CN101840737B - 一种数字化棒位控制系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种数字化棒位控制系统，其包括：堆芯控制单元，其根据主控制室发送的控制棒控制命令输出相应的棒位运行指令；棒控驱动单元，其接受所述棒位运行指令并依据其控制控制棒驱动机构中钩爪的动作序列，从而实现控制棒沿轴向的相应移动；棒位处理及指示单元，其测量控制棒的实际棒位信息，并将所述实际棒位信息经整形、编码后送至棒位处理柜和主控制室里的棒位显示设备；同时，将所述实测棒位信息与所述棒位运行指令进行比较，当控制棒滑步、失步或偶然落棒超过预定阈值时发送故障报警信号。本发明涉及一种数字化棒位控制方法。本发明实现了核电站中反应堆功率和温度的数字化控制，提高了棒位控制系统的可靠性和安全性。

Description

一种数字化棒位控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及核电站数字化控制技术领域，更具体地说，涉及一种数字化棒位控制系统及其控制方法。
背景技术
随着数字化控制技术的发展，当前的模拟式核电站棒位控制系统已不能满足当前核电站对反应堆功率控制和温度控制的要求，且在网络通讯、数据管理方面已表现出一定的局限性，同时在可靠性、安全性方面也存在一定的隐患。
当前，以处理器为核心的数字设备的可靠性、安全性已经大大提高，这为在核电站中采用数字化的棒位控制和棒位显示创造了有利条件。同时，根据CPR1000压水堆控制系统的特点，核电站仪控系统的设计及设备选用等将需要一种数字化的棒位控制系统和方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种数字化棒位控制系统及其控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：构造一种数字化棒位控制系统，包括：
堆芯控制单元，其根据主控制室发送的控制棒控制命令输出相应的棒位运行指令；
棒控驱动单元，其接受所述棒位运行指令并依据其控制控制棒驱动机构中钩爪的动作序列，从而实现控制棒沿轴向的相应移动；
棒位处理及指示单元，其测量控制棒的实际棒位信息，并将所述实际棒位信息经整形、编码后送至棒位处理柜和主控制室里的棒位显示设备；同时，将所述实测棒位信息与所述棒位运行指令进行比较，当控制棒滑步、失步或偶然落棒超过预定阈值时发送故障报警信号。
本发明所述的控制系统，棒控驱动单元依据所述棒位运行指令产生相应的移动时序信号，从而依据所述移动时序信号控制可控硅整流电路输出电流的定值、波形和变化时序，进而控制控制棒的移动状态。
本发明所述的控制系统，所述控制棒的移动状态包括棒位移动方向和棒位移动速度；所述棒位移动方向包括控制棒提升、下插和保持。
本发明所述的控制系统，当反应堆处于稳定运行时，由控制棒提升或控制棒下插来补偿堆芯的反应性快变化，使反应性处于动态平衡状态；当反应堆处于非稳定运行工况时，由控制棒提升或控制棒下插来控制在启动阶段把反应堆从零功率带到满功率、正常停堆阶段执行停堆或在事故工况下紧急停堆。
本发明所述的控制系统，在所述紧急停堆时，所有控制棒都必须在一定时间内下插落入堆芯。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：构造一种数字化棒位控制方法，包括下列步骤：
S1：根据主控制室发送的控制棒控制命令输出相应的棒位运行指令；
S2：依据所述棒位运行指令控制控制棒驱动机构中钩爪的动作序列，从而实现控制棒沿轴向的相应移动；
S3：测量控制棒的实际棒位信息，并将其经整形、编码后送至棒位处理柜和主控制室里的棒位显示设备；同时，将所述实测棒位信息与所述棒位运行指令进行比较，当控制棒滑步、失步或偶然落棒超过预定阈值时发送故障报警信号。
本发明所述的控制方法，在所述步骤S2中，依据所述棒位运行指令产生相应的移动时序信号，从而依据所述移动时序信号控制可控硅整流电路输出电流的定值、波形和变化时序，进而控制控制棒的移动状态。
本发明所述的控制方法，所述控制棒的移动状态包括棒位移动方向和棒位移动速度；所述棒位移动方向包括控制棒提升、下插和保持。
本发明所述的控制方法，当反应堆处于稳定运行时，由控制棒提升或控制棒下插来补偿堆芯的反应性快变化，使反应性处于动态平衡状态；当反应堆处于非稳定运行工况时，由控制棒提升或控制棒下插来控制在启动阶段把反应堆从零功率带到满功率、正常停堆阶段执行停堆或在事故工况下紧急停堆。
本发明所述的控制方法，在所述紧急停堆时，所有控制棒都必须在一定时间内下插落入堆芯。
实施本发明的数字化棒位控制系统及其控制方法，具有以下有益效果：实现了核电站中反应堆功率和温度的数字化控制，提高了棒位控制系统的可靠性和安全性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明数字化棒位控制系统一实施例的方框图；
图2是本发明数字化棒位控制方法一实施例的流程图；
图3是本发明数字化棒位控制系统一优选实施例的总体结构图。
具体实施方式
本发明的数字化棒位控制系统，通过插入或提升控制棒来调节堆芯的反应性、跟踪二回路负荷从而控制堆芯的温度和功率，实现堆跟机模式的反应性控制。根据电网负荷的变化，当反应堆处于稳定运行时，堆芯的反应性处于一个动态平衡状态，由于温度效应和功率效应以及快速负荷变化引起的氙毒效应等反应性快变化可由控制棒提升或下插上下移动来补偿；当反应堆处于非稳定运行工况时，控制棒控制系统还能在堆启动阶段把反应堆从零功率带到满功率、在正常停堆阶段执行停堆或在事故工况下紧急停堆，保护反应堆及堆芯安全。
在任何时候为了保护堆芯的安全需要紧急停堆时，一定时间内，如在2.15s内，所有控制棒都必须全部落入堆芯，抑制正反应性，使堆芯达到次临界。
如图1所示，是本发明数字化棒位控制系统一实施例的方框图。本实施例中，数字化棒位控制系统包括堆芯控制单元1、棒控驱动单元2和棒位处理及指示单元3。
其中，堆芯控制单元1根据主控制室发送的控制棒控制命令输出相应的棒位运行指令。棒控驱动单元2接受棒位运行指令并依据其控制控制棒驱动机构中钩爪的动作序列，从而实现控制棒沿轴向的相应移动。控制棒棒位发生变化，产生新的棒位。棒位处理及指示单元3测量控制棒的实际棒位信息，并将实际棒位信息经整形、编码后送至棒位处理柜和主控制室里的棒位显示设备；同时，将实测棒位信息与棒位运行指令进行比较，当控制棒滑步、失步或偶然落棒超过预定阈值时发送故障报警信号。
在堆芯控制单元1中，主要由冗余的棒位采集机柜采集信号，冗余的控制监测机柜通过对信号进行处理，产生棒位运行指令，从而实现手、自动提插控制棒和停堆棒，自动控制反应堆温度，自动控制反应堆功率以使之与二回路功率一致，以及实现棒位监测与失步校正功能，防止达到运行极限的技术报警，防止达到跳堆模式，同时实现控制仪控系统正确运行的监视功能。
在棒控驱动单元2中，依据棒位运行指令产生相应的移动时序信号，从而将依据移动时序信号控制可控硅整流电路输出电流的定值、波形和变化时序，进而控制控制棒的移动状态。其中，控制棒的移动状态包括棒位移动方向和棒位移动速度，且棒位移动方向包括控制棒提升、下插和保持三种方式。
当反应堆处于稳定运行时，由控制棒提升或控制棒下插来补偿堆芯的反应性快变化，使反应性处于动态平衡状态；当反应堆处于非稳定运行工况时，由控制棒提升或控制棒下插来控制在启动阶段把反应堆从零功率带到满功率、正常停堆阶段执行停堆或在事故工况下紧急停堆。在紧急停堆时，所有控制棒都必须在一定时间内下插落入堆芯，本实施例中，所有控制棒都必须在2.15s内下插落入堆芯。可见，通过控制核电站中控制棒提升或下插、以及控制棒提升或下插的速度即可对核电站中反应堆功率和温度进行控制，并且提高了棒位控制系统的可靠性和安全性。
在棒位处理及指示单元3中，实测棒位测量通道以棒束为基础，测量每束控制棒在堆芯的高度位置，给定棒位通道以子组为基础，记录每个子组的动作步数，由子组计数器显示控制棒在堆芯的高度位置。棒位处理及指示单元3通过监测控制棒在堆芯高度的位置，并监测控制棒和与其相关设备的的任何故障、以及这些状态的持久指示。同时，通过通讯网络向电站计算机和事故后监测系统系统传送所需要的棒位数据。
如图2所示，是本发明数字化棒位控制方法一实施例的流程图。本实施例中，数字化棒位控制方法包括下列步骤：
步骤S1：根据主控制室发送的控制棒控制命令输出相应的棒位运行指令；
步骤S2：依据棒位运行指令控制控制棒驱动机构中钩爪的动作序列，从而实现控制棒沿轴向的相应移动；此时，控制棒棒位发生变化，产生了新的棒位；
步骤S3：测量控制棒的实际棒位信息，并将其经整形、编码后送至棒位处理柜和主控制室里的棒位显示设备；同时，将实测棒位信息与棒位运行指令进行比较，当控制棒滑步、失步或偶然落棒超过预定阈值时发送故障报警信号。
在步骤S2中，依据棒位运行指令产生相应的移动时序信号，从而依据移动时序信号控制可控硅整流电路输出电流的定值、波形和变化时序，进而控制控制棒的移动状态。控制棒的移动状态包括棒位移动方向和棒位移动速度；棒位移动方向包括控制棒提升、下插和保持。
当反应堆处于稳定运行时，由控制棒提升或控制棒下插来补偿堆芯的反应性快变化，使反应性处于动态平衡状态；当反应堆处于非稳定运行工况时，由控制棒提升或控制棒下插来控制在启动阶段把反应堆从零功率带到满功率、正常停堆阶段执行停堆或在事故工况下紧急停堆。在紧急停堆时，所有控制棒都必须在一定时间内下插落入堆芯，如在2.15s内，所有控制棒都必须全部落入堆芯，抑制正反应性，使堆芯达到次临界。
如图3所示，是本发明数字化棒位控制系统一优选实施例的总体结构图。本实施例的数字化棒控系统的技术方案设计主要针对传统的模拟式的棒控系统的设计和设备选用面临的局限性、并根据CPR1000压水堆控制系统的特点而设计的。本数字化棒控系统采用设备冗余和功能分散等方法，利用数字系统的自诊断功能，实现了核电站中反应堆功率和温度的数字化控制，提高了棒位控制系统的可靠性和安全性。
堆芯控制单元1根据主控制室发送的控制棒控制命令输出相应的棒位运行指令。堆芯控制单元1主要由控制监测机柜其完成总的管理和协调，根据主控制室操纵员的操作选择控制棒并提供与控制棒驱动设备有关的联系。堆芯控制单元1包括2个冗余的棒位采集机柜、2个转换单元、2个棒位采集机柜、2个互为冗余的控制监测机柜、用于通信的网络设备和网关以及用于故障诊和系统维护的在线监测设备，其中2个转换单元分别由转换机柜构成。
棒控驱动单元2接受来自堆芯控制系统总线上的棒位移动命令，产生相应的移动时序信号，控制可控硅整流电路输出电流的定值、波形和变化时序，进而控制控制棒驱动机构钩爪的动作序列，实现控制棒沿轴向方向运行。棒控驱动单元2由电源柜构成，其根据控制监控柜发送的棒位运行指令，控制控制棒驱动机构中钩爪的动作序列。
棒位处理及指示单元3测量控制棒的实际棒位信息，并将实际棒位信息经整形、编码后送至棒位处理柜和主控制室里的棒位显示设备；同时，将实测棒位信息与棒位运行指令进行比较，当控制棒滑步、失步或偶然落棒超过预定阈值时发送故障报警信号。棒位处理及指示单元3由测量柜构成，测量柜向每台驱动机构的棒位采集机柜提供50Hz正弦波激磁电流，该电流经过闭环调节系统使激磁电流跟随棒位置的变化而使磁通量保持不变，从而实现棒位测量的准确性。并且，测量柜将实测棒位信息经整形、编码后送棒位处理柜和主控室里的棒位显示画面。同时，棒位处理及指示单元3将来自堆芯控制单元1的控制监控柜的棒位运行指令与实测棒位信息比较，当滑步、失步或偶然落棒超过预定阈值时发出故障报警信号，并通过通讯网络向电厂计算机和事故后监测系统传送所需要的棒位数据。
在堆跟机运行方式下，反应堆功率控制由功率控制系统(功率补偿棒组控制)和冷却剂平均温度控制系统(温度调节棒即R棒组控制系统)实现。功率控制系统的主要功能是根据二回路功率需求控制功率补偿棒的棒位，它的最终目标是使功率补偿棒的位置与功率需求对应。
以上仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种数字化棒位控制系统，其特征在于，包括：
堆芯控制单元，其根据主控制室发送的控制棒控制命令输出相应的棒位运行指令；
所述堆芯控制单元包括2个冗余的棒位采集机柜、2个转换单元、2个棒位采集机柜、2个互为冗余的控制监测机柜、用于通信的网络设备和网关以及用于故障诊断和系统维护的在线监测设备，其中2个转换单元分别由转换机柜构成；
棒控驱动单元，其接受所述棒位运行指令并依据其控制控制棒驱动机构中钩爪的动作序列，从而实现控制棒沿轴向的相应移动；
棒位处理及指示单元，其测量控制棒的实际棒位信息，并将所述实际棒位信息经整形、编码后送至棒位处理柜和主控制室里的棒位显示设备；同时，将所述实际棒位信息与所述棒位运行指令进行比较，当控制棒滑步、失步或偶然落棒超过预定阈值时发送故障报警信号；
其中，所述实际棒位信息是由实际棒位测量通道以棒束为基础，测量每束控制棒在堆芯的高度位置，给定棒位通道以子组为基础，记录每个子组的动作步数，由子组计数器显示控制棒在堆芯的高度位置。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，棒控驱动单元依据所述棒位运行指令产生相应的移动时序信号，从而依据所述移动时序信号控制可控硅整流电路输出电流的定值、波形和变化时序，进而控制控制棒的移动状态。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于， 所述控制棒的移动状态包括棒位移动方向和棒位移动速度；所述棒位移动方向包括控制棒提升、下插和保持。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，当反应堆处于稳定运行时，由控制棒提升或控制棒下插来补偿堆芯的反应性快变化，使反应性处于动态平衡状态；当反应堆处于非稳定运行工况时，由控制棒提升或控制棒下插来控制在启动阶段把反应堆从零功率带到满功率、正常停堆阶段执行停堆或在事故工况下紧急停堆。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，在所述紧急停堆时，所有控制棒都必须在一定时间内下插落入堆芯。
6.一种数字化棒位控制方法，其特征在于，包括下列步骤：
S1：堆芯控制单元根据主控制室发送的控制棒控制命令输出相应的棒位运行指令，堆芯控制单元包括2个冗余的棒位采集机柜、2个转换单元、2个棒位采集机柜、2个互为冗余的控制监测机柜、用于通信的网络设备和网关以及用于故障诊断和系统维护的在线监测设备，其中2个转换单元分别由转换机柜构成；
S2：依据所述棒位运行指令控制控制棒驱动机构中钩爪的动作序列，从而实现控制棒沿轴向的相应移动；
S3：测量控制棒的实际棒位信息，并将其经整形、编码后送至棒位处理柜和主控制室里的棒位显示设备；同时，将所述实际棒位信息与所述棒位运行指令进行比较，当控制棒滑步、失步或偶然落棒超过预定阈值时发送故障报警信号，其中，所述实际棒位信息的测量过程为实际棒位测量通道以棒束为基础，测量每束控制棒在堆芯的高度位置，给定棒位通道以子组为基础，记录每个子组的动作步数，由子组计数器显示控制棒在堆芯的高度位置。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，依据所述棒位运行指令产生相应的移动时序信号，从而依据所述移动时序信号控制可控硅整流电路输出电流的定值、波形和变化时序，进而控制控制棒的移动状态。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于， 所述控制棒的移动状态包括棒位移动方向和棒位移动速度；所述棒位移动方向包括控制棒提升、下插和保持。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，当反应堆处于稳定运行时，由控制棒提升或控制棒下插来补偿堆芯的反应性快变化，使反应性处于动态平衡状态；当反应堆处于非稳定运行工况时，由控制棒提升或控制棒下插来控制在启动阶段把反应堆从零功率带到满功率、正常停堆阶段执行停堆或在事故工况下紧急停堆。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，在所述紧急停堆时，所有控制棒都必须在一定时间内下插落入堆芯。
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