性。进而,采用GWO算法进行ELM分类器参数择优,建立GWO-ELM模型实现PWE早期故障状态的辨识,以提高辨识精度。最后,通过开展不同特征组合和辨识模型比对试验,结果表明所提方法能有效实现棒控电源早期故障识别诊断,且平均辨识准确度可达98.86%。

基于CRAIMA模型的核反应堆功率广义预测控制

为控制反应堆功率负荷跟踪变化,基于预测控制的原理设计了一种适用于核反应堆功率非线性过程的预测控制方法.以点堆动力学方程为基础建立了核反应堆功率数学模型,为方便广义预测控制器的设计,将此数学模型转换成受控自回归积分滑动平均模型(CARIMA).采用广义预测控制方法设计了反应堆功率控制器,对所设计的控制器性能进行了仿真验证.仿真结果表明,在功率观测期间存在1%额定功率的观测噪声的情况下,功率输出能够快速跟踪期望功率,并且功率观测带来的扰动对于功率实际运行影响较小,说明此控制器能够消除不确定干扰和非线性因素对系统的影响,保证反应堆功率系统的稳态精度和动态品质,能够应用于核反应堆功率控制系统中,并且具有优良的控制效果.

核电厂安全级DCS平台的1oo2D架构设计研究

为保证核电厂的安全和可靠运行,有效克服单一故障影响,核电厂安全级DCS系统必须充分考虑冗余性设计。根据相关标准对于1oo2D的架构要求,该文对1oo2D架构设计进行研究,提出了一种适用于核电安全级DCS系统的1oo2D架构设计思路,详细地就输入信号的表决机制进行说明,就冗余主控模块的表决处理、数据比较进行描述,同时还对输出信号的诊断和切除方式进行描述,为后续的1oo2D平台详细设计提供指导。

基于NASPIC平台输出至外部系统试验的设计与研究

为确保安全级DCS系统的可靠性,需在固定周期对安全级DCS设备进行定期试验,降低因为任何原因导致的系统误动、拒动的可能性。本文针对核安全级DCS平台“龙鳞平台(NASPIC)”的输出至外部系统试验的逻辑关系冗杂、时序关系复杂,占用大量CPU资源的问题,提出了一种新的输出至外部系统试验解决方案,可使CPU中逻辑复杂度大大减少。此方案可大量精简CPU逻辑,又不降低定期试验功能的可靠性,可在多个核电仪控产品领域推广。

基于NASPIC的安全级DCS冗余IO设计

在核电站反应堆保护系统的某些特殊应用中,比如极为重要的控制信号、无扰维护、不可运行性限制等场景,需要考虑可靠、稳定、有效的冗余IO设计,在不显著增加设备数量和故障点的前提下提高系统的可靠性和可用性指标。基于NASPIC平台的软件和硬件特征,以某核电站反应堆保护系统数字化升级项目为例,提供一种稳定可靠的冗余IO设计方案,对类似应用需求场景具有适用性,对于华龙一号批量化建设具有一定的借鉴意义。

控制棒驱动机构故障报警分析

国外某核电机组在运行期间频繁发生了多起控制棒驱动机构线圈电流故障报警,导致控制棒无法正常动作。为解决这一问题,在现场对其故障电流进行了监测和记录。在深入分析其电流波形后找到了出现故障报警的主要原因。在对系统功能和参数设置进行分析后,文章提出了若干合理化的改进建议。并最终解决了故障,保证了机组安全可靠的运行。

刚度等效在地坑过滤器滞留篮抗震分析中的应用

目的对地坑过滤器滞留篮的过滤板进行刚度等效计算。方法应用能量法和各向异性法对地坑过滤器滞留篮的过滤板进行等效刚度计算。结果基于变形能相等的能量法得到的频率远大于地震反应谱的截止频率,该方法适用于滞留篮模型的工程要求。基于各向异性法得到的主频率与实际模型主频率相差14%,该方法同样适用于滞留篮的工程要求。结论2种方法均可满足工程要求,各向异性方法更接近实际模型。最终采用基于能量法的模型和各项异性刚度等效过滤板都取得了较好的效果。

核电厂保护系统ECP硬逻辑设计研究

为保证核电厂的可靠运行,有效克服单一故障和共因故障影响,核电厂保护系统设计过程中必须充分考虑系统多样性和纵深防御设计。结合相关标准的单一故障、纵深防御设计要求,对保护系统的多样性措施进行分析研究,以探索一种因对软件共因故障失效的多样性硬逻辑设计策略,搭建典型的停堆硬逻辑和专设驱动硬逻辑设计原理,为后续核电项目的硬逻辑设计提供指导。

核电站松脱部件监测系统研制

以秦山核电二期扩建工程松脱部件与震动系统(KIR)供货项目为背景,研制出了松脱部件监测系统(LPMS)C1201。该系统由10个监测通道组成,对压力容器和蒸汽发生器内产生的松脱部件进行实时监测。信号调理和报警处理采用现场可编程门阵列(FPGA)程控技术;松脱部件甄别采用了DSP数字化、松脱部件信号长短有效值浮动甄别、时间延迟和通道复核联合甄别等技术,使系统具有强抗误报警能力;系统自检采用I2C控制与多路分配程控技术;系统采用PXI总线技术,使通道间和模块间同步,满足定位分析需要;采用虚拟仪器和数据库管理技术,界面可视化强,接口开放式;系统还具有软硬件故障自检与故障通道切除、磁盘空间检测、软件停电保护等功能。

广东岭澳核电二期工程数字化棒控棒位系统设计

广东岭澳核电二期工程控制棒控制系统和控制棒棒位监测系统(以下简称棒控棒位系统)采用基于法国AREVA的安全级仪控平台TXS技术和数字化技术,以及冗余设计技术手段,实现了反应堆温度和功率的集中控制。采用大功率晶体管实现了对控制棒的"一带一"控制;采用分组编码探测器对控制棒在堆芯中的位置进行监测。本文对其设计要求和设计特点进行了介绍,并将设计结果与岭澳核电一期和秦山二期棒控棒位系统的设计结果进行了比较。结果表明,岭澳二期的棒控棒位系统能为运行人员和维护人员提供丰富的信息,方便了系统的运行和维护,提高了系统的可靠性。

制造管理系统运行中常见问题的分析与对策

随着核燃料元件制造管理信息系统全面上线应用,信息系统已逐步成为顺利开展核燃料元件生产管理相关工作不可或缺的重要因素,其在运行过程中也会引起生产过程不流畅等问题。分析系统运行过程中出现的各类问题、找出原因,根据分析结果提出相应对策和措施,并建立长效机制,为提高系统运行维护水平,保证生产连续性,提高系统运行效率、运行质量。

ADS注入器Ⅱ控制系统软件平台设计

加速器驱动的次临界系统(ADS)的强流质子加速器(ADS注入器Ⅱ)主要用于产生连续强流质子束,其控制系统需实现对现场加速器设备的远程参数调节和状态监测。整个控制系统基于分布式控制软件实验物理与工业控制系统(EPICS)架构设计。为实现各子系统软件开发平台之间的数据共享和信息通信,基于EPICS软件架构,采用共享内存、通道访问接口软件、CA Lab等多种方法实现各系统间的数据透明访问,提高了上层控制软件的远程诊断和集成控制能力。结果表明:整个软件平台运行可靠、稳定,完全满足目前注入器Ⅱ的调束和运行要求。