本发明涉及核电厂仪控，具体涉及一种应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统及其实现方法。
背景技术：
1、堆芯保护是为了防止发展成反应堆严重事故的自动停堆系统，堆芯保护(又称先进堆芯保护系统arps)采用自给能中子探测器(spnd)，实时获取堆芯不同位置的功率(或中子通量)信号，并通过一系列的保护算法直接计算出堆芯实时的最小dnbr和局部最高lpd，直接用于堆芯保护。
2、请参照图1所示，堆芯共有177个燃料组件，其中a、b、c、d所在位置共包含42组spnd组件。42组spnd组件通过4个仪控通道采集，仪控ip通道对应a位置的11组spnd组件，仪控iip通道对应b位置的11组spnd组件，仪控iiip通道对应c位置的10组spnd组件，仪控ivp通道对应d位置的10组spnd组件。其中每个spnd组件轴向包含7个探测器。
3、现有堆芯保护系统从功能上可以分为中子通量信号处理机柜(aspc)、堆芯保护上位机柜(aupc)和堆芯保护下位机柜(alpc)，各部分的功能请参见图2所示。中子通量信号处理机柜，用于对spnd信号(包括电流信号和状态信号)采集和调理，去除无效信号，然后通过延迟补偿算法对spnd电流信号和状态信号进行延迟补偿。堆芯保护上位机柜，用于实现堆芯通量图功率重构，并每隔一段时间为alpc提供保护算法所需要的堆芯状态参数(下称校正参数)。堆芯保护下位机柜，用于根据最新的堆芯状态参数以及延迟处理后的spnd电流信号和状态信号，通过功率映射算法重构堆芯的功率分布，重构后的堆芯功率用于实时计算高线功率密度(hlpd)、低偏离泡核沸腾比(ldnbr)等数值，实现在线的hlpd与ldnbr保护功能。
4、现有堆芯保护系统的仪控系统的技术方案如图3所示，包括如下内容：
5、首先通过四个aspc机柜(即四个仪控通道)采集42组spnd信号，在aspc中对spnd信号的微弱信号进行调理，并通过延迟补偿算法对spnd信号进行延迟补偿，补偿后的信号转换为4-20ma标准信号并通过硬接线传递至alpc，对应图3中信号链路a/b/c/d。
6、四个仪控通道的alpc分别接受对应通道aspc发来的4-20ma标准信号后，alpc将本通道通过硬接线接受的spnd信号通过点对点通讯分别传递至另外三个通道的alpc中。这样每个alpc中均有294个(42*7)spnd信号，并在本通道alpc中开展功率重构、线功率密度(lpd)及偏离泡核沸腾比(dnbr)等复杂运算，根据计算结果产生停堆指令，每个仪控通道的的alpc产生一个停堆指令。
7、alpc中的spnd信号、探头最终状态、中间计算过程(lpd、dnbr等)以及停堆指令将通过safety system bus(arps安全系统总线)经网关gw单方向传递至kic和堆芯监测机柜。
8、aupc通过网线定期向alpc传递校正参数，由于aupc为低安全等级设备、alpc为高安全等级设备，所以只有在传递校正参数时aupc至alpc的网线才连接，传递完成后需断开网线连接。
9、但是，现有技术至少存在以下缺陷：
10、1)停堆总时间长度超标
11、从反应堆中采集信号(反应堆中采集信号的时间为t1)、经aspc处理(aspc处理的时间为t2)、传递至alpc(传递的时间t3)、alpc运算及产生最终停堆指令(alpc运算及产生最终停堆指令的时间为t4)的总时间长度应尽可能短，以便确保反应堆停堆保护的快速性。现有技术中总的停堆时间t＝t1+t2+t3+t4，其中t1+t2+t3≈300ms。
12、用于计算lpd和dnbr的算法非常复杂，且运算量很大，因为在确保alpc中计算单元mpu负荷不超标的前提下，mpu的运算周期需尽可能长；鉴于此，alpc的mpu计算周期通常不低于200ms。
13、请参照图4所示，由于信号采集、堆芯功率重构、阈值比较和2/4逻辑表决均在同一个mpu中执行，则t4＝t41+t42+t43＝1.7*200ms*3＝1020ms，总的停堆时间t＝t1+t2+t3+t4≈1320ms，停堆总时长超预期。
14、2)参数校刻导致停堆保护功能不确定度较大
15、当执行参数校刻时，aupc需要逐一和alpc的子下位机柜进行连接，由于aupc为低安全等级设备，所以在aupc和alpc连接时需要将对应的alpc旁通。
16、被旁通的alpc的子下位机柜所采集的spnd信号将可能无法通过点对点通讯送至其它3个alpc通道。导致其它3个通道用于堆芯功率重构的spnd数量减少四分之一。比如ip通道的子下位机柜被旁通，其它3个通道用于堆芯功率重构的spnd数量由294个减少为217个。进而导致后续的lpd、dnbr计算精度降低，即停堆保护的不确定度增大，不利于反应堆保护。
17、3)校刻参数的有效性得不到保证
18、由于aupc的安全等级较低，其生成的校正参数用于高安全等级alpc中的保护运算，如果校正参数生成出现问题，alpc中的保护运算也将对应出现错误，从而无法有效触发停堆保护。
19、有鉴于此，确有必要提供一种应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统及其实现方法。
技术实现思路
1、本发明的发明目的在于：克服现有技术停堆总时间长度超标和参数校正导致堆芯保护仪控系统的保护功能不确定度增大的问题，提供一种应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统及其实现方法。
2、为了实现上述发明目的，第一方面，本发明提供了一种应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统，其包括中子通量信号处理机柜、堆芯保护上位机柜和堆芯保护下位机柜。中子通量信号处理机柜包括四个子信号处理机柜，所述子信号处理机柜和堆芯保护上位机柜分别通过硬接线和通信连接所述堆芯保护下位机柜，所述堆芯保护下位机柜包括4个子下位机柜，其中，所述子下位机柜包括一个第一控制芯片、一个第二控制芯片和一个第三控制芯片，四个所述第一控制芯片的输入端和四个所述子信号处理机柜一一对应连接，所述第一控制芯片的输出端通信连接所有所述第二控制芯片的输入端，所述第二控制芯片的输出端通信连接所有所述第三控制芯片的输入端，所述第二控制芯片通信连接所述堆芯保护上位机柜，所述第一控制芯片用于接收所述子信号处理机柜发出的自给能中子探测器探测信号，所述第二控制芯片用于计算线功率密度、偏离泡核沸腾比和阈值比较结果，所述第三控制芯片用于发出停堆指令。
3、根据本发明应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统的一个实施方式，所述第一控制芯片具体用于接收所述子信号处理机柜发出的自给能中子探测器探测信号并进行格式转换或数据剔除处理得到处理后的自给能中子探测器探测信号，所述第二控制芯片具体用于获得堆芯保护上位机柜得到的堆芯状态参数和第一控制芯片得到的处理后的自给能中子探测器探测信号，并据此计算线功率密度及偏离泡核沸腾比，将所述线功率密度及所述偏离泡核沸腾比和预设阈值比较得到阈值比较结果，所述第三控制芯片具体用于获得所述阈值比较结果并据此进行逻辑表决，在满足规定的逻辑组合要求时发出停堆指令。
4、根据本发明应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统的一个实施方式，所述逻辑表决为四取二的逻辑表决或三取二的逻辑表决。
5、根据本发明应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统的一个实施方式，所述处理后的自给能中子探测器探测信号、所述阈值比较结果和所述停堆指令均发送至核电站计算机信息和控制系统。
6、根据本发明应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统的一个实施方式，所述第一控制芯片、所述第二控制芯片和所述第三控制芯片通信连接安全系统总线，所述安全系统总线通过所述堆芯保护下位机柜的网关连接所述核电站计算机信息和控制系统。
7、根据本发明应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统的一个实施方式，所述第一控制芯片和所述第二控制芯片的通信连接为点对点单向通讯连接。
8、根据本发明应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统的一个实施方式，所述子信号处理机柜用于获取自给能中子探测器探测信号并进行调理、去除无效信号、延迟补偿和数据转换处理得到延时补偿的自给能中子探测器探测信号，发出延时补偿的自给能中子探测器探测信号至所述第一控制芯片。
9、根据本发明应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统的一个实施方式，所述堆芯保护上位机柜包括堆芯监测机柜和校正站，所述堆芯监测机柜用于计算堆芯状态参数并发送至校正站，所述校正站用于复核计算校正态的堆芯状态参数的有效性，所述堆芯保护上位机柜用于将所述校正态的堆芯状态参数发送至每个所述第二控制芯片。
10、根据本发明应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统的一个实施方式，所述校正站具体用于获取堆芯监测机柜得到校正态的堆芯状态参数和从堆芯保护下位机柜获取自给能中子探测器探测信号，并据此计算线功率密度及偏离泡核沸腾比，用于复核堆芯监测机柜生成的堆芯状态参数的有效性，所述校正站计算线功率密度及偏离泡核沸腾比的算法和所述第二控制芯片计算线功率密度及偏离泡核沸腾比的算法相同。
11、第二方面，本发明提供了一种应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统的实现方法，所述仪控系统采用如本发明第一方面所述的应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统，所述方法包括：
12、所述第一控制芯片接收所述子信号处理机柜发出的自给能中子探测器探测信号并进行格式转换或数据剔除处理得到处理后的自给能中子探测器探测信号；
13、所述第二控制芯片获得堆芯保护上位机柜得到的堆芯状态参数和第一控制芯片得到的处理后的自给能中子探测器探测信号，并据此计算线功率密度及偏离泡核沸腾比，将所述线功率密度及所述偏离泡核沸腾比和预设阈值比较得到阈值比较结果；
14、所述第三控制芯片获得所述阈值比较结果并据此进行逻辑表决，在满足规定的逻辑组合要求时发出停堆指令。
15、根据本发明应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统的实现方法的一个实施方式，在所述第一控制芯片接收所述子信号处理机柜发出的自给能中子探测器探测信号并进行格式转换或数据剔除处理得到处理后的自给能中子探测器探测信号步骤之前，进一步包括：子信号处理机柜获取自给能中子探测器探测信号并进行调理、去除无效信号、延迟补偿和数据转换处理得到延时补偿的自给能中子探测器探测信号。
16、根据本发明应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统的实现方法的一个实施方式，所述堆芯状态参数为校正态的堆芯状态参数。
17、相对于现有技术，本发明通过设计所述子下位机柜包括一个第一控制芯片、一个第二控制芯片和一个第三控制芯片，第一控制芯片用于接收子信号处理机柜发出的自给能中子探测器探测信号，第二控制芯片用于计算线功率密度、偏离泡核沸腾比和阈值比较结果，第三控制芯片用于发出停堆指令，使得停堆总时长远低于现有技术方案，总的停堆时间由约1.3s降低至约725ms，有效提高了停堆保护动作的快速性。通过第二控制芯片连接堆芯保护上位机柜，避免了第一控制芯片的旁通，使得第二控制芯片能确定性的获得完整数量的spnd信号，从而第二控制芯片计算精度并不会降低，即停堆保护的确定度稳定，提高了线功率密度和偏离泡核沸腾比保护准确性，提高了停堆保护的准确和稳定。同时，堆芯监测机柜基于服务器架构，其安全等级和可靠性较低，增加独立校正站可对堆芯监测机柜计算得到的堆芯状态参数进行有效性复核，提高先进堆芯保护高可靠性。
1.一种应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统，其包括中子通量信号处理机柜、堆芯保护上位机柜和堆芯保护下位机柜，中子通量信号处理机柜包括四个子信号处理机柜，所述子信号处理机柜和堆芯保护上位机柜分别通过硬接线和通信连接所述堆芯保护下位机柜，所述堆芯保护下位机柜包括四个子下位机柜，其特征在于，每个所述子下位机柜包括一个第一控制芯片、一个第二控制芯片和一个第三控制芯片，四个所述第一控制芯片的输入端和四个所述子信号处理机柜一一对应连接，所述第一控制芯片的输出端通信连接所有所述第二控制芯片的输入端，所述第二控制芯片的输出端通信连接所有所述第三控制芯片的输入端，所述第二控制芯片通信连接所述堆芯保护上位机柜，所述第一控制芯片用于接收所述子信号处理机柜发出的自给能中子探测器探测信号，所述第二控制芯片用于计算线功率密度、偏离泡核沸腾比和阈值比较结果，所述第三控制芯片用于发出停堆指令。
2.根据权利要求1所述的应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统，其特征在于，所述第一控制芯片具体用于接收所述子信号处理机柜发出的自给能中子探测器探测信号并进行格式转换或数据剔除处理得到处理后的自给能中子探测器探测信号，所述第二控制芯片具体用于获得堆芯保护上位机柜得到的堆芯状态参数和第一控制芯片得到的处理后的自给能中子探测器探测信号，并据此计算线功率密度及偏离泡核沸腾比，将所述线功率密度及所述偏离泡核沸腾比和预设阈值比较得到阈值比较结果，所述第三控制芯片具体用于获得所述阈值比较结果并据此进行逻辑表决，在满足规定的逻辑组合要求时发出停堆指令。
3.根据权利要求2所述的应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统，其特征在于，所述逻辑表决为四取二的逻辑表决或三取二的逻辑表决。
4.根据权利要求2所述的应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统，其特征在于，所述处理后的自给能中子探测器探测信号、所述阈值比较结果和所述停堆指令均发送至核电站计算机信息和控制系统。
5.根据权利要求4所述的一种应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统，其特征在于，所述第一控制芯片、所述第二控制芯片和所述第三控制芯片通信连接安全系统总线，所述安全系统总线通过所述堆芯保护下位机柜的网关连接所述核电站计算机信息和控制系统。
6.根据权利要求1所述的应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统，其特征在于，所述第一控制芯片和所述第二控制芯片的通信连接为点对点单向通讯连接。
7.根据权利要求1所述的一种应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统，其特征在于，所述子信号处理机柜用于获取自给能中子探测器探测信号并进行调理、去除无效信号、延迟补偿和数据转换处理得到延时补偿的自给能中子探测器探测信号，发出延时补偿的自给能中子探测器探测信号至所述第一控制芯片。
8.根据权利要求1所述的应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统，其特征在于，所述堆芯保护上位机柜包括堆芯监测机柜和校正站，所述堆芯监测机柜用于计算堆芯状态参数并发送至校正站，所述校正站用于复核计算校正态堆芯状态参数的有效性，所述堆芯保护上位机柜用于将所述校正态的堆芯状态参数发送至每个所述第二控制芯片。
9.根据权利要求8所述的应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统，其特征在于，所述校正站具体用于获取堆芯监测机柜得到校正态的堆芯状态参数和从堆芯保护下位机柜获取自给能中子探测器探测信号，并据此计算线功率密度及偏离泡核沸腾比，用于复核堆芯监测机柜生成的堆芯状态参数的有效性，所述校正站计算线功率密度及偏离泡核沸腾比的算法和所述第二控制芯片计算线功率密度及偏离泡核沸腾比的算法相同。
10.一种应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统的实现方法，其特征在于，所述仪控系统采用权利要求1至9中任意一项所述的应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统，所述方法包括：
11.根据权利要求10所述的应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统的实现方法，其特征在于，在所述第一控制芯片接收所述子信号处理机柜发出的自给能中子探测器探测信号并进行格式转换或数据剔除处理得到处理后的自给能中子探测器探测信号步骤之前，进一步包括：子信号处理机柜获取自给能中子探测器探测信号并进行调理、去除无效信号、延迟补偿和数据转换处理得到延时补偿的自给能中子探测器探测信号。
12.根据权利要求10所述的应用在核电厂反应堆保护中的仪控系统的实现方法，其特征在于，所述堆芯状态参数为校正态的堆芯状态参数。
