CN103854708B

CN103854708B - 一种核电站用于驱动试验的棒控棒位系统

Info

Publication number: CN103854708B
Application number: CN201210499165.9A
Authority: CN
Inventors: 董威; 温小梅; 商静; 李恒; 王萍; 田亚杰; 董孝胜
Original assignee: China General Nuclear Power Corp; China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Current assignee: China General Nuclear Power Corp; China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2032-11-29
Also published as: CN103854708A

Abstract

本发明涉及一种核电站用于驱动试验的棒控棒位系统，包括棒位系统和棒控系统，其中所述棒控系统包括：控制处理装置和电源机柜；所述控制处理装置包括人机界面单元和逻辑处理单元，所述人机界面单元用于接收经所述棒位系统预处理的棒位信号进行显示，并接收输入的操纵员指令；所述逻辑处理单元用于根据所述操纵员指令和所述电源机柜的反馈信号生成移动信号发送给所述电源机柜驱动控制棒驱动机构移动。本发明提供的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统通过控制处理装置的人机界面单元与操纵员完成人机交互，实现对控制棒驱动机构的驱动试验，省去了传统核电站运行的系统的多余设备及附属功能，满足了试验经济性要求。

Description

一种核电站用于驱动试验的棒控棒位系统

技术领域

本发明涉及核电技术领域，更具体地说，涉及一种核电站用于驱动试验的棒控棒位系统。

背景技术

现有的核电站棒控棒位（RGL）系统如图1所示，包括棒位系统（RPI）10和棒控系统（RCS）20，其中，棒位系统10包括棒位处理单元（PPE）11和棒位测量单元（PME）12，其中，棒位测量单元12连接棒位探测器30，用于对棒位探测器30获取的反应堆控制棒（RCCA）的棒位信号进行整形、数字化后输出五位硬接线格雷码棒位数字信号给棒位处理单元11进行处理。棒位处理单元11然后送到外部系统90，如电站计算机信息与控制系统（KIC）和后备盘（BUP）进行显示。棒控系统20包括逻辑处理单元（CLE）212和电源机柜（PWE）22，其中逻辑处理单元212用于接收外部系统90，如核功率控制机柜（RCC）和KIC的信号，如需求棒位，并结合电源机柜22的反馈信号，通过处理后产生移动信号给电源机柜22来驱动控制棒驱动机构（CRDM）40移动，进而对反应堆控制棒执行插棒和提棒动作。逻辑处理单元212还会将需求棒位发送给棒位处理单元11。

然而，目前的核电站棒控和棒位（RGL）系统只能满足核电站运行的要求，例如其需要与外部系统90交互实现控制，且附属功能多等，系统组成较为复杂，不适于试验的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有核电站棒控棒位系统需与外部系统交互导致系统较为复杂的缺陷，提供一种核电站用于驱动试验的棒控棒位系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电站用于驱动试验的棒控棒位系统，包括棒位系统和棒控系统，所述棒控系统包括：控制处理装置和电源机柜；所述控制处理装置包括人机界面单元和逻辑处理单元，所述人机界面单元用于接收经所述棒位系统预处理的棒位信号进行显示，并接收输入的操纵员指令；所述逻辑处理单元用于根据所述操纵员指令和所述电源机柜的反馈信号生成移动信号发送给所述电源机柜驱动控制棒驱动机构移动。

在根据本发明所述的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统中，所述逻辑处理单元还用于将所述棒位信号和输入的操纵员指令的需求棒位进行比较，在存在偏差时通过所述人机界面单元发出报警信号。

在根据本发明所述的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统中，所述逻辑处理单元还根据输入的操纵员指令中的运行模式，生成对应模式的移动指令给所述电源机柜。

在根据本发明所述的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统中，所述运行模式包括步进模式、高度模式、移置模式、持续模式和试验模式。

在根据本发明所述的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统中，所述人机界面单元还用于接收操纵员输入的线圈电流值，所述逻辑处理单元接收输入的操纵员指令中包含的运行模式为试验模式时，发送移动信号给所述电源机柜单独通断所述控制棒驱动机构中的三个线圈并在线调节为对应电流值。

在根据本发明所述的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统中，所述人机界面单元具有供操纵员进行在线控制的在线状态和修改软件的离线状态。

在根据本发明所述的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统中，所述棒位系统包括：棒位测量单元和棒位处理单元，所述棒位测量单元连接棒位测量器，用于对棒位测量器获取的棒位信号进行整形、数字化后输出给所述棒位处理单元进行逻辑预处理。

在根据本发明所述的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统中，所述棒位系统由220V交流供电。

在根据本发明所述的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统中，所述控制处理装置为220V交流供电。

在根据本发明所述的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统中，所述电源机柜由220V交流和220V直流同时供电。

实施本发明的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统，具有以下有益效果：本发明提供的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统不再和其他的电站外部系统相联系，而是通过将人机界面单元和逻辑处理单元相整合形成控制处理装置，操纵员通过该控制处理装置便可以完成人机交互，实现对控制棒驱动机构的驱动试验，省去了传统核电站运行的系统的多余设备及附属功能，满足了试验经济性要求。并且进一步根据实验特殊要求，增加试验用的特殊功能。

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为现有技术中的核电站运行的棒控棒位系统的模块示意图；

图2为根据本发明优选实施例的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统的模块示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

请参阅图2，为根据本发明优选实施例的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统的模块示意图。如图2所示，本发明优选实施例提供的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统至少包括棒位系统10和棒控系统20。

其中，棒位系统10包括棒位处理单元11和棒位测量单元12，其中，棒位测量单元12连接棒位探测器30，用于对棒位探测器30获取的反应堆控制棒的棒位信号进行整形、数字化后输出数字信号，例如五位硬接线格雷码棒位信号给棒位处理单元11进行处理。棒位处理单元11对数字的棒位信号进行逻辑预处理。

本发明的棒控系统20包括控制处理装置和电源机柜22。其中控制处理装置进一步包括人机界面单元211和逻辑处理单元212。其中，人机界面单元211用于接收经棒位系统10预处理的棒位信号进行显示，并接收输入的操纵员指令。逻辑处理单元212的功能与传统棒控棒位系统的棒控系统中逻辑处理单元相同，其根据人机界面单元211接收的操纵员指令，以及电源机柜22的反馈信号生成移动信号发送给电源机柜22，电源机柜22再生成相应的电流信号给控制棒驱动机构40中的三个线圈，进而对反应堆控制棒执行插棒和提棒动作等。

本发明提供的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统由于不需要运用在实际的核电站现场，而是作为试验用，因此它不再和其他的电站外部系统相联系，比如核电站保护系统（RPS）/核功率控制机柜（RCC）等。因此，本发明通过将人机界面单元211和逻辑处理单元212相整合形成控制处理装置，操纵员通过该控制处理装置便可以完成人机交互，实现对控制棒驱动机构40的驱动试验。本发明的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统省去了传统核电站运行的系统的多余设备及附属功能，满足了试验经济性要求。

下面对本发明的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统的具体配置和功能进行介绍。

（一）棒位系统的主要接口包括：

a)220V交流电源接口，用于为棒控系统提供220V交流电。

b)棒位信号的传送接口，用于与控制处理装置相连接，用于将获取并进行预处理的棒位信号传送给控制处理装置。

棒控系统的主要接口包括：

a)控制处理装置的220V交流电源接口，用于为控制处理装置提供220V交流电。

b)电源机架的220V直流电源接口，用于为电源机架提供220V直流电，如核电站用于驱动控制棒驱动机构40的电源。而现有控制棒驱动机构40的驱动电源是260V交流电。

c)电源机架的220V交流电源接口，用于为电源机架提供220V交流电。

d)电源机架发送电流给控制棒驱动机构40的线圈的接口，控制棒驱动机构40包括三个线圈，分别为静止线圈SG、移动线圈MG和提升线圈LC。

e)电源机架和控制处理装置的数据通讯接口，用于将电源机架的反馈信号传输给控制处理装置，并将控制处理装置产生的移动信号传输给电源机架。

（二）棒控系统的功能

如上所述，控制处理装置可以通过逻辑处理单元212根据人机界面单元211接收的操纵员指令，以及电源机柜22的反馈信号生成移动信号发送给电源机柜22。

逻辑处理单元212还可以进行错误管理和I/O监测。逻辑处理单元212监测来自电源机架22或电源机架22的卡件的错误信号，错误重组，和I/O状态。比如电源机架22中的循环控制装置（cycler）故障，控制棒驱动机构40中的三个线圈SG/MG/LC机架故障，电源故障，非屏蔽故障，I/O状态等。操纵员可以通过人机界面单元211进行故障清除。

逻辑处理单元212还可以持续监测棒位系统采集的棒位。逻辑处理单元212将棒位探测器30获取的棒位信号和需求棒位进行比较，当存在偏差的时候，通过人机界面单元211给操纵员发出报警信号。

逻辑处理单元212的持续管理棒位包括：

a)计算步数，表示棒的高度。

b)基于棒位、棒位上下限值，产生互锁信号。

c)如果互锁信号产生，互锁或者停止任何产生运动的运行模式。

d)管理速度：速度精度在+/-2步/分钟。

在本发明提供的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统中，操纵员能够选择不同的运行模式。逻辑处理单元212还可以根据输入的操纵员指令中的运行模式，生成对应模式的移动指令给电源机柜22。这些运行模式包括步进模式、高度模式、移置模式、持续模式和试验模式。

a)步进模式/手动模式：步进模式表示单步提升和下插命令。

b)高度模式：控制棒以特定速度移动到特定的步数。

c)移置模式：提棒或者插棒特定的步数。

d)持续模式：在给定的时间或者步数内连续运行。

e)试验模式：单独通断控制棒驱动机构中的三个线圈并调节为对应电流值，该试验模式将在后续进行详细介绍。

在手动模式中，操纵员能够设定运行速度和方向。在高度模式中，操纵员能够设定移动的速度和步数。在移置模式中，操纵员能够设置移动的速度，方向和步数。

在持续模式中，操纵员给定需移动的总的步数。一旦开始，反应堆控制棒能够持续运动。比如，一旦开始，反应堆控制棒插入最低位，然后再提棒到最高位，如此反复，直到达到总的设定步数。操纵员也能够设定需运行的时间长度，人机界面单元211上可以显示已经移动的步数。如果试验中断，操纵员可以选择继续计数或者重新计数。无论在任何运行模式下，操纵员可以随时停止控制棒移动。

人机界面单元211除了进行试验的人机交互，还可以用于重新配置，修改和安装实时软件，修改电源机柜22的参数和控制棒驱动机构40的参数，比如运动速度和运行模式（从0到260步）。

因此，人机界面单元211可以完成两种功能。

a)第一种是在线功能。操纵员能够选择运行模式，修改参数，监测系统和CRDM状态，获取错误信息或清除，调整输出给CRDM的电流大小。

b)第二是离线功能，操纵员能够修改软件，重新配置软件和安装软件。

人机界面单元211提供打印功能，操纵员能够选择不同的试验结果并打印。人机界面单元211通过在控制盘台上或者卡件上实现的其他一些功能配件，操纵员能够通过这些功能配件调整控制棒驱动机构40的线圈的电流大小和时序，其中线圈LC为0~50A,线圈MG为0~10A,线圈SG为0~10A。

电源机柜22能够证实来自控制处理装置的移动信号的正确性，并产生控制棒驱动机构40的3个线圈的时序。

电源机柜22具有不同状态，电源机柜22可以转化220V直流电为移动或夹持反应堆控制棒的电流。对于电源机柜22来说，至少有7种状态：释放、夹持、双夹持、第一步提升、提升、插入和试验模式。除了试验模式外，其他状态和传统的核电站棒控棒位系统是一样的。

控制处理装置通过人机界面单元211接收选择的状态之后，电源机柜22将进入上述各种状态。

本发明考虑到与核电站运行的棒控棒位系统相比，试验用的棒控棒位系统需要满足一些特殊模式的功能，因此增加了试验模式。其中，逻辑处理单元212判断输入的操纵员指令中包含的运行模式为试验模式时，可以通过人机界面单元211接收操纵员输入的线圈电流值，并移动信号给电源机柜22，电源机柜22单独通、断控制棒驱动机构中的三个线圈，并调节为对应电流值。它意味着针对每个线圈的电流值，即线圈SG，MG和LC的电流值可以任意组合。操纵员可以通过人机界面单元211输入三个线圈的电流大小，例如通过旋转人机界面单元211的卡件上的旋钮，缓慢调整三个线圈的电流大小。电源机柜22还能够从夹持状态转到试验模式。一旦开始试验模式，禁止双夹持，也禁止电流监测。当电源机柜22进入试验模式时候，如果操纵员不发出移动的命令，三个线圈的电流将保持不变。

逻辑处理单元212的具体逻辑处理部分如下所述。

一旦输入的操纵员指令有效，逻辑处理单元212将通过电源机柜22对控制棒驱动机构40的线圈发出脉冲信号。该脉冲信号是针对运动方向而预先设置的时序。

当没有动作指令的时候，电源机柜22持续接通夹持线圈来保持控制棒驱动机构40的夹持，并确保电流的大小维持在限值内。如果电流不正常，电源机柜22将通过接通移动钩状线圈来产生双夹持，并且发出错误信号给相应控制逻辑，产生相应报警。

表格1是针对正常运行和监测功能而预先设定初始化参数，但是所有的参数可以在夹持状态下进行修改。当修改完参数后，反应堆控制棒能马上在新的参数下移动。其中，电流设定值的精度是±4%。

表格1

参数	线圈SG	线圈MG	线圈LC
				半电流	4.7A	4.7A	16A
全电流	8A	8A	41.6A
				t_ZC-FC	190ms	160ms	120ms

t_FC-ZC	85ms	80ms	80ms
				t_RC-FC	60ms	-	-
T_FC-RC	30ms	30ms	40ms
				t_RC-ZC	60ms	60ms	45ms
ZCmin	0.5A	0.5A	1A
				RCmin	3.7A	3A	10A
RCmax	5.75A	5.75A	20A
				FCmin	6.3A	6.3A	35A
FCmax	9A	9A	45A

控制棒驱动机构40的步进时序：每提棒或插棒一步，对于控制棒驱动机构40的线圈来说，都是一系列精确的时序。

每个线圈都有3个命令，每个命令对应于一个电流值。基于通断电的线圈指令的工作原理，运用于：线圈断电、在半电流时候得电以及在全电流时候得电。

每个线圈的提和插是按照下面时序执行。当t=0时候，线圈SG是半电流，MG和LC处于失电状态。

a)提棒时序

1.t0=0ms开始提棒时序

2.t1=6ms线圈SG全电流

3.t2=6ms线圈MG全电流

4.t3=135ms线圈SG失电

5.t4=234ms提升线圈全电流

6.t5=381ms线圈SG全电流

7.t6=435ms提升线圈半电流

8.t7=525ms线圈MG失电

9.t8=573ms提升线圈失电

10.t9=777ms线圈SG半电流

11.t10=798ms结束提棒时序

b)插棒时序

1.t0=0ms开始插棒时序

2.t1=3ms线圈SG全电流

3.t2=27ms提升线圈全电流

4.t3=186ms线圈MG全电流

5.t4=210ms提升线圈半电流

6.t5=267ms线圈SG失电

7.t6=378ms提升线圈失电

8.t7=570ms线圈SG全电流

9.t8=708ms线圈MG失电

10.t9=777ms线圈SG半电流

11.t10=798ms结束插棒时序

c)第一步（仅第一步）时序

1.t0=0ms开始提棒时序

2.t1=6ms线圈MG全电流

3.t2=234ms提升线圈全电流

4.t3=381ms线圈SG全电流

5.t4=435ms提升线圈半电流

6.t5=525ms线圈MG失电

7.t6=573ms提升线圈失电

8.t7=777ms线圈SG半电流

9.t8=798ms结束提棒时序

注意：仅在步进计数器在0的时候，执行该时序。在前两步提升棒的时候，将禁止监测线圈电流。

本发明可以识别电源机柜22的故障，例如，内部逻辑故障、控制逻辑信息解释错误、每个线圈的电流调节系统引起的故障。

对于因为每个线圈的电流调节系统引起的故障，该故障会造成意外掉棒。可以通过线圈SG和线圈MG的双夹持来缓解掉棒，闭锁在提、插时序中产生的故障。所有故障将传递到控制处理装置的逻辑处理单元212中，而人机界面单元211具有综合故障管理功能。考虑到以后查找故障原因，当发生故障时候，逻辑处理单元212具有总体状态、错误和重要控制变量存储的功能。而人机界面单元211具有故障清除的功能。

逻辑处理单元212中还具有步损计数器，是指在任何运动方向下总的步数。该计数器不能清零，由7位数字表示。

逻辑处理单元212可以持续测量每个线圈的电压和电流和时序，每个线圈的电流能够在前述的最小和最大电流值间调节。

本发明还会将控制棒驱动机构40的线圈的电流和预先设定的电流值相比较。表格1的电流值是初步定值，最终定值在详细设计时确定。

理论上，线圈MG没有半电流，但是故障后的双夹持，为了防止过热，MG和SG先输出300ms的8A全电流，然后输出4.7A半电流。

控制棒驱动机构40的线圈的电流变化情况如下：

在夹持模式下进行监测，线圈电流小于线圈SG半电流的最大设定值，但是大于最小设定值。在周期中，监测电流保证在电流（零，半或全电流）设定值的范围内。监测确保输出的最小全电流大于最小设定值，最大零电流小于最大设定值，半电流在最小设定值和最大设定值之间。可以监测电流大小，变化的电流值的电流监测时间如表格1。

在提棒和插棒时序中，线圈SG和线圈MG交替得电，来确保夹持功能。监测确保SG和MG的电流至少有一个大于阈值。监测只发生在线圈收到全电流命令后，定值是5.5A。

本发明在棒移动或夹持状态下还可以进行电源监测，例如探测是否失去220V的直流电源，并终止提插棒。

本发明所有的监测活动将产生错误信号，错误信号将会被清楚显示，闭锁电源机柜并送到控制处理装置进行处理。

（三）棒位系统的主要功能

棒位系统10可与棒位探测器连接，可以测量线圈电流，获取棒位信号，经过预处理后送给棒控系统20。本发明还可以在棒位系统10中增设显示模块，用于显示测量的棒位结果。此外，本发明的系统中棒位探测器比在运核电站的棒位探测器长。

本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合或材料，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims

1.一种核电站用于驱动试验的棒控棒位系统，包括棒位系统和棒控系统，其特征在于，所述棒控系统包括：控制处理装置和电源机柜；

所述控制处理装置包括人机界面单元和逻辑处理单元，所述人机界面单元用于接收经所述棒位系统预处理的棒位信号进行显示，并接收输入的操纵员指令；所述逻辑处理单元用于根据所述操纵员指令和所述电源机柜的反馈信号生成移动信号发送给所述电源机柜驱动控制棒驱动机构移动；

所述棒位系统包括：棒位测量单元和棒位处理单元，所述棒位测量单元连接棒位测量器，用于对棒位测量器获取的棒位信号进行整形、数字化后输出给所述棒位处理单元进行逻辑预处理；

所述棒位系统和棒控系统独立于核电站外部系统设置，基于所述控制处理装置进行人机交互，实现对控制棒驱动机构的驱动试验。

2.根据权利要求1所述的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统，其特征在于，所述逻辑处理单元还用于将所述棒位信号和输入的操纵员指令的需求棒位进行比较，在存在偏差时通过所述人机界面单元发出报警信号。

3.根据权利要求1所述的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统，其特征在于，所述逻辑处理单元还根据输入的操纵员指令中的运行模式，生成对应模式的移动指令给所述电源机柜；

所述运行模式包括步进模式、高度模式、移置模式、持续模式和试验模式。

4.根据权利要求3所述的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统，其特征在于，所述人机界面单元还用于接收操纵员输入的线圈电流值，所述逻辑处理单元接收输入的操纵员指令中包含的运行模式为试验模式时，发送移动信号给所述电源机柜单独通断所述控制棒驱动机构中的三个线圈并在线调节为对应电流值。

5.根据权利要求1所述的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统，其特征在于，所述人机界面单元具有供操纵员进行在线控制的在线状态和修改软件的离线状态。

6.根据权利要求1所述的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统，其特征在于，所述棒位系统由220V交流供电。

7.根据权利要求1所述的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统，其特征在于，所述控制处理装置为220V交流供电。

8.根据权利要求1所述的核电站用于驱动试验的棒控棒位系统，其特征在于，所述电源机柜由220V交流和220V直流同时供电。