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基于主元分析的小型压水堆故障检测和辨识方法研究

曹桦松 孙培伟

曹桦松, 孙培伟. 基于主元分析的小型压水堆故障检测和辨识方法研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(1): 148-155. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0148
引用本文: 曹桦松, 孙培伟. 基于主元分析的小型压水堆故障检测和辨识方法研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(1): 148-155. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0148
Cao Huasong, Sun Peiwei. Research on Fault Detection and Identification Method of Small PWR Based on Principal Component Analysis[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(1): 148-155. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0148
Citation: Cao Huasong, Sun Peiwei. Research on Fault Detection and Identification Method of Small PWR Based on Principal Component Analysis[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(1): 148-155. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0148

基于主元分析的小型压水堆故障检测和辨识方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0148
基金项目: 国家重点研发计划(2019YFB1901100);国家自然科学基金(11875215)
详细信息
    作者简介:

    曹桦松(1991—),男,博士研究生,研究方向为反应堆故障诊断和反应堆控制,E-mail: caohuasong@stu.xjtu.edu.cn

    通讯作者:

    孙培伟,E-mail: sunpeiwei@mail.xjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TL334

Research on Fault Detection and Identification Method of Small PWR Based on Principal Component Analysis

  • 摘要: 故障检测和辨识对于小型压水堆的安全经济运行具有重要意义。反应堆中通常采用基于信号和专家知识经验的故障检测和辨识方法,操纵员往往不能从海量的故障数据信息中及时准确甄别故障类型,追溯故障原因。本文提出了采用主元分析进行小型压水堆故障检测和辨识的方法。首先利用RELAP5程序对小型压水堆建模,获得典型故障的样本数据。其次,基于主元分析理论对样本降维,并计算T2Q两个统计量,通过判断是否超出阈值来检测反应堆运行状态。然后,利用贡献率图方法分析了过程变量对于统计量的贡献率,从而确定了对故障特征变化起主要作用的变量,实现对不同故障的辨识。最终和实际物理过程分析结果进行对比,验证了该方法的有效性。

     

  • 图  1  反应堆RELAP5模型

    Figure  1.  RELAP5 Model of Reactor

    图  2  PCA方法故障检测和辨识流程图

    Figure  2.  Fault Detection and Identification Flow Chart Based on PCA Method

    图  3  不同事故下T2Q统计量计算结果

    Figure  3.  Calculation Results of T2 and Q under Different Accidents        

    图  4  不同事故工况主成分对T2统计量贡献率

    Figure  4.  Contribution Rate of Principal Component to T2 under Different Accidents

    图  5  LOCA初期不同变量对T2Q统计量贡献率分析

    Figure  5.  Analysis of Contribution Rate of Different Variables to T2 and Q under Initial Stage of LOCA

    图  6  落棒事故初期不同变量对T2Q统计量贡献率

    Figure  6.  Contribution Rate of Different Variables to T2 and Q under Initial Stage of Rod Drop Accident

    图  7  LOCA后期不同变量对T2Q统计量贡献率分析

    Figure  7.  Analysis of Contribution Rate of Different Variables to T2 and Q under Final Stage of LOCA

    图  8  落棒事故后期不同变量对T2Q统计量贡献率

    Figure  8.  Contribution Rate of Different Variables to T2 and Q under Final Stage of Rod Drop Accident

    图  9  LOCA下标准化变量随时间变化

    Figure  9.  Standardized Variables Vary with Time under LOCA

    图  10  落棒事故下标准化变量随时间变化

    Figure  10.  Standardized Variables Vary with Time Under Rod Drop Accident

    表  1  反应堆中选取的变量

    Table  1.   Variables Selected for Reactor

    编号变量名称单位
    1反应堆功率MW
    2/3冷却剂流量(环路1和环路2)kg/s
    4/5热段和冷段冷却剂温度(环路1)K
    6/7热段和冷段冷却剂温度(环路2)K
    8稳压器压力MPa
    9稳压器水位m
    10/11蒸汽发生器(SG1和SG2)蒸汽流量kg/s
    12/13SG1和SG2给水流量kg/s
    14/15SG1和SG2出口蒸汽温度K
    16/17SG1和SG2水位m
    18/19SG1和SG2出口蒸汽压力MPa
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    表  2  特征值及累计方差贡献率

    Table  2.   Contribution Rate of Eigenvalues and Cumulative Variance

    主成分LOCA落棒事故
    λσ/%λσ/%
    PC16.8636.096.1232.20
    PC26.0167.744.8257.58
    PC32.8282.584.0278.76
    PC41.5390.641.3385.78
    PC50.5693.611.0791.42
    PC60.5296.340.7695.41
    PC70.3998.380.4697.86
    PC80.1699.240.2599.15
    PC90.0899.650.0999.62
    PC100.0599.900.0499.82
    PC11~PC19特征较小,此处不继续列出
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    表  3  不同事故的不同时期起主要贡献作用的变量

    Table  3.   Variables with Main Contribution under Different Periods of Different Accidents

    事故类型事故阶段起主要贡献作用的变量及其编号
    LOCA前期冷却剂流量(2和3)
    稳压器水位(9)
    后期稳压器压力(8)
    稳压器水位(9)
    落棒事故前期功率(1)
    冷却剂流量(2和3)
    热段冷却剂温度(4和6)
    稳压器压力和水位(8和9)
    蒸汽发生器蒸汽流量(10)
    后期功率(1)
    冷却剂温度(4,5和6)
    稳压器压力和水位(8和9)
    蒸汽流量(10)
    给水流量(12,13)
    蒸汽发生器水位(16)
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-29
  • 修回日期:  2021-08-19
  • 刊出日期:  2022-02-01

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