本實(shí)用新型屬于核電領(lǐng)域，具體涉及一種核電廠多運(yùn)行工況下乏燃料水池液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在核電廠乏燃料水池內(nèi)貯存的乏燃料，具有較強(qiáng)的放射性，同時(shí)還釋放出衰變熱。乏燃料水池內(nèi)必須充水且保持一定的水位，一方面屏蔽池內(nèi)輻射，另一方面對(duì)燃料元件進(jìn)行冷卻，因此乏燃料水池內(nèi)液位監(jiān)測(cè)非常關(guān)鍵。2011年，日本福島事故中，由于乏燃料水池內(nèi)液位及溫度監(jiān)測(cè)裝置損壞，無法得到池內(nèi)液位等關(guān)鍵參數(shù)；同時(shí)乏燃料水池區(qū)域輻照水平高，環(huán)境條件惡劣，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急人員難以進(jìn)入該區(qū)域進(jìn)行搶修，導(dǎo)致乏燃料水池長(zhǎng)期處于不可控的狀態(tài)，最后釀成了嚴(yán)重的事故后果。

現(xiàn)有核電廠乏燃料水池冷卻系統(tǒng)具有一定的液位監(jiān)測(cè)能力，如通過設(shè)置兩個(gè)非核級(jí)浮子式液位開關(guān)，分別輸出高、低液位報(bào)警對(duì)乏燃料水池正常補(bǔ)水操作進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但是這種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無法給出大范圍內(nèi)乏燃料水池液位監(jiān)測(cè)以應(yīng)對(duì)類似福島的嚴(yán)重事故。并且機(jī)械部件多，機(jī)械磨損后會(huì)失去公差，而且易產(chǎn)生故障。

專利申請(qǐng)CN201210432373.7提出了一種采用熱電阻傳感器測(cè)量連續(xù)液位的裝置。但是在高溫水蒸汽等惡劣工況下，傳感器測(cè)量精度將受到影響。同時(shí)該裝置沒有備用通道，在通訊電纜故障情況下，乏燃料水池液位將失去監(jiān)控。

因此，有必要采取一種可運(yùn)行在各種工況下的乏燃料水池液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可在高溫水蒸汽及輻照環(huán)境下正常工作，同時(shí)可應(yīng)對(duì)喪失一切外電源、乏燃料水池不能進(jìn)入及通訊電纜故障等極端事故情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種的乏燃料水池液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在正常運(yùn)行及事故工況下對(duì)乏燃料水池連續(xù)液位的檢測(cè)，尤其可在高溫水蒸汽及輻照等嚴(yán)酷環(huán)境下正常工作，同時(shí)可應(yīng)對(duì)喪失一切外電源、乏燃料水池不能進(jìn)入及通訊電纜故障等極端事故情況。

根據(jù)本實(shí)用新型的第一方面，提供了一種乏燃料水池液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括機(jī)柜和傳感器探頭部分，所述機(jī)柜中包括信號(hào)收發(fā)模塊、信號(hào)處理模塊、電源模塊以及數(shù)據(jù)輸出模塊。所述信號(hào)收發(fā)模塊用于在機(jī)柜中向傳感器探頭發(fā)射信號(hào)并接收回波信號(hào)，從而產(chǎn)生表征液位信息的時(shí)差信號(hào)。所述信號(hào)處理模塊用于接收所述時(shí)差信號(hào)，并基于設(shè)置參數(shù)將所述時(shí)差信號(hào)轉(zhuǎn)換成液位開關(guān)信號(hào)和/或液位信號(hào)。所述電源模塊用于向所述液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電。所述數(shù)據(jù)輸出模塊用于將所述液位開關(guān)信號(hào)和/或液位信號(hào)發(fā)送到數(shù)據(jù)傳輸通道。

根據(jù)本實(shí)用新型的第二方面，提供了一種供電系統(tǒng)，用于向乏燃料水池液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電。所述供電系統(tǒng)包括：電源系統(tǒng)，包括UPS電源系統(tǒng)，UPS電源系統(tǒng)在喪失外部電源的情況下能夠持續(xù)對(duì)系統(tǒng)供電；外部電源端口，用于連接外部電源，所述外部電源為移動(dòng)電源或發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)，從而為所述液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電；便攜顯示模塊，用于在喪失一切內(nèi)外部電源且系統(tǒng)內(nèi)置電源耗盡情況下用便攜顯示模塊的內(nèi)置電源向所述液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電并讀取液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的液位信息。

附圖說明

附圖示出了本公開的各方面的示例，并且其與說明書一起用于解釋本實(shí)用新型的原理。本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員明白，附圖所示的特定實(shí)施例僅是示例性的，并且它們無意限制本實(shí)用新型的范圍。為了更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)Ρ竟_的各方面及其特征和優(yōu)點(diǎn)理解得更為透徹，現(xiàn)在將參考附圖，在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型的核電廠多運(yùn)行工況下乏燃料水池液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；

圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型的核電廠多運(yùn)行工況下乏燃料水池液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理；

圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型的核電廠多運(yùn)行工況下乏燃料水池液位監(jiān)測(cè)方法的運(yùn)行流程。

圖中的附圖標(biāo)記表示如下：1-電磁波信號(hào)收發(fā)模塊，2-同軸電纜，3-導(dǎo)波桿，4-同軸套管，5-無線發(fā)射模塊，6-正常輸出模塊，7-便攜顯示模塊，8-信號(hào)處理模塊，9-外部電源端口，10-UPS電源系統(tǒng)，11-安裝法蘭，12-安裝支架，13-固定支架，14-乏燃料池，15-燃料格架，16-導(dǎo)波雷達(dá)傳感器，17-信號(hào)傳輸切換模塊，18-有線傳輸模塊。

具體實(shí)施方式

某些術(shù)語在本申請(qǐng)文件中自始至終用來指示特定系統(tǒng)部件。在本申請(qǐng)文件中，以開放的形式使用術(shù)語“包括”、“包含”和“具有”，并且因此應(yīng)將其解釋為意指“包括但不限于…”。此外，在本文中可能使用的術(shù)語“基本上”、“實(shí)質(zhì)上”或者“近似地”涉及行業(yè)所接受的對(duì)相應(yīng)術(shù)語的容差。

在以下說明中，出于解釋的目的，闡述許多特定細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本實(shí)用新型的透徹理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將顯而易見的是，可以在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本實(shí)用新型的裝置、方法和設(shè)備。在本說明書中對(duì)“實(shí)施例”、“示例”或類似語言的提及意指結(jié)合該實(shí)施例或示例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在至少那一個(gè)實(shí)施例或示例中，但不一定會(huì)被包括在其它的實(shí)施例或示例中。

圖1示出一種核電廠多運(yùn)行工況下乏燃料水池液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由機(jī)柜和傳感器探頭部分構(gòu)成。傳感器探頭例如可以是導(dǎo)波傳感器探頭或?qū)Рɡ走_(dá)傳感器探頭。如圖1中所示的，傳感器探頭包括導(dǎo)波桿3（也稱為導(dǎo)波桿探頭3）和同軸套管4，導(dǎo)波桿3插入在同軸套管4內(nèi)。傳感器探頭通過安裝法蘭11固定在安裝支架12上，然后通過固定支架13固定在乏燃料水池14的內(nèi)壁上，從而滿足抗震要求。傳感器探頭可拆卸的方式安裝于乏燃料水池14中，拆裝方便。

如圖1中所示，機(jī)柜為核級(jí)專用機(jī)柜，抗震耐溫防輻照，防護(hù)等級(jí)高，可保證其內(nèi)各個(gè)模塊在特殊環(huán)境下正常工作。機(jī)柜設(shè)置于乏燃料水池附近。當(dāng)然，如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的，機(jī)柜可以位于可以實(shí)現(xiàn)其功能的任何其他位置。機(jī)柜可以包括信號(hào)收發(fā)模塊1（例如可以是電磁波信號(hào)收發(fā)模塊）、無線發(fā)射模塊5、正常輸出模塊6、便攜顯示模塊7、信號(hào)處理模塊8、外部電源端口9以及電源系統(tǒng)10，這些元件可以一體化集成在機(jī)柜的內(nèi)部。無線發(fā)射模塊5、正常輸出模塊6以及便攜顯示模塊7分別用于三種不同的輸出模式，他們一起構(gòu)成信號(hào)輸出模塊。

如圖1中所示，傳感器探頭的頂端通過電纜2（例如同軸電纜）與機(jī)柜中的信號(hào)收發(fā)模塊1相連，使得傳感器探頭和信號(hào)收發(fā)模塊1組成液位傳感器16（參見圖2），在本實(shí)用新型中，該液位傳感器16為導(dǎo)波傳感器。傳感器探頭的底端直抵乏燃料水池14中的燃料格架15上沿，由此可以滿足乏燃料水池從燃料格架15開始裸露的水位到滿水位的連續(xù)液位測(cè)量區(qū)間要求。替代地，在滿足連續(xù)液位測(cè)量區(qū)間及精度要求情況下，可將桿式的導(dǎo)波桿探頭3替換為纜式探頭或?qū)?dǎo)波傳感器16替換成熱電阻液位傳感器等。

如上所述的，在本實(shí)用新型中，液位傳感器或?qū)Р▊鞲衅鞑捎梅煮w式結(jié)構(gòu)，電磁波信號(hào)收發(fā)模塊1設(shè)在專用的機(jī)柜內(nèi)，受到機(jī)柜的保護(hù)，另外傳感器探頭本身受環(huán)境影響極小。這種電磁波信號(hào)收發(fā)模塊1與傳感器探頭的分體式安裝并通過同軸電纜連通的方式保證在高溫水蒸汽及高輻照等惡劣條件下正常工作。

信號(hào)收發(fā)模塊1包括信號(hào)收發(fā)電路和計(jì)時(shí)電路（圖1中未示出）。該信號(hào)收發(fā)電路向傳感器探頭（也即向?qū)РU3）發(fā)射信號(hào)（比如高頻電磁波信號(hào)）并接收回波信號(hào)，然后經(jīng)計(jì)時(shí)電路產(chǎn)生表征液位信息的時(shí)差信號(hào)。該時(shí)差信號(hào)從信號(hào)收發(fā)模塊1被發(fā)送到信號(hào)處理模塊8。信號(hào)處理模塊8包括參數(shù)輸入組態(tài)面板和信號(hào)變送器（未示出）。通過組態(tài)面板輸入乏燃料水池高度參數(shù)及關(guān)鍵液位高度數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)際需求，可自由設(shè)定多組關(guān)鍵液位高度，實(shí)現(xiàn)多個(gè)關(guān)鍵液位監(jiān)測(cè)點(diǎn)的報(bào)警。根據(jù)在組態(tài)面板上設(shè)置的參數(shù)，信號(hào)變送器將信號(hào)收發(fā)模塊1提供的時(shí)差信號(hào)轉(zhuǎn)換成關(guān)鍵液位開關(guān)信號(hào)和液位信號(hào)，液位信號(hào)可以是4-20mA的模擬信號(hào)，替代地，液位信號(hào)也可以是數(shù)字信號(hào)。然后該關(guān)鍵液位開關(guān)信號(hào)和液位模擬信號(hào)通過數(shù)據(jù)傳輸通道被輸出。

圖1中的乏燃料水池液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供有線和無線兩種數(shù)據(jù)傳輸通道，其中有線通道又分為正常輸出通道和便攜顯示通道，這兩種輸出通道經(jīng)通信電纜分別通向主控室及應(yīng)急中心（圖1中未示出）。便攜顯示通道為備用通道，直接連接便攜顯示裝置，諸如手持閱讀器(未示出)，通過手持閱讀器輸出所測(cè)得的液位值。在喪失一切內(nèi)外部電源且系統(tǒng)內(nèi)置電源耗盡情況下，可利用手持閱讀器內(nèi)置電池對(duì)系統(tǒng)繼續(xù)供電并讀取液位信息。此外，無線數(shù)據(jù)傳輸通道將信號(hào)以無線方式發(fā)送至遠(yuǎn)程接收端（圖1中未示出）。

無線發(fā)射模塊5服務(wù)于無線數(shù)據(jù)傳輸通道，用于將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)成無線信號(hào)以發(fā)送至遠(yuǎn)程接收端，因此也可稱為無線數(shù)據(jù)輸出模塊。正常輸出模塊6服務(wù)于正常輸出通道，并且便攜顯示模塊7服務(wù)于便攜顯示通道。正常輸出模塊6和便攜顯示模塊7都提供標(biāo)準(zhǔn)插接口，通過通信電纜將信號(hào)分別送往主控室及應(yīng)急中心。由于正常輸出模塊6和便攜顯示模塊7服務(wù)于有線數(shù)據(jù)傳輸通道，因此正常輸出模塊6和便攜顯示模塊7也可以合稱為有線數(shù)據(jù)輸出模塊。無線發(fā)射模塊5在通訊電纜故障情況下，即有線數(shù)據(jù)傳輸通道失效情況下自動(dòng)啟動(dòng)并工作，從而保證特殊情況下乏燃料水池液位的持續(xù)監(jiān)控。替代地，無線發(fā)射模塊5也可以根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)置被自動(dòng)啟動(dòng)或者用戶的需要而被啟動(dòng)，例如，無線發(fā)射模塊5可以由用戶根據(jù)需要手動(dòng)啟動(dòng)。

外部電源端口9以及電源系統(tǒng)10構(gòu)成供電模塊。電源系統(tǒng)10可以是UPS電源系統(tǒng)，UPS電源系統(tǒng)的內(nèi)置電源在喪失外部電源情況下可持續(xù)對(duì)系統(tǒng)供電。外部電源端口9是連接外部電源的通用接口，其一端連接電源系統(tǒng)10，另一端用于連接外部電源，外部電源諸如是移動(dòng)電源或發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)。

圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型的乏燃料水池液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理。在采用導(dǎo)波雷達(dá)傳感器或?qū)Р▊鞲衅魈筋^的情況下，信號(hào)收發(fā)模塊1的信號(hào)收發(fā)電路向?qū)РU探頭3發(fā)射高頻電磁波信號(hào)并接收回波信號(hào)，然后經(jīng)信號(hào)收發(fā)模塊1的計(jì)時(shí)電路產(chǎn)生表征液位信息的時(shí)差信號(hào)。該時(shí)差信號(hào)從信號(hào)收發(fā)模塊1被發(fā)送到信號(hào)處理模塊8。信號(hào)處理模塊8的信號(hào)變送器根據(jù)在組態(tài)面板上設(shè)置的參數(shù)將信號(hào)收發(fā)模塊1提供的時(shí)差信號(hào)轉(zhuǎn)換成關(guān)鍵液位開關(guān)信號(hào)和4-20mA的液位模擬信號(hào)。然后，該關(guān)鍵液位開關(guān)信號(hào)和液位模擬信號(hào)被傳輸?shù)叫盘?hào)傳輸切換模塊17。信號(hào)傳輸切換模塊17根據(jù)系統(tǒng)的供電情況或根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，將該關(guān)鍵液位開關(guān)信號(hào)和液位模擬信號(hào)傳送到相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸通道被輸出。例如，如果監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到有線數(shù)據(jù)傳輸通道失效或者檢測(cè)到來自用戶或其他設(shè)備的選擇信號(hào)，則信號(hào)傳輸切換模塊17可以將信號(hào)切換到無線發(fā)射模塊5。否則，信號(hào)傳輸切換模塊17可以將信號(hào)切換到有線傳輸模塊18。替代地，信號(hào)傳輸切換模塊17可以將信號(hào)同時(shí)切換到無線發(fā)射模塊5和有線傳輸模塊18。

圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型的核電廠多運(yùn)行工況下乏燃料水池液位監(jiān)測(cè)方法的運(yùn)行流程。如圖中所示，方法開始于310。然后，在框320處，通過導(dǎo)波傳感器16以及信號(hào)處理模塊8（如圖1中所示）來獲取液位開關(guān)信號(hào)及液位信號(hào)。在框330處，信號(hào)傳輸切換模塊17（如圖2中所示）判斷有線數(shù)據(jù)輸出通道是否正常。如果有線數(shù)據(jù)輸出通道正常，則方法進(jìn)行至方框340，液位開關(guān)信號(hào)及液位信號(hào)被切換或發(fā)送至有線數(shù)據(jù)輸出模塊18，有線數(shù)據(jù)輸出模塊18將信號(hào)發(fā)送至有線數(shù)據(jù)傳輸通道。如果有線數(shù)據(jù)輸出通道故障或失效，則方法進(jìn)行至框335，液位開關(guān)信號(hào)及液位信號(hào)被切換或發(fā)送至無線數(shù)據(jù)輸出模塊5，無線數(shù)據(jù)輸出模塊5將信號(hào)發(fā)送至無線數(shù)據(jù)傳輸通道。

繼續(xù)參見圖3，在方框340之后，系統(tǒng)在框350之后繼續(xù)判斷是否外部電源喪失并且內(nèi)部電源耗盡，或者判斷系統(tǒng)的電力供應(yīng)是否來自便攜顯示裝置。如果外部電源喪失并且內(nèi)部電源耗盡，或者系統(tǒng)的電力供應(yīng)來自便攜顯示裝置，則方法前進(jìn)至框360，液位開關(guān)信號(hào)及液位信號(hào)被切換或發(fā)送至便攜顯示模塊7。如果外部電源未喪失或內(nèi)部電源未耗盡，或者系統(tǒng)的電力供應(yīng)并非來自便攜顯示裝置，則方法前進(jìn)至框355，液位開關(guān)信號(hào)及液位信號(hào)被切換或發(fā)送至正常輸出模塊6。

綜合本實(shí)用新型中的描述，液位傳感器或?qū)Р▊鞲衅鞑捎梅煮w式結(jié)構(gòu)，這種分體式結(jié)構(gòu)保證液位傳感器在高溫水蒸汽及高輻照等惡劣條件下正常工作。信號(hào)輸出分三個(gè)通道，其中便攜顯示通道直接用于便攜裝置查看液位信息，在事故情況下直接向應(yīng)急中心提供乏燃料水池液位信息，并能夠給系統(tǒng)供電；無線數(shù)據(jù)傳輸通道將信號(hào)轉(zhuǎn)成無線信號(hào)發(fā)送至遠(yuǎn)程接收端，在乏燃料水池不能進(jìn)入及通訊電纜故障等極端事故情況下仍能有效的提供乏燃料水池液位信息。內(nèi)置電源可在喪失外電源情況下持續(xù)對(duì)系統(tǒng)供電，保證系統(tǒng)正常液位監(jiān)測(cè)，同時(shí)預(yù)留連接移動(dòng)電源或發(fā)電機(jī)的通用接口，方便外部臨時(shí)電源接入。

盡管根據(jù)有限數(shù)量的實(shí)施例描述了本實(shí)用新型，但是受益于上面的描述，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員明白，在由此描述的本實(shí)用新型的范圍內(nèi)，可以設(shè)想其它實(shí)施例。應(yīng)認(rèn)識(shí)到即使不按照過程步驟中的順序執(zhí)行方法也能夠?qū)崿F(xiàn)本申請(qǐng)的目的，并且可以向過程步驟中添加步驟或者從其刪除步驟。不應(yīng)將在各種實(shí)施例的上下文中描述的某些特征視為那些實(shí)施例的必要特征，除非該實(shí)施例在沒有那些元素的情況下無效。