CN101421798A - 用于核反应堆的具有可变电子卡的内部检测仪表系统和相应的改进核反应堆的内部检测仪表系统的方法 - Google Patents

Abstract

这种用于核反应堆的内部检测仪表系统(3)至少包括：用于测量核反应堆的堆心(5)中的中子通量的探头(7)，用于在堆心(5)内移动探头的移动电缆(9)；用于移动电缆(9)的旋转驱动装置(35)；和用于确定旋转驱动装置(35)的角位置的确定装置(44)，此确定装置包括自同步发射机(45)，它本身包括被约束由驱动装置(35)旋转的转子和具有三个绕组的定子。所述用于确定角位置的装置(44)包括用于数字化至少两个在自同步发射机的定子绕组的末端的电压和用于数字地处理这些数字化的电压以生成至少一个代表旋转驱动装置(35)的角位置的输出信号的电子单元。

Description

用于核反应堆的具有可变电子卡的内部检测仪表系统和相应的改进核反应堆的内部检测仪表系统的方法

本发明涉及用于核反应堆的内部检测仪表系统，这种类型的系统至少包括：

·用于在核反应堆的堆心中测量中子通量的测量探头；

·用于在堆心内移动探头的移动电缆；

·用于驱动移动缆绳的旋转装置；和

·用于确定旋转驱动装置的角位置的角度确定装置，此角度确定装置包括自同步发射机，所述自同步发射机本身包括被约束由驱动装置旋转的转子和具有三个绕组的定子。

通过例子，本发明适用于用于为国内电网发电的加压水冷却核反应堆。

核反应堆，如加压水冷却核反应堆，具有由通常是直立棱柱形状的并且彼此并列放置，其纵轴在垂直方向、即在堆心的高度方向的燃料组件组成的堆心。

当核反应堆运转时，有必要不断地确保反应堆在良好状态下，并且依照由规章和标准决定的总体安全条件运转。

特别地，有必要判断中子通量的产量和体积分布和在堆心中释放的功率的体积分布是否遵照对应于堆心的正常和令人满意的运行状况。

这就是为什么有必要确定和计算核反应堆堆心的运行参数，如堆心中的功率的体积分布、中子通量的形状系数或者甚至沸腾换热恶化比。这些参数特别地基于在堆心中揭示出在三维空间中遍及堆心的中子通量分布的中子通量测量确定。

需要不断地在运行中监测核反应堆的在堆心中的中子通量测量通常由位于反应堆容器外的室执行，并且通常被称作“堆外室”。

这些室具有多个在堆心的垂直方向的测量级别(例如六)并且它们通常被放置为执行在核反应堆堆心的外围的四个区域中的测量，这些区域对称地位于相互成90°角的堆心的两个对称轴平面。

堆外探测器的室用于在各种沿堆心高度方向向上的级别和在绕堆心周围分布的四个区域在圆周方向获得通量测量。尽管这样，这样的外部装置提供仅近似的堆心中的中子通量的值，并且它们提供同样近似的中子通量分布的表示。所以，监测参数以一种不十分准确的方式获得，所以为了安全起见，有必要为这些参数提供相对于临界值的更大的余量，因为它们必须不能被达到或者超过。

为了获得更加准确的在堆心中中子通量分布的表示，中子通量测量也以补充的方式每隔一定规则的但是不太长的时间间隔在堆心内执行，例如一个月一次，这些测量利用非常小的称作“堆内探头”的、通常由裂变电离室构成的移动测量探头执行。这样的移动探头构成核反应堆内部检测仪表系统的一部分，也称作堆内核测量(RIC)系统。

堆内探头被固定于各自的柔性电缆的末端，例如来自于提供商Téléflex的电缆，使它们可在核反应堆的内部检测仪表系统的测量路径内被移动。每个这些测量路径在它的一个末端开口延伸至位于反应堆建筑物的低的部分的检测仪表室。裂变探头由包括用于驱动电缆的旋转驱动装置、例如以大轮的形式的装置的控制单元控制从检测仪表室出发沿测量路径移动。

在核反应堆心内，每个测量路径包括燃料组件的检测仪表管和位于裂变探头通行其中的检测仪表管内的反应堆垂直试验管道。中子通量测量在由一组分布在遍及堆心区的燃料组件的垂直延伸的检测仪表管构成的测量管中执行。

例如，对于具有一百七十七个燃料组件的堆心，使用五十六个测量路径是一般的惯例。五十八个测量路径被用于具有一百九十三个燃料组件的堆心，四十八或五十个测量路径用于具有一百五十七个燃料组件的堆心，以及六十个测量路径用于具有二百零五个燃料组件的堆心。

中子通量测量当移动堆内探头缓慢地沿堆心的全高度通行时执行。所以有可能在堆心的高度方向获得中子通量中的许多相互被置于相互靠近的测量点。例如，可在六百个沿每个测量管的高度分布的点进行测量。此外，给定装有仪表的燃料组件在堆心中的分布，并且给定堆心的对称性，以通量图的形式获得中子通量的有足够代表性的图像。通过利用移动探头，在已知运行过程的情况下，通量图仅能周期性地被精确地测定。

为了获得正确的通量图，当获得通量测量时有必要知道在核反应堆堆心中探头的精确位置。

为此，在上述类型的内部检测仪表系统中，一种装置被用于确定用于驱动移动其位置将被确定的探头的探头移动电缆的轮的角位置。角度确定装置包括位于它本身位于核反应堆建筑物中的检测仪表室中的自同步发射机，和远离反应堆建筑物并且通常位于或靠近于核反应堆控制室的自同步接收机。

自同步发射机包括配备有由例如220伏(V)50赫兹(Hz)的调制交流电压供电的绕组的转子。这个转子被约束由驱动轮转动。自同步发射机还具有配备有三个彼此相对120°放置的绕组。转子的转动引起的磁场在定子绕组末端生成电压，此电压的振幅基于转子、从而驱动轮的角位置。

自同步接收机是相似的结构并且根据相反的原则运行。它的定子的三个绕组由来自于自同步接收机的定子绕组的末端的电压供电并且它们创建再现自同步发射机转子的角位置的方向的磁场。然后自同步接收机的转子在这个磁场上调整它自身，并且位于因此基于驱动轮、从而对应的中子通量测量探头的位置的角位置。

用于确定轮的角位置的装置还具有一个编码器或两个耦合于自同步接收机的转子并且传递信号到对应的内部检测仪表系统的监控柜的控制器的绝对编码器。控制器利用这些信号以确定探头的精确位置。以这种方式确定的位置和由探头进行的测量由控制器发送到绘制通量图的发电站计算机。

自同步接收机和对应于每个移动中子通量探测器探头的绝对编码器被置于在反应堆的内部检测仪表系统的监控柜的顶部中提供的抽屉中。

用于确定其中每个使用两个耦合于彼此的同步机器的驱动轮的角位置的装置使绝对编码器远离位于反应堆容器附近的检测仪表室的控制单元，此控制单元承受对绝对编码器有害的电离辐射，因为它们是光电装置。

因此这种用于确定驱动轮的角位置的装置是令人满意的，但是维护是复杂的。

因此本发明的一个目的是通过提供一种易于维护的上述类型的内部检测仪表系统解决这个问题。

为此，本发明提供一种上述类型的内部检测仪表系统，其特征是角度确定装置包括用于数字化至少两个在自同步发射机定子的绕组的末端的电压和用于数字化地处理这些数字化的电压以生成至少一个代表所述旋转驱动装置的角位置的输出信号的电子组件。

特别地，本发明的实施例，所述系统可以包括一个或多个以下可以单独实施或以技术上可行的结合实施的特征：

·所述系统包括监控柜，此柜被设计位于核反应堆建筑物外，并且包含所述电子组件；

·所述电子组件包括：

·用于确定在自同步发射器定子的绕组的末端的电压的模块；

·可选地用于调节所述确定的电压的模块；

·用于数字化至少两个所述确定的和可选地调节了的电压的模块；和

·用于数字化地处理数字化的电压的模块；

·所述电子组件包括用于生成递增的编码器型输出信号的模块；

·所述角度确定装置适于通过数字化地处理数字化的电压确定探头的位置，并且电子组件包括用于生成绝对编码器型输出信号的模块；

·所述电子组件是用于数字化仅两个确定的和可选地调节了的电压的组件；

·所述电子组件包括用于探测电压中的下降和适于触发确定的位置的备份的模块。

·所述电子组件包括用于设置确定的位置的模块，此模块被设计为被连接到由经过确定的位置的探头修改的状态的微开关；和

·所述电子组件包括用于利用调节电压为自同步发射机的转子供电的绕组的发电机。

本发明还提供一种改进核反应堆的内部检测仪表系统的方法，所述内部检测仪表系统至少包括：

·用于在核反应堆堆心测量中子通量的测量探头；

·用于在堆心内移动探头的移动电缆；

·用于驱动移动电缆的旋转装置；和

·用于确定旋转驱动装置的角位置的角度确定装置，此角度确定装置包括自同步发射机、自同步接收机和至少一个位置编码器，自同步发射机本身包括被约束由旋转驱动装置旋转的转子和包括三个绕组的定子，自同步接收机本身包括被约束由位置编码器旋转的转子和具有三个连接到自同步发射机定子的绕组；

所述方法的特征在于它包括用用于数字化至少两个在自同步发射机定子的绕组的末端的电压和用于数字化地处理这些数字化的电压以生成至少一个代表旋转驱动装置的角位置的输出信号的电子组件代替自同步接收机和位置编码器的步骤。

本发明通过阅读以下仅通过实施例的描述并且参考附图可以更好地理解，其中：

·图1是用于压水核反应堆的内部检测仪表系统的图解透视图；

·图2是代表图1系统的电子卡的图示；

·图3和图4是与图2相似的，示出本发明其它实施例的图示。

图1示出压水核反应堆的容器1连同核反应堆的内部检测仪表系统3的一部分。在容器1内有由棱柱形状的垂直延伸的并列放置的燃料组件组成的堆心5位于其中。在堆心5内的垂直位置，反应堆堆心5的每个燃料组件具有检测仪表导管。中子通量测量通过垂直地在堆心的一些组件的检测仪表导管内移动中子测量探头7执行，探头被固定在用于通过对电缆9施加推力或拉力移动探头7的电缆9的末端，并且电缆9也被用于传递来自探头7的信号。在图1中，探头7在堆心5中的中间位置示出。

举例来说，图1示出形成内部检测仪表系统3的测量路径的一部分的检测仪表导管11。举例来说，内部检测仪表系统3可以包括三十八到六十个测量路径。在堆心5内的每个路径的末端部分是由与管11相似的燃料组件的导管组成的。

中子通量测量路径的导管11在遍及堆心5的区域分布，并且通过移动测量探头7，中子测量在堆心的整个高度执行。

每个测量路径包括反应堆垂直试验管道12，即在它的一端封闭的管子，其中可通过它的连接和移动电缆9移动中子测量探头7。反应堆垂直试验管道12在反应堆堆心5中被插入到燃料组件的导管11中。

反应堆垂直试验管道12在连接穿过反应堆室1的底部的套管15到检测仪表室17的检测仪表管道13中被带到所述导管11。室17被置于接近反应堆建筑物的被称为堆坑的反应堆的容器1位于其中的部分19处。检测仪表室17和堆坑19形成反应堆建筑物的一部分。

检测仪表导管道13通过密封的穿透装置23穿过将检测仪表室17和堆坑19分开的混凝土墙21。穿透进检测仪表室17的检测仪表管道13的末端被连接到通过其反应堆垂直试验管道12被以密封的方式插入到检测仪表导管13内的密封组件25，反应堆垂直试验管道12的一端在检测仪表室17中是可接近的。

反应堆垂直试验管道12可以在检测仪表管道13内和在核反应堆容器1内在堆心5的整个高度上在位于插入位置和它被从核反应堆的堆心5中被拔出的位置之间的燃料组件的检测仪表导管11中被移动。

在重新加载堆心的操作之前，核反应堆的所有内部检测仪表系统的所有测量路径的反应堆垂直试验管道12被置于它们从堆心被拔出的位置。

相反，当核反应堆在运行中时，内部检测仪表系统的各测量路径的反应堆垂直试验管道12，每个都具有其中可移动的中子测量探头7，占有它们在反应堆堆心5中的最大插入位置。

内部检测仪表系统的各测量路径组成多个、通常是四到六个路径组，每个组包括大约十个测量路径。

中子测量通过利用固定在被促使相继地穿过组选择器29和路径选择器31以被插入如由控制选择器29和31定义的测量路径的反应堆垂直试验管道12中的连接和移动电缆9的末端的中子通量探头7在测量路径组的每个路径中执行。

每个用于测量探头7的连接和驱动电缆9被包括发动机和驱动与用于驱动探头7的电缆9相啮合的齿轮35的变速器单元(未示出)的控制单元33驱动。在一个变体中，轮35不必须是齿轮，并且它还可以被其它旋转驱动装置代替。探头7、用于探头7的连接和驱动电缆9和控制单元33组成测量通道37。通常，内部检测仪表系统3具有四到六个测量通道。

每个控制单元33还具有用于存储用于驱动探头的电缆9并且用于当电缆9在插入方向移动时和当它在沿测量路径的抽出方向移动时在电缆9上施加持续的返回力的绕线器(未示出)。

内部检测仪表系统3由置于检测仪表室17中、依次连接到位于反应堆控制室41中或它的附近的监控柜39的分布柜(未示出)控制。分布柜包括四到六个相同的用于控制每个连接到连接和移动电缆9的四到六个测量探头7的子组件，这些分布柜的每个子组件被连接到监控柜39的相应自动通道控制器上。

因此，探头7的移动和由选择器29和31所做的选择被控制以便在内部检测仪表系统3的每个测量路径中连续地进行中子测量。

与每个测量通道37相关联的自动控制器主要执行以下功能：

·控制检测仪表室17的电子机构，尤其是组选择器29、路径选择器31和控制单元33，以确保探头7以自动和/或人工的方式执行所要求的移动和测量；和

·把由探头7所做的测量结果传递到位于核反应堆控制室41中或它的附近处的发电站计算机，以使计算机能够绘制中子通量。

为了执行这第二个功能，与测量通道37相关联的自动控制器通过位于监控柜39的顶部隔舱43中的抽屉接收由探头7要求的测量。

每个与通道37相关联的抽屉还传递由装置44提供的用于确定对应的驱动轮35的角位置的信息。

角度确定装置44包括具有它的转子被迫绕轮35转动的常规自同步发射机45。因此自同步发射机45被置于检测仪表室17中，并且它通过线47被连接到监控室39的对应的电子抽屉。

根据本发明，用于确定角位置的装置44还包括，在监控室39的相关联的抽屉单元中，用于数字化来自于自同步发射机45的电压的电子组件49。

这种电子组件49可以以如图2中所示出的卡的形式实现。可以看出图2的左手部分有自同步发射机45的转子的绕组51和自同步发射器45的定子的三个绕组53、55和57的图形表示。在所示的例子中，绕组52、55和57被以三角形结构连接，尽管如此在变体中它们可以以星型结构连接。

电子组件49包括用于优先处理来自自同步发射机45的信号的单元59、数字处理器单元61和用于生成代表轮35的位置的信号的单元61，这些单元彼此间通过总线65相互通信。

优先处理单元59包括：

·用于确定在绕组53、55和57的末端的电压的模块，即在它们的末端S1、S2和S3之间，这些电压被分别记作S1S2、S2S3和S3S1；

·用于调节这些电压S1S2、S2S3和S3S1的模块69；

·用于数字化所调节的电压S1S2、S2S3的模块71；

·用于触发数字化的模块73；和

·用于探测什么时候数字化必须结束的模块75。

在所描述的例子中，自同步发射机45的转子的绕组51可以用频率为50Hz的220V调制电压供电。因此绕组53、55和57的末端S1、S2和S3之间的电压被以50Hz调制，并且它们的振幅取决于自同步发射机45的转子的、从而轮35的角位置。模块67被连接到末端S1、S2和S3并且它通过相减由末端S1、S2和S3传递的信号确定电压S1S2、S2S3和S3S1，以便适应中值电压的缺少。尽管如此，中值电压被重建，并且为了安全原因，它在77处被连接到地。

从模块67输出的电压S1S2、S2S3和S3S1可以具有80V的峰值振幅。调节模块69包括用于减少它们的振幅的、例如以便达到大约10V的最大峰值振幅的放大器。

数字转换器模块71包括例如两个转换器79，其同样地例如是11位加一位符号位的转换器。这两个转换器79使用来自自同步发射机45的定子的末端S1、S2和S3的信号的调制、从而使用供电自同步发射机45的转子的绕组51的电压被同步触发。

这种同步通过一系列当信号S1S2、S2S3或S3S1的至少一个达到预定的振幅时通过转换器79触发电压S1S2和S2S3的转换的窗口比较器81达到。数字转换的结束通过还与来自转换器79的输出通信的总线65从模块75被发信号到数字处理单元61。

数字处理单元61包括微控制器83、例如随机存取存储器(RAM)85和只读存储器(ROM)87的存储器和用于交换微控制器83、存储器85和87与总线65之间的数据的装置89。

数字处理单元61，并且特别地，微控制器83在电压S1S2和S2S3上在它们已被单元59调节并且被单元59数字化后执行数字处理，以确定自同步发射机45的转子的角位置。

需要考虑的用于数字处理的参数如下：

·编码单元或“编码步长”，使得自同步发射机45的转子的一圈旋转相当于1024步；

·同步发射机45的转子的角位置P以步的形式、以带符号整数的形式表示；和

·一步大约相当于探头7移动通过1毫米(mm)，移动速度可达到300mm每秒。

数学方程如下：

·对于以步的形式表示的角位置P，接收到的电压在每个以秒表示的瞬间t具有以下值：

·S1S2(P，t)＝84＊sin(P＊π/512)＊sin(100＊π＊t)

·S2S3(P，t)＝84＊sin(P＊π/512)+(2＊π/3))＊sin(100＊π＊t)

·S3S1(P，t)＝84＊sin(P＊π/512)-(2＊π/3))＊sin(100＊π＊t)；

和

·在任一时刻，S1S2(P，t)+S2S3(P，t)+S3S1(P，t)＝0，这解释了为什么仅两个电压、这里是S1S2和S2S3被数字化。

基于此，单元61确定角位置P，并且随后角位置P被处理，以便位于范围-512步至+512步内。

一旦角位置P已被确定并且被数字处理单元61处理，它随后由单元63转化为递增的编码类型输出信号A、B和Z。这些信号A、B和Z在考虑以便确定探头7的绝对坐标时被与测量通道37相关的柜39的控制器处理。这种处理还可以考虑检测仪表系统3的电子机制、特别是微交换机的状态。

应该观察到，角位置由优先原始确定序列初始化。因此，在探头7上交换后的第一次移动必须要返回它到原始坐标。此后，单元61确定相对于原始坐标的角位置P。

因此上述的内部检测仪表系统3具有代替自同步接收机的电子卡49和通常在监控柜39的顶部隔舱43中提供的绝对编码器。

因此检测仪表系统3的维护被简化了，因为它可以取消对应的抽屉并且当需要时替换任一电子卡49，而不是修理或者改变绝对编码器的自同步接收机的部件。

此外，柜39在隔舱43中仅有小的重量，就遵照与调节振动风险有关的约束方面来说这是有益的。

此外，还应该观察到传统的内部检测仪表系统3能够被简单地调节以包括如上所述的改进的装置44。为此，它可以用上述的这种电子卡替换过去使用的自同步接收机和绝对编码器。

图3表明电子卡49的第二个实施例，包括用于为自同步发射机45的转子的绕组51供电的发电机。

在这个实施例中，产生的电源电压可以是26V、频率为400Hz的电压。这样的高于50Hz频率的频率能够获得更好的精度，因为没有必要进行内插。还应该观察到，用于触发数字转换的模块73的结构能够被简化，因为调节电压是从在电子卡49上的发电机9直接可得的。

此外，电子卡49包括用于设置所确定的被连接到位于沿探头7移动路径的预定位置的微交换机的角位置的模块93。因此，当探头7通过这个预定位置时，微交换机改变状态并且信号由模块93传递到将所确定的角位置P和实际上相对于微交换机的位置的角位置Pe进行比较的数字处理器单元61，并且如果有必要的话修正P的值以使它和Pe相匹配。

图4表明与第一个不同的第三个实施例，其中单元61直接确定探头7的绝对位置，卡49还具有用于设置所确定的绝对位置的模块93，并且用于产生代表位置的信号的单元63是用于产生绝对位置的信号、尤其是十六位编码的信号的单元。因此，产生的代表轮35的角位置的信号是代表探头7的绝对位置的信号。

卡49还具有为了触发由数字处理单元61确定的绝对位置的备份用于探测电压下降的模块95。这里同样地，如在第二个实施例中的，所确定的绝对位置的可能的重新设置由在微交换机的状态中的变化自动地提供给模块93。

上述的原理能够被应用于具有各种尺寸的核反应堆。

此外，可以使用各种数量的测量通道，例如，可以使用单个电子卡用于多个测量通道。

Claims (10)

1.一种用于核反应堆的内部检测仪表系统(3)，这种类型的系统至少包括：

·用于在核反应堆的堆心(5)中测量中子通量的测量探头7；

·用于在堆心(5)内移动探头的移动电缆(9)

·用于驱动移动电缆(9)的旋转装置(35)；和

·用于确定旋转驱动装置(35)的角位置的角度确定装置(44)，其中所述角度确定装置包括自同步发射机(45)，所述自同步发射机本身包括被约束由驱动装置(35)转动的转子和具有三个绕组(53、55、57)的定子；

所述系统的特征在于，角度确定装置(44)包括用于数字化至少两个在自同步发射机定子的绕组的末端的电压(S1S2、S2S3)和数字地处理这些数字化的电压以生成至少一个代表旋转驱动装置(35)的角位置的输出信号(A、B、Z、P0-P15)的电子组件(49)。

2.如权利要求1中所述的系统，其特征在于它包括监控柜(39)，此监控柜被设计为位于核反应堆建筑物外面并包含所述电子组件(49)。

3.如权利要求1或权利要求2中所述的系统，其特征在于所述电子组件(49)包括：

·用于确定在自同步发射机定子的绕组(53、55、57)的末端的电压(S1S2、S2S3)的模块(67)；

·可选地用于调节所确定的电压的模块(69)；

·用于数字化至少两个所确定的和可选地调节电压(S1S2、S2S3)的模块；和

·用于数字地处理数字化的电压的模块(61)。

4.如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于所述电子组件(49)包括用于生成递增的编码器类型输出信号(A、B、Z)的模块(63)。

5.如权利要求1至4中所述的系统，其特征在于所述角度确定装置(44)适于通过数字地处理数字化的电压确定探头(7)的位置，并且所述电子组件(49)包括用于生成绝对编码器类型输出信号(P0-P15)的模块(63)。

6.如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于所述电子组件(49)是用于数字化所确定的和可选地调节电压的仅两个电压(S1S2、S2S3)的组件。

7.如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于所述电子组件(49)包括用于探测电压下降和适于触发所确定的位置的备份的模块(95)。

8.如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于所述电子组件(49)包括用于设置所确定的位置的模块(93)，此模块(93)被设计为被连接到由通过确定位置的探头(7)更改的状态的微交换器。

9.如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于所述电子组件(49)包括用于用调节电压为自同步发射机(45)的转子的绕组(51)供电的发电机(91)。

10.一种改进核反应堆的内部检测仪表系统(3)的方法，所述内部检测仪表系统(3)至少包括：

·用于测量核反应堆的堆心(5)中的中子通量的测量探头(7)；

·用于移动堆心(5)内的探头的移动电缆(9)；

·用于驱动移动电缆(9)的旋转装置(35)；和

·用于确定旋转驱动装置(35)的角位置的角度确定装置(44)，所述角度确定装置包括自同步发射机(45)、自同步接收机和至少一个位置编码器，所述自同步发射机本身包括被约束由旋转驱动装置(35)旋转的转子和包括三个绕组(53、55、57)的定子，所述自同步接收机本身包括被约束由位置编码器旋转的转子和具有三个连接到自同步发射机定子的绕组的绕组的定子；

所述方法的特征在于，它包括用用于数字化自同步发射机定子的绕组的末端的至少两个电压(S1S2、S2S3)、并且用于数字地处理数字化的电压以生成至少一个代表旋转驱动装置的角位置的输出信号(A、B、Z、P0-P15)的电子组件(49)替换自同步接收机和位置编码器的步骤。

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