[發明專利]基于濾波的核反應堆故障診斷系統實現方法

有效

• 申請號: 201310023867.4
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103117099B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 龐巖;夏浩
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G21C17/06
• 分類號: G21C17/06
• 代理公司: 大連星海專利事務所21208
• 代理人: 徐淑東

技術領域

本發明涉及核反應堆狀態安全監控技術領域，特別是指一種基于濾波的核反應堆 故障診斷系統實現方法。

背景技術

目前，人們已經公認核電是一種安全、可靠、經濟、清潔的能源，一些化石燃料能源 短缺的國家，選定核能作為解決滿足能源需求的主要能源。大力發展核電有以下好處 ：一、 核電是一種清潔、高效的新能源，對于日益枯竭的舊能源如石油、煤，木材等起到了很好的 保護和補充作用。二、核電對所需的材料如某些放射性元素利用率高，發電量大而且持久， 因而成本低，效益高。三、核電所產生的污染少（如二氧化碳）的排出量，使用時間長，對于緩 解日益增長的用電需求是非常必要的。

然而， 核電站是一個結構復雜的龐大的工程系統，一旦發生故障或事故有放射性 物質泄漏的風險。因此，自從前蘇聯在奧布寧斯克建成世界第一座電功率為 5MW 的試驗核 電站以來，安全性和經濟性一直是核電站設計者和運營企業所追求的重要目標。

從安全性方面來說，由于在裂變釋能過程中，會產生放射性輻射及放射性廢物，如 果處理不好，會對人員和環境造成巨大影響。另一方面，在系統和設備故障狀態下，操作人 員可能無法從眾多而分散的儀表信息中認清事故的本質，從而造成錯誤判斷，導致停堆事 故，甚至造成反應堆燒毀、放射性物質大量釋放的嚴重事故。

從經濟方面來說，核電站系統和設備出現故障而造成的反應堆停堆，將給核電站 造成巨大的經濟損失。100 萬千瓦的核電廠造價 20 億美元 ； 每天發電 2400 萬千瓦時，停 運一天，損失 100 萬美元 ；三里島事故使美國核工業界至少損失數 10 億美元 ；蘇聯切爾諾 貝利事故造成損失達 200 億美元之上 ；福島事件造成的損失將以千億計。

綜上所述，系統和設備的故障不管是對核電站的安全性還是經濟性都有巨大影 響，因此，加強核電站狀態監測與故障診斷系統的開發與研究具有重要意義。

從三里島事故，切爾諾貝利和福島事故以來 , 核電站的安全問題一直是核能界關 注的重要問題。為此 , 核能界進行了許多卓有成效的研究。當前 , 核電站的故障診斷方 法研究主要集中在基于知識的方法 , 神經網絡、遺傳算法、模式識別和專家系統等方法成 為研究的重點, 并取得了可喜的成果?；诮馕瞿Ｐ偷墓收显\斷方法對模型的精度要求較 高，因此該方法在核電站故障診斷中研究受到了一定限制了。

發明內容

為了解決石墨磚的破裂會導致反應堆核心變形、溫度過高，甚至出現核泄漏，有可 能引發安全事故或導致這些核電廠被提前關閉，而核電站就要對石墨磚進行定期檢查，這 些反應堆將暫時關閉的問題。

本發明提供一種基于濾波的核電站故障診斷方法，其特征在于它的步驟如下 ：

第一步，核電站更換核燃料時燃料機器上的載荷傳感器可以測出核燃料提升力，將從核電站得到的核燃料提升力的數據進行收集整理，建立數據庫 ；

第二步，應用未知輸入的卡爾曼濾波法估計摩擦力。根據牛頓第二定律，建立一個簡單 的核燃料提升過程的數學模型 ；然后，把摩擦力當成未知輸入，應用未知輸入的卡爾曼濾波 法，將每一次提升摩擦力估計出來得到新的數據庫 ；

第三步，應用最小方差指數找出故障數據。將對應同一層石墨磚的數據收集起來，將它 們所有相加，并求出平均值即為平均摩擦力。將每一條經過濾波的摩擦力的最小方差指數 與平均軌跡的最小方差指數進行比較，如果超過誤差范圍，就把這條軌跡設置為被懷疑有 裂縫對象，進行具體分析，其對應該的高度即為可能出現裂縫的位置。

所述第二步應用未知輸入的卡爾曼濾波法是基于一個包含核燃料棒位移和速度 變量的線性方程進行的，其中摩擦力是模型里的未知輸入。

所述第二步應用未知輸入的卡爾曼濾波法其步驟如下 ：

（1）將所述的線性方程分解為一個帶有未知輸入的子系統和一個不帶未 知輸入的子系統 ；

（2）將上一步得到的不帶未知輸入的子系統代入帶有未知輸入的子系統將未知輸入消掉 ；

（3）將卡爾曼濾波應用在步驟（2）得到系統上，估測出系統狀態 ；

（4）把估測出的狀態代入步驟（1）得到的帶有未知輸入的子系統中，得到未知輸入的估測 值即為摩擦力的估測值。

有益效果 ：本發明引入了魯棒性故障診斷技術 , 使得設計的故障診斷算法只對 核反應堆的特定裝置的故障 , 而對于模型的不精確和誤差、以及系統的噪聲和干擾不敏 感，提高固定診斷的準確性。

附圖說明

圖 1 是空心石墨磚的示意圖。