一種實體+虛擬的壓水堆全工況仿真平臺制造技術

本發明專利技術公開了屬于核反應堆領域的一種“實體+虛擬”的壓水堆全工況仿真平臺，該平臺由兩套環路系統以及安全殼冷卻系統、非能動堆芯冷卻系統、非能動蒸汽冷卻系統和分散控制系統各一套組成。每一套環路系統均包括一個封閉的一回路和對應的二回路；兩套一回路系統共用非能動堆芯冷卻系統；兩套二回路系統共用非能動蒸汽冷卻系統；分散控制系統中的控制站與各工藝系統的一次儀表相連。非能動堆芯冷卻系統由一次側非能動儲水箱、一次側余熱排出熱交換器、一次側中壓安注箱、一次側高壓安注箱通過管道連接壓力容器組成。安全殼系統為旁置系統，一回路冷熱段和主蒸汽管道分別設旁通管路引入安全殼，可模擬一回路主管道及主蒸汽管道雙端斷裂事故工況。

A solid and virtual simulation platform for PWR under all operating conditions

【技術實現步驟摘要】
一種實體+虛擬的壓水堆全工況仿真平臺
本專利技術屬于核反應堆
，具體為一種“實體+虛擬”的壓水堆全工況仿真平臺。
技術介紹
隨著核電技術的發展，我國核電堆型正從傳統的二代反應堆轉向目前大力發展的更為安全的三代反應堆，包括已經商運的AP1000、EPR，以及正在建設的具備自主知識產權的華龍一號等。尤其是AP1000和華龍一號堆型，廣泛采用了非能動的安全技術來提高核電站的安全性。目前，高校相關核專業也開始傳授三代反應堆的基礎知識，但在相關實踐教學方面仍存在明顯不足，使學生難以對非能動安全系統有一個綜合性的整體了解，主要表現為：1)缺乏相關的綜合型實體試驗臺架。目前已有的部分實踐教學多是利用仿真軟件，使學生通過軟件設置來模擬并分析對應的事故進程。學生雖然可以通過軟件操作對反應堆各類工況有一個整體了解，但仍然缺乏一個比較真實的實踐操作過程，難以獲得真實的實踐體驗；同時，核電行業人才培養的實驗環節具有高放射性、高危險性、高成本的特點，使得學生無法進入核電廠核心區域進行現場實踐；而對于事故工況，核電廠也無法提供對應實踐條件2)缺乏能夠全面反映先進三代壓水堆非能動技術的環節設置。即使采用上述的仿真機教學，其仍然缺乏一部分目前已用于我國華龍一號反應堆設計的二次側非能動系統相關設置，學生無法通過軟件學習并了解相關的非能動安全系統的運行。針對這一問題，我們提出了一種“實體+虛擬”的壓水堆全工況仿真平臺，搭建一縮比試驗臺架，可以實現在實體臺架上進行反應堆各類工況的演示教學，同時也可以完成基于實體臺架的虛擬仿真，做到虛實結合，能實不虛，更能滿足相關零部件的拆裝教學的需求，提高學生的綜合實踐能力。
技術實現思路
針對
技術介紹
中存在的問題，本專利技術提供了一種“實體+虛擬”的壓水堆全工況仿真平臺，其特征在于，包括：一套用于模擬反應堆的壓力容器、并聯的兩套配置相同的回路系統、一套非能動堆芯冷卻系統、一套二次側非能動余熱排出系統以及一套旁置安全殼冷卻系統和控制操作平臺，其中安全殼冷卻系統與一套環路系統相連；在兩套環路系統中，每一套均包括一個封閉的一回路和對應的二回路，兩套環路系統共用一套非能動堆芯冷卻系統及非能動蒸汽冷卻系統；控制操作平臺中的現場控制站與各類測量儀表相連；單個一回路系統由一個蒸汽發生器、一個泵和管路組成，其中蒸汽發生器和泵通過管道與壓力容器相連，而且在至少一套環路系統的一回路上安裝有一臺穩壓器，用于調整兩套環路系統中一回路的壓力；單個二環路系統由二次側冷凝器、二次側儲水箱、二次側循環泵、二次側非能動冷卻水箱和二次側余熱排出熱交換器組成，其中二次側余熱排出熱交換器設置于二次側非能動冷卻水箱內；二次側冷凝器、二次側儲水箱、二次側循環泵與二次側非能動冷卻水箱、二次側余熱排出熱交換器之間形成并聯回路，以完成二環路的正常功能及非能動冷卻功能；兩套環路系統共用同一個二次側余熱排出熱交換器和二次側非能動冷卻水箱；非能動堆芯冷卻系統由一次側非能動儲水箱、一次側余熱排出熱交換器、一次側中壓安注箱、一次側高壓安注箱通過管道連接壓力容器組成，用于完成正常停堆及事故工況下堆芯的冷卻功能。所述壓力容器主體的內部設有可拆裝式電加熱器。在所述環路系統中，壓力容器的出口、一次側熱管段、蒸汽發生器、一次側循環泵、一次側冷管段與壓力容器的進口相連形成回路組成一次側，蒸汽發生器的蒸汽出口、二次側冷凝器、二次側儲水箱、二次側給水泵和蒸汽發生器的給水入口順序相連形成回路組成二次側；二次側采用蒸汽冷卻系統模擬實際核電廠二回路系統，蒸汽發生器內生成的蒸汽經由主蒸汽管道流入二次側冷凝器冷凝后，進入二次側給水泵，由泵將冷凝水重新送回蒸汽發生器二次側，完成二回路的正常功能。所述蒸汽發生器的蒸汽出口還通過二次側余熱排出熱交換器與所述蒸汽發生器的給水入口相連，二次側余熱排出熱交換器設置于二次側非能動冷卻水箱內，構成二回路非能動余熱排出系統，完成二回路的非能動冷卻功能。所述旁置安全殼冷卻系統由雙層安全殼、供氣系統、外部的風冷及液膜冷卻系統、內部的水冷壁系統以及內部的噴淋系統構成，二次側冷凝器的入口、壓力容器的出口、進口和直接注入口都與旁置安全殼冷卻系統相連，用于模擬一回路主管道及主蒸汽管道雙端斷裂事故工況。所述穩壓器的入口管路設在一次側熱管段上，穩壓器的出口接入非能動堆芯冷卻系統的一次側非能動儲水箱中。所述非能動堆芯冷卻系統包括：一次側余熱排出熱交換器、一次側非能動儲水箱、兩個一次側中壓安注箱和兩個一次側高壓安注箱，其中一次側余熱排出熱交換器設置于一次側非能動儲水箱內，第一環路一次側熱管段上設有一次側余熱排出熱交換器的入口管路，一次側非能動儲水箱的出口連接至一次側注入口管路上；一次側余熱排出熱交換器的出口管路與兩個環路中一個蒸汽發生器下封頭的冷水室相連接，一次側余熱排出熱交換器、一次側冷管段和一次側熱管段一起構成了一個非能動余熱排出的自然循環回路；兩個環路的一次側冷管段通過一次側高壓安注箱、一次側注入口管路與壓力容器的直接注入口相連，一次側中壓安注箱直接通過一次側注入口管路與直接注入口相連。所述控制操作平臺包括：操作員站、工程師站、管理網、第一實時服務器、第二實時服務器、歷史服務器、顯示屏、系統網和現場控制站，其中現場控制站分別與系統網和與各類測量儀表相連，第一實時服務器和第二實時服務器都分別與系統網和管理網相連，管理網與操作員站、工程師站、歷史服務器和顯示屏相連。適應仿真教學需要，設有不同操作權限和功能的兩套人機交互系統，即教練員人機交互系統和人機交互系統。教練員人機交互系統可操作仿真平臺中專門設置的執行器，觸發一回路失水事故、蒸汽發生器傳熱管破裂事故等核電廠設計基準事故；并且可以設置事故觸發后保護系統不動作的時間或自動保護動作的觸發條件，讓學員自己先手動執行保護動作，當預留時間結束而學員沒有采取有效的保護動作或操作出現嚴重錯誤時，才會啟用相關自動保護動作；教練員人機交互系統還可以展示正常運行過程中或事故運行過程操作員采取的動作和對應的時間，評估操作員的表現。所屬獨立于堆芯主容器(旁置)的嚴重事故下使堆芯熔融物滯留堆內的堆外冷卻系統，其通過DCS的信號采集/輸出功能和數據通訊功能將堆芯熔融物堆外冷卻系統的測量及控制信號遠傳至操作員站，用于模擬堆芯熔化后壓力容器外壁的溫度變化趨勢。本專利技術的有益效果在于：1.全工況，全范圍。本仿真平臺基于先進壓水堆AP1000和華龍一號設計，包含完整的一、二回路及對應的非能動系統。相對于實際核電廠只能模擬正常運行及運行瞬態工況而言，本平臺可用于模擬反應堆從正常運行及運行瞬態到預計運行工況、稀有事故、極限事故及設計擴展工況等全范圍內的二十余種工況，做到了工況全覆蓋。2.安全殼旁置系統布置，即一回路系統置于安全殼外，一回路冷熱段和主蒸汽管道分別設旁通管路引入安全殼，可通過管道流程的實現模擬一回路主管道及主蒸汽管道雙端斷裂事故工況。本專利技術設置了與原型電廠不同旁置安全殼冷卻系統，既可以完成相對應的各類運行工況，又避免了高溫高壓水噴淋對關鍵設備的腐本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種“實體+虛擬”的壓水堆全工況仿真平臺，其特征在于，包括：一套用于模擬反應堆的壓力容器(1)、并聯的兩套配置相同的回路系統、一套非能動堆芯冷卻系統、一套二次側非能動余熱排出系統以及一套旁置安全殼冷卻系統(14)和控制操作平臺，其中安全殼冷卻系統(14)與一套環路系統相連；在兩套環路系統中，每一套均包括一個封閉的一回路和對應的二回路，兩套環路系統共用一套非能動堆芯冷卻系統及非能動蒸汽冷卻系統；控制操作平臺中的現場控制站(14-9)與各類測量儀表相連；/n單個一回路系統由一個蒸汽發生器、一個泵和管路組成，其中蒸汽發生器和泵通過管道與壓力容器相連，而且在至少一套環路系統的一回路上安裝有一臺穩壓器(4)，用于調整兩套環路系統中一回路的壓力；/n單個二環路系統由二次側冷凝器、二次側儲水箱、二次側循環泵、二次側非能動冷卻水箱(12)和二次側余熱排出熱交換器(13)組成，其中二次側余熱排出熱交換器(13)設置于二次側非能動冷卻水箱內(12)；二次側冷凝器、二次側儲水箱、二次側循環泵與二次側非能動冷卻水箱(12)、二次側余熱排出熱交換器(13)之間形成并聯回路，以完成二環路的正常功能及非能動冷卻功能；兩套環路系統共用同一個二次側余熱排出熱交換器(13)和二次側非能動冷卻水箱(12)；/n非能動堆芯冷卻系統由一次側非能動儲水箱(5)、一次側余熱排出熱交換器(6)、一次側中壓安注箱、一次側高壓安注箱通過管道連接壓力容器(1)組成，用于完成正常停堆及事故工況下堆芯的冷卻功能。/n...

【技術特征摘要】
1.一種“實體+虛擬”的壓水堆全工況仿真平臺，其特征在于，包括：一套用于模擬反應堆的壓力容器(1)、并聯的兩套配置相同的回路系統、一套非能動堆芯冷卻系統、一套二次側非能動余熱排出系統以及一套旁置安全殼冷卻系統(14)和控制操作平臺，其中安全殼冷卻系統(14)與一套環路系統相連；在兩套環路系統中，每一套均包括一個封閉的一回路和對應的二回路，兩套環路系統共用一套非能動堆芯冷卻系統及非能動蒸汽冷卻系統；控制操作平臺中的現場控制站(14-9)與各類測量儀表相連；
單個一回路系統由一個蒸汽發生器、一個泵和管路組成，其中蒸汽發生器和泵通過管道與壓力容器相連，而且在至少一套環路系統的一回路上安裝有一臺穩壓器(4)，用于調整兩套環路系統中一回路的壓力；
單個二環路系統由二次側冷凝器、二次側儲水箱、二次側循環泵、二次側非能動冷卻水箱(12)和二次側余熱排出熱交換器(13)組成，其中二次側余熱排出熱交換器(13)設置于二次側非能動冷卻水箱內(12)；二次側冷凝器、二次側儲水箱、二次側循環泵與二次側非能動冷卻水箱(12)、二次側余熱排出熱交換器(13)之間形成并聯回路，以完成二環路的正常功能及非能動冷卻功能；兩套環路系統共用同一個二次側余熱排出熱交換器(13)和二次側非能動冷卻水箱(12)；
非能動堆芯冷卻系統由一次側非能動儲水箱(5)、一次側余熱排出熱交換器(6)、一次側中壓安注箱、一次側高壓安注箱通過管道連接壓力容器(1)組成，用于完成正常停堆及事故工況下堆芯的冷卻功能。


2.根據權利要求1所述的一種“實體+虛擬”的壓水堆全工況仿真平臺，其特征在于，所述壓力容器(1)主體的內部設有可拆裝式電加熱器。


3.根據權利要求1所述的一種“實體+虛擬”的壓水堆全工況仿真平臺，其特征在于，在所述環路系統中，壓力容器的出口、一次側熱管段、蒸汽發生器、一次側循環泵、一次側冷管段與壓力容器的進口相連形成回路組成一次側，蒸汽發生器的蒸汽出口、二次側冷凝器、二次側儲水箱、二次側給水泵和蒸汽發生器的給水入口順序相連形成回路組成二次側；二次側采用蒸汽冷卻系統模擬實際核電廠二回路系統，蒸汽發生器內生成的蒸汽經由主蒸汽管道流入二次側冷凝器冷凝后，進入二次側給水泵，由泵將冷凝水重新送回蒸汽發生器二次側，完成二回路的正常功能。


4.根據權利要求3所述的一種“實體+虛擬”的壓水堆全工況仿真平臺，其特征在于，所述蒸汽發生器的蒸汽出口還通過二次側余熱排出熱交換器(13)與蒸汽發生器的給水入口相連，二次側余熱排出熱交換器(13)設置于二次側非能動冷卻水箱(12)內，構成二回路非能動余熱排出系統，完成二回路的非能動冷卻功能。


5.根據權利要求1所述的一種“實體+虛擬”的壓水堆全工況仿真平臺，其特征在于，所述旁置安全殼冷卻系統(14)由雙層安全殼、供氣系統、外部的風冷及液膜冷卻系統、內部的水冷壁系統以及內部的噴淋系統構成，二次側冷凝器的入口、壓力容器(1)的出口、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陸道綱，李向賓，周世梁，隋丹婷，王漢，曹瓊，王升飛，張鈺浩，鐘達文，于新國，郝祖龍，
申請(專利權)人：華北電力大學，
類型：發明
國別省市：北京;11