反应堆控制棒控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种反应堆控制棒控制系统，用于控制反应堆内控制棒驱动机构的电磁线圈动作，其包括控制模块、与所述电磁线圈对应的数个电流转换模块以及电源模块，每一电流转换模块对应连接一所述电磁线圈，所述控制模块分别与数个所述电流转换模块相连并分别向数个所述电流转换模块输出相应的线圈控制信号，所述电流转换模块将所述线圈控制信号转换为相应的驱动电流，并依据所述驱动电流控制对应的电磁线圈动作。与现有技术相比，本发明专利技术每一电流转换模块对应控制一电磁线圈，控制稳定、性能优越，系统结构简单。另一方面，本发明专利技术三种电磁线圈可使用相同的电流转换模块，通用性高、可维护性高。

【技术实现步骤摘要】
反应堆控制棒控制系统
本专利技术涉及一种核电领域，尤其涉及反应堆控制棒控制。
技术介绍
在核电站启堆、功率转换和停堆过程中，通过控制控制棒的提升、插入和保持运动，从而控制反应堆的反应性，保证反应堆始终工作在受控状态。根据控制棒在堆芯中的不同位置和功能，通常将控制棒分组(如温度棒组、功率棒组、停堆棒组等等)，同一子组内的4根控制棒在堆芯中对称布置(堆芯中心的控制棒单独为1个子组)，且在运行时联动。控制棒的提升、插入和保持运动是通过控制棒驱动机构(磁性线圈，CRDM)来实现的，控制棒驱动机构通过驱动杆组件与控制棒连接。当前中国、法国、美国运行的压水堆核电站，控制棒驱动机构一般采用步进式磁力提升型，其线圈组件一般包含3个电磁线圈，即：提升线圈、移动线圈、保持线圈。线圈组件的电磁线圈和磁轭与钩爪组件对应的铁芯部件构成了3个“电磁铁”，从上到下分别是“提升电磁铁”、“移动电磁铁”和“保持电磁铁”。其作用如下：提升线圈激磁，使提升衔铁吸合，带动移动钩爪提升一个步距；去磁使提升衔铁打开，带动移动钩爪复位。移动线圈激磁，使移动衔铁吸合，带动连杆向上移动，使移动钩爪摆入驱动杆环形槽中，与驱动杆环形齿啮合；去磁使移动衔铁打开，带动连杆下降，使移动钩爪摆出驱动杆环形槽，与驱动杆环形齿脱离啮合。保持线圈激磁，使保持衔铁吸合，带动连杆向上移动，使保持钩爪摆入驱动杆环形槽中，与驱动杆环形齿啮合；去磁使保持衔铁打开，带动连杆下降，使保持钩爪摆出驱动杆环形槽，与驱动杆环形齿脱离啮合。控制棒控制系统按照设定好的顺序分别给3个电磁线圈发送不同的电流从而控制线圈的激磁和去磁，就可以使与之对应的钩爪组件中的3个“电磁铁”铁芯部件投入运行，从而控制驱动杆组件的运动带动控制棒提升、插入或者保持。当3个线圈都断电时，驱动杆组件失去夹持力，驱动杆组件和控制棒在重力作用下自由下落，使控制棒快速插入堆芯。驱动机构从保持状态(驱动杆挂在保持钩爪上)开始提升一步的程序如下：1、移动线圈通电，移动衔铁吸合。移动钩爪摆入驱动杆环形槽中。2、保持线圈断电，保持衔铁打开。保持衔铁打开过程中，保持钩爪随驱动杆一起下降(此过程中移动钩爪只作直线运动不作摆动)，下降到驱动杆挂到移动钩爪上，再继续下降一段距离后，摆出驱动杆环形槽。3、提升线圈通电，提升衔铁吸合。提升衔铁吸合时，通过移动钩爪带动驱动杆提升一个步距。4、保持线圈通电，保持衔铁吸合。保持衔铁吸合时，保持钩爪先摆入驱动杆环形槽中呈竖直状态，再继续作向上的直线运动，运动到驱动杆挂在保持钩爪上，再继续运动一段距离使移动钩爪齿处于驱动杆环形槽中间。5、移动线圈断电，移动衔铁打开。移动衔铁打开时，移动钩爪摆出驱动杆环形槽。6、提升线圈断电，提升衔铁打开。提升衔铁打开时，移动钩爪随提升衔铁一起，下降到初始位置。移动衔铁和移动钩爪回复到初始位置后，机构又可以进行下一步提升程序。驱动机构从保持状态(驱动杆挂在保持钩爪上)开始下插一步的程序如下：1、提升线圈通电，提升衔铁吸合。提升衔铁吸合时，移动钩爪随提升衔铁一起，提升一个步距。2、移动线圈通电，移动衔铁吸合。移动衔铁吸合时，移动钩爪摆入驱动杆环形槽中。3、保持线圈断电，保持衔铁打开。保持衔铁打开过程中，保持钩爪随驱动杆一起下降(此过程中移动钩爪只作直线运动不作摆动)，下降到驱动杆挂到移动钩爪上，再继续下降一段距离后，摆出驱动杆环形槽。4、提升线圈断电，提升衔铁打开。提升衔铁打开时，驱动杆随提升衔铁一起，下降一个步距。5、保持线圈通电，保持衔铁吸合。保持衔铁吸合时，保持钩爪先摆入驱动杆环形槽中呈竖直状态，再继续作向上的直线运动，运动到驱动杆挂在保持钩爪上，再继续运动一段距离使移动钩爪齿处于驱动杆环形槽中间。6、移动线圈断电，移动衔铁打开。移动衔铁打开时，移动钩爪摆出驱动杆环形槽。移动钩爪摆出驱动杆环形槽后，机构可以进行下一步的下插程序。控制棒控制系统通过产生不同等级的电流来控制驱动机构电磁线圈的激磁和去磁，每个电磁线圈需要3种电流：ZC：零电流，使电磁线圈去磁；RC：半电流，以减少的电流保持电磁线圈激磁，减少线圈的发热量；FC：全电流，使电磁线圈激磁(全电流不能长时间保持，否则会烧坏电磁线圈)。目前用于许多核电站的控制棒控制系统设计是在20世纪60、70年代开发的，这些系统仍然使用传统的可控硅作为电流控制元件，而且一套电流控制电路同时控制四个电磁线圈，此种“一拖四”结构容易发生由于驱动机构线圈加工的离散性导致电流分配不均而引起控制棒滑步或者掉棒现象，而且每种线圈需要不同的控制模块，系统结构复杂，控制方式较繁琐，数字化程度低，性能指标差，而且可维护性差，维护成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种控制稳定、性能优越、可维护性高的反应堆控制棒控制系统。为了实现上有目的，本专利技术公开了一种反应堆控制棒控制系统，用于控制反应堆内控制棒驱动机构中的电磁线圈动作，其包括控制模块、与数个所述电磁线圈对应的数个电流转换模块以及电源模块，每一电流转换模块对应连接一所述电磁线圈，所述控制模块分别与数个所述电流转换模块相连并分别向数个所述电流转换模块输出相应的线圈控制信号，所述电流转换模块将所述线圈控制信号转换为相应的驱动电流，并依据所述驱动电流控制对应的电磁线圈动作，所述电源模块对所述控制模块和电流转换模块供电。与现有技术相比，本专利技术每一电流转换模块对应控制一电磁线圈，避免一套电流控制电路同时控制四个电磁线圈引起控制棒滑步或者掉棒问题，控制稳定，系统结构简单、性能优越。另一方面，任一电流转换模块故障后，只需换掉该电流转换模块即可，可维护性高。较佳地，所述控制模块的输入端接逻辑柜以接收所述逻辑柜的控制棒控制命令，并依据所述控制棒控制命令生成所述线圈控制信号，所述控制模块获取反应堆控制棒控制系统的系统状态信息并依据所述系统状态信息生成故障报警信号，且向所述逻辑柜发送所述系统状态信息和故障报警信号。具体地，所述反应堆控制棒控制系统还包括操作显示模块，所述操作显示模块输入外部的手动操作命令以及显示系统状态信息和故障报警信号；所述控制模块还接所述操作显示模块并依据所述操作命令生成所述线圈控制信号，所述控制模块还获取反应堆控制棒控制系统的系统状态信息并依据所述系统状态信息生成故障报警信号，并向所述操作显示模块发送所述系统状态信息和故障报警信号。较佳地，所述控制模块的输入端还接反应堆保护系统以接收所述反应堆保护系统输出的停堆信号，并依据所述停堆信号生成相应的线圈控制信号，依据所述停堆信号对应的线圈控制信号控制相应的电磁线圈动作以触发控制棒落棒。较佳地，所述电磁线圈按类型分为提升线圈、移动线圈和保持线圈，所述每一电流转换模块对应连接一所述电磁线圈，并且包含分别与所述提升线圈、移动线圈和保持线圈相关联的三组参数，所述电流转换模块通过插拔接口自动识别与所述电流转换模块相连接的电磁线圈类型，并根据所述电磁线圈类型自动选择相应的参数组。该方案使得本专利技术三种电磁线圈可使用相同的电流转换模块，通用性高、应用范围广，并进一步提高了系统的可维护性。在本方案中，所述电流转换模块包括定值电路、调节电路、电流传感器和电流驱动电路，所述定值电路接收所述控制模块输出的线圈控制信号并将所述线圈控制信号处理转换为对应的电平信号，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反应堆控制棒控制系统，用于控制反应堆内控制棒驱动机构内的数个电磁线圈动作，其特征在于，所述反应堆控制棒控制系统包括控制模块、与数个所述电磁线圈对应的数个电流转换模块以及电源模块，每一电流转换模块对应连接一所述电磁线圈，所述控制模块分别与数个所述电流转换模块相连并分别向数个所述电流转换模块输出相应的线圈控制信号，所述电流转换模块将所述线圈控制信号转换为相应的驱动电流，并依据所述驱动电流控制对应的电磁线圈动作，所述电源模块对所述控制模块和电流转换模块供电。

【技术特征摘要】
1.一种反应堆控制棒控制系统，用于控制反应堆内控制棒驱动机构内的数个电磁线圈动作，其特征在于，所述反应堆控制棒控制系统包括控制模块、与数个所述电磁线圈对应的数个电流转换模块以及电源模块，每一电流转换模块对应连接一所述电磁线圈，所述控制模块分别与数个所述电流转换模块相连并分别向数个所述电流转换模块输出相应的线圈控制信号，所述电流转换模块将所述线圈控制信号转换为相应的驱动电流，并依据所述驱动电流控制对应的电磁线圈动作，所述电源模块对所述控制模块和电流转换模块供电，所述电流转换模块采集所述电磁线圈的电流信号并依据所述电流信号判断所述电磁线圈的实际工作状态，依据将所述线圈控制信号中的电流定值信号判断所述电磁线圈的预定工作状态，并依据所述预定工作状态和电流信号判断所述电流信号是否故障以生成电流故障信息，显示所述预定工作状态、实际工作状态和电流故障信息。2.如权利要求1所述的反应堆控制棒控制系统，其特征在于，所述控制模块的输入端接逻辑柜以接收所述逻辑柜的控制棒控制命令，并依据所述控制棒控制命令生成所述线圈控制信号，所述控制模块获取反应堆控制棒控制系统的系统状态信息并依据所述系统状态信息生成故障报警信号，且向所述逻辑柜发送所述系统状态信息和故障报警信号。3.如权利要求1所述的反应堆控制棒控制系统，其特征在于，所述反应堆控制棒控制系统还包括操作显示模块，所述操作显示模块输入外部的手动操作命令以及显示反应堆控制棒控制系统的系统状态信息和故障报警信号；所述控制模块还接所述操作显示模块并依据所述操作命令生成所述线圈控制信号，所述控制模块还获取反应堆控制棒控制系统的系统状态信息并依据所述系统状态信息生成故障报警信号，并向所述操作显示模块发送所述系统状态信息和故障报警信号。4.如权利要求1所述的反应堆控制棒控制系统，其特征在于，所述控制模块的输入端还接反应堆保护系统以接收所述反应堆保护系统输出的停堆信号，并依据所述停堆信号生成相应的线圈控制信号，依据所述停堆信号对应的线圈控制信号控制相应的电磁线圈动作以触发控制棒落棒。5.如权利要求1所述的反应堆控制棒控制系统，其特征在于，所述电磁线圈按类型分为提升线圈、移动线圈和保持线圈，所述每一电流转换模块包含分别与所述提升线圈、移动线圈和保持线圈相关联的三组参数，所述电流转换模块通过插拔接口自动识别与所述电流转换模块相连接的电磁线圈类型，并根据所述电磁线圈类型自动选择相应的参数组。6.如权利要求5所述的反应堆控制棒控制系统，其特征在于，所述电流转换模块包括定值电路、调节电路、电流传感器和电流驱动电路，所述定值电路接收所述控制模块输出的线圈控制信号并将所述线圈控制信号处理转换为对应的电平信号，所述电流传感器采集所述电磁线圈的电流信号，所述调节电路接收所述电平信号和所述电流信号，并对所述电平信号和电流信号进行差分放大处理以产生方波驱动信号，所述电流驱动电路依据所述方波驱动信号生成所述驱动电流并驱动所述电磁线圈动作。7.如权利要求6所述的反应堆控制棒控制系统，其特征在于，所述电流驱动电路包括第一绝缘栅双极型晶体管和第二绝缘栅双极型晶体管，所述第一绝缘栅双极型晶体管和第二绝缘栅双极型晶体管的栅极分别接所述方波驱动信号，所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极接一直流电的正极，所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射级接所述直流电的负极，所述电磁线圈的两端分别接所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极和所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极。8.如权利要求6所述的反应堆控制棒控制系统，其特征在于，所述电流转换模块还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，许育周，周琦，王春生，吴日升，穆昌洪，李腾龙，
申请(专利权)人：中科华核电技术研究院有限公司，中国广核集团有限公司，中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44