新型核电站安全壳智能电气贯穿件及其监测方法

本发明涉及智能核电，尤其涉及一种新型核电站安全壳智能电气贯穿件。

背景技术：

1、降低发电成本来提升核电市场竞争力是核能发电领域的共识，其中核电设备的运维成本占发电成本的60%以上。

2、因此，优化运维成本成为提高核电经济性的主要发展方向。同时，智能设备的应用是优化核电运维成本的方法之一。

3、一个核电厂安全壳上通常需要安装数十或上百部电气贯穿件，专门用于电缆穿越安全壳的电气设备。根据gb13538《核电厂安全壳电气贯穿件》要求规定，电气贯穿件作为各种电缆贯穿安全壳的通道，既要满足相关电气性能要求，又必须保证可靠的密封性能，即使在各种事故工况下，仍能维持安全壳的压力边界完整和厂内外电气的连续。

4、常规的电气贯穿件分为低压电气贯穿件、中压电气贯穿件与安装在人员闸门上的人员闸门电气贯穿件，其结构均由一个压力筒体和机械压力表构成，压力筒体内充有高于大气环境压力的氮气，压力筒体最大运行压力为400kpa，以形成限制安全壳内气体沿电气贯穿件外泄的高压气体屏蔽，从而保证核电站第三道安全屏障的密封性。

5、常规电气贯穿件在应用过程中出现有诸多问题，如：在安全壳一些区域存在一定剂量的辐射、原始的机械压力表量程较宽造成压力读数的不精准、检修人员不能实时监测电气贯穿件的状态等。

6、面对常规电气贯穿件的不足，结合核电设备数字化转型和智能化应用的趋势，新型核电站安全壳智能电气贯穿件应满足以下条件：

7、智能电气贯穿件应以将提升核电厂安全性和经济性的目标为前提下，具有筒体数据信息化、筒体状态可视化与筒体调控智能化等特征；

8、智能电气贯穿件应能长期反映电气贯穿件的运行信息，能够发现贯穿件本身的异常并可发出警报，可以在定期检修或非定期的监察中指明异常运行或正在偏离正常运行的电气贯穿件安装位置，缩短检修周期和减少运维人力的投入；

9、核电机组运行过程中，电气贯穿件状态会随着环境的变化而变化。智能电气贯穿件应具有自身状态的实时监测能力与运行趋势判断能力，可时刻显示出电气贯穿件的运行状态，通过自身状态的监察应可适当降低备件备品的储率；

10、核电机组检修过程中，检修操作步骤繁琐、操作空间复杂且有限。智能电气贯穿件可准确避免正常状态的电气贯穿件重复检修带来的检修资源浪费的现象，减少不必要的维修和准备复杂、工期长、风险高的试验项目；

11、法规要求采用气体泄漏率来表征电气贯穿件的密封性能。智能电气贯穿件应能尽可能减少机械压力表引入的不确定性，显著提升计算电气贯穿件泄漏率的精度，从而提升电气贯穿件运行的可靠性与安全性。

技术实现思路

1、本发明针对目前面对核电站电气贯穿件数字化转型和智能化应用需求，现有常规型电气贯穿件功能不满足现今使用的问题，提出了新型核电站安全壳智能电气贯穿件设备方案。

2、新型核电站安全壳智能电气贯穿件，所述贯穿件包括：

3、压力筒体组件、状态监测模块、供电模块和数据处理模块；

4、所述状态监测模块包括：筒内温度监测组件、大气温度测点、压力感知组件和大气环境压力测点；

5、所述温度监测组件安装于所述压力筒体组件内，用于实时监测压力筒体组件内沿设定方向的温度变化并将所述温度数据传输至数据处理模块；

6、所述大气温度测点设置在压力筒体组件外部，用于实时监测大气温度并将所述温度数据传输至数据处理模块；

7、所述压力感知组件安装于所述压力筒体组件上部，用于实时监测压力筒体组件内气体压力的变化并将所述压力数据传输至数据处理模块；

8、所述大气环境压力测点设置在所述压力筒体组件外部，用于实时监测大气环境压力并将所述压力数据传输至数据处理模块；

9、所述压力筒体组件包括筒体和贯穿导体组件；所述贯穿导体组件套在筒体上；

10、所述数据处理模块包括： 数据采集单元、数据储存单元和数据分析单元；

11、所述数据采集单元用于获取监测压力筒体组件内温度数据和压力数据、大气温度以及大气环境压力，并将所述压力筒体组件内温度数据和压力数据、大气温度以及大气环境压力传输至数据储存单元进行存储；

12、所述数据分析单元用于分析存储在数据储存单元压力筒体组件内温度数据和压力数据、大气温度以及大气环境压力获取压力筒体组件的密封性能；

13、所述供电模块用于引入网电并对状态监测模块和数据处理模块进行供电。

14、进一步的，还提供一种优选方式，所述筒内温度监测组件由聚醚醚酮peek密封模块、多支双重绝缘热电偶、氮化铝粉末、密封盲堵及单根不锈钢保护套管组成，所述多支双重绝缘热电偶贯穿于聚醚醚酮peek密封模块，所述聚醚醚酮peek密封模块固定于不锈钢保护套管一端，所述不锈钢保护套管空腔由氮化铝粉末密实填充形成绝缘隔离，所述密封盲堵装配于不锈钢保护套管另一端。

15、进一步的，还提供一种优选方式，所述压力感知组件为压差变送器，通过螺纹挤压软金属密封安装在压力筒体组件上。

16、进一步的，还提供一种优选方式，所述压力筒体组件的密封性能由气体泄漏而导致的压力下降特征来表征，具体为：

17、ql=(p1/t1-p2/t2)*(v*ts/t/ps)

18、其中，ql为气体泄漏率，p1、为筒体内气体状态分析起点的绝对压力，p2为与状态分析终点的绝对压力，t1为筒体内气体分析状态起点的温度，t2分析状态终点的温度，v为筒体内自由空间容积，ps为标准状态大气压力，ts为标准状态空气温度，t为状态分析起点与状态分析终点所持续的时间。

19、进一步的，还提供一种优选方式，所述数据处理模块还包括警示单元，所述警示单元由流水警示灯和蜂鸣器组成，用于智能电气贯穿件异常时，发出报警信号。

20、进一步的，还提供一种优选方式，所述智能电气贯穿件异常，包括智能电气贯穿件老化。

21、进一步的，还提供一种优选方式，所述智能电气贯穿件老化状态判断包括：

22、ln(τ)=a + b×(1/t)

23、其中，τ为智能电气贯穿件预测寿命时间，t为智能电气贯穿件承受的绝对温度，a、b分别为智能电气贯穿件易老化部件材料的特征常数。

24、进一步的，还提供一种优选方式，所述数据处理模块还包括显示单元，所述显示单元与数据分析单元连接，用于显示筒体状态数据。

25、进一步的，还提供一种优选方式，所述供电模块包括电源输入单元和电压电流转换单元；

26、所述电源输入单元用于供应电源与接入电网的交流电之间；

27、所述电压电流转换单元用于将电网的交流电转换为12v/24v直流电，为低压模块供电。

28、基于同一发明构思，本发明还提出一种基于新型核电站安全壳智能电气贯穿件的监测方法，所述方法包括：

29、获取数据处理模块中历史时刻t1的筒体压力、筒体温度、大气压力、大气温度以及t1时刻时间；

30、获取数据处理模块中当前时刻t2的筒体压力、筒体温度、大气压力、大气温度以及t2时刻时间；

31、根据历史时刻t1和当前时刻t2筒体的状态参数以及压降法分析智能电气贯穿件在t1时刻到t2时刻时间段内的密封性能变化情况；

32、根据多个时间段的密封性能数据和密封性能变化情况，判定智能电气贯穿件密封性能变化趋势走向。

33、本发明的有益之处在于：

34、本发明解决了目前面对核电站电气贯穿件数字化转型和智能化应用需求，现有常规型电气贯穿件功能不满足现今使用的问题。

35、1.现有对于核电系统和设备的状态监测，目前仍停留在数据间断收集和人工分析判断层面，缺乏时效性和预测性。本发明克服了常规型电气贯穿件功能不满足现今使用的先天缺陷，面对核电站电气贯穿件数字化转型和智能化应用需求，提升了核电站智能化程度，解决了核电厂运行工况下安全壳电气贯穿件实时监测的问题，针对核电厂事故工况下工作人员不能靠近的现实情况，提供了一种在用于核应急、核安全的保护公众、保护环境的核电厂安全壳电气贯穿件在线监测办法，从而提高了核反应堆运行的可靠性，切实的降低了相关检修人员的工作难度、保护相关检修人员的人身安全。

36、2.本发明所提供的新型核电站安全壳智能电气贯穿件，基于智能化监测方案，实现了核电厂安全壳电气贯穿件的状态实时监测、故障快速诊断、趋势准确分析、寿命精准预测等功能。对电气贯穿件状态信息实时采集、处理并分析，并实时可视化显示出筒体状态，包括温度、压力与筒体内气体泄漏率等。

37、3.通过对电气贯穿件状态数据采集，进行适当的分析后，能够完成具体电气贯穿件的超温报警、超压报警、低压报警以及气体泄漏警示。提高了安全壳智能电气贯穿件运行的安全性，同时在设备维修、老化管理和设备延寿方面提供支撑。

38、4.核电厂安全壳智能电气贯穿件的应用在优化运维成本方面卓有成效。能够提升核电运行安全的稳定性，减少机组非计划停堆次数、提高机组的负荷因子、避免故障或事故进一步恶化、减小维修项目、缩短维修时间、可完成远程巡检常态化，减少运维人员数量，大幅降低运维成本，从而提升核电厂的安全性与经济性。

39、本发明应用于核电监测领域。