专利名称:基于滤波的核反应堆故障诊断系统实现方法
技术领域：
本发明涉及核反应堆状态安全监控技术领域：
，特别是指一种基于滤波的核反应堆故障诊断系统实现方法。
背景技术：
目前，人们已经公认核电是一种安全、可靠、经济、清洁的能源，一些化石燃料能源短缺的国家，选定核能作为解决满足能源需求的主要能源。大力发展核电有以下好处:一、核电是一种清洁、高效的新能源，对于日益枯竭的旧能源如石油、煤，木材等起到了很好的保护和补充作用。二、核电对所需的材料如某些放射性元素利用率高，发电量大而且持久，因而成本低，效益高。三、核电所产生的污染少(如二氧化碳)的排出量，使用时间长，对于缓解日益增长的用电需求是非常必要的。
然而，核电站是一个结构复杂的庞大的工程系统，一旦发生故障或事故有放射性物质泄漏的风险。因此，自从前苏联在奥布宁斯克建成世界第一座电功率为5MW的试验核电站以来，安全性和经济性一直是核电站设计者和运营企业所追求的重要目标。
从安全性方面来说，由于在裂变释能过程中，会产生放射性辐射及放射性废物，如果处理不好，会对人员和环境造成巨大影响。另一方面，在系统和设备故障状态下，操作人员可能无法从众多而分散的仪表信息中认清事故的本质，从而造成错误判断，导致停堆事故，甚至造成反应堆烧毁、放射性物质大量释放的严重事故。
从经济方面来说，核电站系统和设备出现故障而造成的反应堆停堆，将给核电站造成巨大的经济损失。100万千瓦的核电厂造价20亿美元；每天发电2400万千瓦时，停运一天，损失100万美元；三里岛事故使美国核工业界至少损失数10亿美元；苏联切尔诺贝利事故造成损失达200亿美兀之上；福岛事件造成的损失将以千亿计。
综上所述，系统和设备的故障不管是对核电站的安全性还是经济性都有巨大影响，因此，加强核电站状态监测与故障诊断系统的开发与研究具有重要意义。
从二里岛事故，切尔诺贝利和福岛事故以来，核电站的安全问题一直是核能界关注的重要问题。为此，核能界进行了许多卓有成效的研究。当前，核电站的故障诊断方法研究主要集中在基于知识的方法，神经网络、遗传算法、模式识别和专家系统等方法成为研究的重点，并取得了可喜的成果。基于解析模型的故障诊断方法对模型的精度要求较高，因此该方法在核电站故障诊断中研究受到了一定限制了。
发明内容
为了解决石墨砖的破裂会导致反应堆核心变形、温度过高，甚至出现核泄漏，有可能引发安全事故或导致这些核电厂被提前关闭，而核电站就要对石墨砖进行定期检查，这些反应堆将暂时关闭的问题。
本发明提供一种基于滤波的核电站故障诊断方法，其特征在于它的步骤如下: 第一步，核电站更换核燃料时燃料机器上的载荷传感器可以测出核燃料提升力，将从核电站得到的核燃料提升力的数据进行收集整理，建立数据库；
第二步，应用未知输入的卡尔曼滤波法估计摩擦力。根据牛顿第二定律，建立一个简单的核燃料提升过程的数学模型；然后，把摩擦力当成未知输入，应用未知输入的卡尔曼滤波法，将每一次提升摩擦力估计出来得到新的数据库；
第三步，应用最小方差指数找出故障数据。将对应同一层石墨砖的数据收集起来，将它们所有相加，并求出平均值即为平均摩擦力。将每一条经过滤波的摩擦力的最小方差指数与平均轨迹的最小方差指数进行比较，如果超过误差范围，就把这条轨迹设置为被怀疑有裂缝对象，进行具体分析，其对应该的高度即为可能出现裂缝的位置。
所述第二步应用未知输入的卡尔曼滤波法是基于一个包含核燃料棒位移和速度变量的线性方程进行的，其中摩擦力是模型里的未知输入。
所述第二步应用未知输入的卡尔曼滤波法其步骤如下:
(1)将权利要求
2和所述的线性方程分解为一个带有未知输入的子系统和一个不带未知输入的子系统；
(2)将上一步得到的不带未知输入的子系统代入带有未知输入的子系统将未知输入消
掉；
(3)将卡尔曼滤波应用在第二步得到系统上，估测出系统状态；
(4)把估测出的状态代入步骤得到的带有未知输入的子系统中，得到未知输入的估测值即为摩擦力的估测值。
所述第三步应用最小方差指数找出故障数据的步骤如下:
(I)经过对摩擦力的估测,将对应同一层石墨砖的数据相加,并求出平均值即为平均摩擦力；
权利要求
1.一种基于滤波的核电站故障诊断方法，其特征在于它的步骤如下: 第一步，核电站更换核燃料时燃料机器上的载荷传感器可以测出核燃料提升力，将从核电站得到的核燃料提升力的数据进行收集整理，建立数据库； 第二步，应用未知输入的卡尔曼滤波法估计摩擦力:根据牛顿第二定律，建立一个简单的核燃料提升过程的数学模型；然后，把摩擦力当成未知输入，应用未知输入的卡尔曼滤波法，将每一次提升摩擦力估计出来得到新的数据库； 第三步，应用最小方差指数找出故障数据:将对应同一层石墨砖的数据收集起来，将它们所有相加，并求出平均值即为平均摩擦力；将每一条经过滤波的摩擦力的最小方差指数与平均轨迹的最小方差指数进行比较，如果超过误差范围，就把这条轨迹设置为被怀疑有裂缝对象，进行具体分析，其对应该的高度即为可能出现裂缝的位置。
2.根据权利要求
1所述的基于滤波的核电站故障诊断方法，其特征在于:第二步应用未知输入的卡尔曼滤波法是基于一个包含核燃料棒位移和速度变量的线性方程进行的，其中摩擦力是模型里的未知输入。
3.根据权利要求
1或2所述的基于滤波的核电站故障诊断方法，其特征在于: 第二步应用未知输入的卡尔曼滤波法其步骤如下: (1)将权利要求
2和所述的线性方程分解为一个带有未知输入的子系统和一个不带未知输入的子系统； (2)将上一步得到的不带未知输入的子系统代入带有未知输入的子系统将未知输入消掉； (3)将卡尔曼滤波应用在第二步得到系统上，估测出系统状态； (4)把估测出的状态代入步骤得到的带有未知输入的子系统中，得到未知输入的估测值即为摩擦力的估测值。
4.根据权利要求
1所述的基于滤波的核电站故障诊断方法，其特征在于:第三步应用最小方差指数找出故障数据的步骤如下: (I)经过对摩擦力的估测,将对应同一层石墨砖的数据相加,并求出平均值即为平均摩擦力； yl =计算平均摩擦力的最小方差指数和每一条摩擦力的最小方差指数 7代中最小方差指数，是实际方差，是可达到的最小方差； (3)设置一个误差极限如果有一条摩擦力的最小方差指数η( )超过了ηαν 士 σ这个范围，就把这条摩擦力所对应的石墨砖作为被怀疑对象单独分析，其对应高度即为可能出现故障的位置，否则就把这条摩擦力归为正常的数据库里。
专利摘要
本发明涉及核电安全技术领域：
，特别涉及核反应堆状态安全监控技术领域：
，具体是指一种基于滤波的核反应堆故障诊断系统实现方法。首先将从核电站得到的核燃料提升力的数据进行收集整理，建立数据库；然后应用未知输入的卡尔曼滤波法估计摩擦力；最后应用最小方差指数找出由于故障所产生的数据，以及这些数据所对应的故障(裂缝)物理位置。本发明引入了鲁棒性故障诊断技术,使得设计的故障诊断算法只对核反应堆的特定装置的故障,而对于模型的不精确和误差、以及系统的噪声和干扰不敏感，提高固定诊断的准确性。
文档编号G21C17/06GKCN103117099SQ201310023867
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月23日
发明者庞岩, 夏浩 申请人:大连理工大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan