振动监测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于核反应堆，特别是压力水冷反应堆(PWR)中的反应堆压力容器内部构件、(主要)冷却循环系统组件和反应堆冷却剂泵的振动监测的系统和相应方法。
【背景技术】
[0002]组件的振动特性是其机械条件变化的最敏感指标之一。为了在早期检测反应堆压力容器内部构件、(主要)循环系统组件和反应堆冷却剂泵的机械性能退化，在电站运行期间监测振动。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种用于核电站的综合振动监测系统和相应方法，其提供关于被监测组件的结构健康的可靠信息，包括趋势和预测，并且考虑这些组件之间的各种交互作用。
[0004]通过权利要求限定的方法和装置/系统来实现这些和其他目的。
[0005]具体地，提供一种方法，通过使用由附接到单独的结构组件的振动传感器确定的振动测量数据或信号，特别是在核电站中监测操作上的可靠功能，并且用于复杂的技术装置的预防性维修和损失预防，所述复杂的技术装置由许多单独的结构组件组成，并且其单独的组件间接或直接相互影响，其中
[0006]a)单独测量点的确定的信号从时域转换到频域，产生频谱，
[0007]b)从频谱中确定和选择与单独的结构组件的稳定状态特性或扰动特性特别相关的某些频率范围和/或其组合，
[0008]c)关于它们的频率值和它们的大小，将这些谱频率范围的变化和与其相关的预定义的或预记录的参考特征进行比较，并且
[0009]d)当确定的偏差超过预定义的阈值时，发出警报。
[0010]相应的振动监测系统包括实现这些方法步骤的硬件和/或软件构架。
[0011 ] 在优选应用中，它适合于监测压力水冷反应堆中的反应堆压力容器内部构件、主要循环系统组件和反应堆冷却剂泵。
【附图说明】
[0012]在附图中给出示例性实施例和与其相关的优点。
[0013]图1示出4环路压力水冷反应堆的主要冷却循环系统的一些主要组件，具有典型的监测仪器的优选位置指示。
[0014]图2示出压力水冷反应堆中主要振动关系(原因、结果、相关性/意义)的表。
[0015]图3示出时域和频域的压力水冷反应堆中的典型振动信号。
[0016]图4示出参考频谱，明显的峰代表专用组件的振动。
[0017]图5示出具有明显的峰的参考频谱和频率带。
[0018]图6示出用于主要循环系统组件振动的典型监测表的摘录。
[0019]图7示出反应堆压力容器内的架子(左侧的剖视图)，具有明显的峰的功率频谱密度和架子的弯曲振动的监测的频率特性(右侧的上图)，以及频率趋势图，具有监测的架子的弯曲振动的阈值违规(右侧的下图)。
[0020]图8示出来自操纵测量和参考测量的绝对位移信号的自功率密度的商谱。
[0021]图9示出操作测量的有效值频谱与参考测量的相应频谱的比较。
[0022]图10示出有效值频谱的趋势(层叠图)。
[0023]图11示出速度-谐波有效值的趋势(趋势图)。
[0024]图12示出用于主要冷却剂泵轴振动的典型监测表的摘录(缩写见图6中的略语表)O
[0025]图13示出操作测量(上半部分)和参考测量(下半部分)的时域的轴心轨迹(左侧)和轴振动信号(右侧)。
[0026]图14示出用于系统控制软件中系统设置的定义的几个计算机执行配置模板(图形用户界面，这里是:监测的对象数据、测量模板、监测参数)。
[0027]图15示出在计算机屏幕上显示的监测结果(这里是，监测的对象的3D模式、具有当前参数的监测表、当前频谱和参考频谱的比较、具有注意阈值违规的监测参数的趋势图)。
[0028]图16示出在系统软件中实现的进一步分析和图形功能。
[0029]图17示出在系统软件中实现的相关协议(这里是:测量协议、电站工艺参数的协议、当前监测参数的协议)和图形功能(这里是:当前频谱的图形)。
【具体实施方式】
[0030]1.系统的目的
[0031]根据本发明的振动监测系统(VMS)通过机械组件振动的频率和大小监测，检测压力水冷反应堆(PWR)中的反应堆压力容器内部构件、(主要)循环系统组件以及反应堆冷却剂泵的振动特性的变化。它符合相关监管机构的要求。通过合适的修改，根据本发明的VMS也可以用在沸水反应堆(BWR)以及一般的工业电站和技术设备中。
[0032]2.监测仪器
[0033]为了监测组件振动，根据本发明的VMS提供振动传感器，并且另外使用由电站的操作仪器提供的堆芯外中子通量噪音信号。在图1中示出典型的振动仪器的概括图。4环路PWR的各个主要循环系统组件，例如，反应堆压力容器(RPV)、加压器(PZ)、蒸汽发生器(SG)、反应堆冷却剂泵(RCP)，以及连接线，例如，主冷却剂线(MCL)在简化的立体图中示出。由各自的符号表示用于诸如检测冷却剂压力波动、环路振动、RCP振动、RPV振动和RCP轴振动的不同任务的振动传感器的优选位置。
[0034]3.监测方法
[0035]3.1 概述
[0036]包括支撑件的主要循环系统的组件表现为振动耦连的多质量的系统。根据耦连的程度，这些测量变量中的每一个都提供几个组件的振动信息。振动激发、导致的组件振动、可用测量变量与从这些变量导出的信息之间的主要关系在图2中示出。
[0037]振动特性可通过振动特征函数和振动特征变量来表征。在规定的稳态正常电站条件下，进行参考测量，以完成参考特征函数、参考特征变量和它们的参考测量信号的值(参考值)。在振动监测的开始进行这些参考测量。
[0038]在接下来的电站操作过程中，进行稳态正常电站条件下的其他测量(操作测量)。为了确定振动特性的变化，将操作测量的特征函数和变量基本上与参考特征函数和变量进行比较。
[0039]通过从时域到频域(例如，自谱、互谱、相干函数、转换函数幅值和相位)的测量信号的快速傅里叶变换(FFT)确定振动特征函数。在这些函数中，监测的组件的振动条件特征表现为幅值峰。因此，这些峰的变化可以直接分配给组件的振动特性的变化。
[0040]图3示例性地示出4环路PWR的时域和频域(自功率频谱)的典型振动信号。
[0041]从频域(监测的参数:频谱中定义的峰的频率和/或大小)的振动特征函数确定振动变量。在调整周期自动进行操作测量。将测量的频率和/或大小偏差与注意阈值(attent1n threshold)进行比较。阈值违规被自动宣布并发信号到主控制室(MCR)。
[0042]特征变量分配到组件是基于实验、计算并基于以另外的临时仪器进行的调试测量。
[0043]3.2主要循环系统的组件和反应堆压力容器内部构件的监测
[0044]在监测的开始，进行参考测量并计算参考频谱。用户用光标在参考频谱中标记要被监测的峰(见图4)和对应的频带(见图5)，其中在未来的操作振动测量自动监测这些峰。每个被标记的峰的以下数据自动进入监测表(见图6):
[0045].自动地分配连续的趋势号(F1、F2……)；
[0046].指定信号和特征信号函数(例如，信号Al的自功率密度(APD));
[0047].频带的最小和最大频率；
[0048].指定参考测量(例如，RMOI)；
[0049].参考参数值(例如，参考频率)。
[0050]然后用户进入监测表中的以下信息(见图6):
[0051].通过标记的峰监测的组件和振动类型；
[0052]?用于将当前值自动转换成参考测量的电站条件的转换公式的数量(可选择的)；
[0053].注意阈值。
[0054]接下来，用户定义用于自动操作监测过程的设置:
[0055].监测周期(单次、连续、每小时、每天或每月操作测量)；
[0056]?要被监测的参数；
[0057]?要自动准备的图、趋势和日志；
[0058].用于系统报警的标准。
[0059]在操作测量中，根据