CN103871523A - 一种核电站控制棒棒位测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的棒位测量方法，原理是利用外加激励电源产生交变的磁场和电流，当控制棒丝杆在探测器内不同位置时，棒位探测器感抗发生变化，因此测量线圈激磁电流就发生变化，从而获取控制棒位置；并将测量线圈及其测量通道分成完全独立的两组进行处理，形成了冗余，当两组测量棒位均正常，则将两组信号合并产生该控制棒的全精度测量棒位信号；如果仅有一组棒位信号正常，则产生该控制棒的半精度测量棒位。因此本发明的棒位测量方法具有较高的可靠性和可用性。本发明的棒位测量方法既可用于在维持原棒位探测器结构的基础上对现有棒位测量方法进行改进，也适用于新的棒位探测器。

Description

一种核电站控制棒棒位测量方法
技术领域
本发明属于一种压水堆核电站测量方法，具体涉及一种核电站控制棒棒位测量方法——多线圈并联激磁电流测量法。
背景技术
棒束控制组件（RCCA）位于一回路高温高压环境中，对其位置的测量普遍利用电磁感应的原理进行。
目前，国内压水堆核电厂的棒位探测器主要包括初级线圈（也叫原边线圈）、测量线圈、辅助线圈三种线圈及线圈骨架、密封壳及外套管等部件。原边线圈为一长螺线管，沿整个行程绕制。测量线圈和辅助线圈都是次级线圈，与原边线圈共轴。原边线圈用于产生交变磁场；数个测量线圈用于测量控制棒在堆芯中的位置，形成棒位编码（GRAY码）；辅助线圈用于原边线圈电流调节。
上述结构的棒位探测器可以较好地测量控制棒在堆芯中的位置，但仍然存在着许多缺点：
1）结构复杂，包含了三种功能不同的线圈组件，即1个次级线圈、2个辅助线圈和31个测量线圈，而且对线圈相互之间的电气绝缘和信号隔离要求较高。
2）控制与监测电路复杂，次级线圈需要进行闭环调节；测量线圈之间的干扰较大，不便于棒位信号的处理，也不便于现场的调试和试验。
3）信号线较多，需要电缆的芯数较多，且需要电缆贯穿件的芯棒数也较多。每个棒位探测器的31个测量线圈即使用GRAY编码，也至少需要6根信号线，加上次级线圈、辅助线圈，总共至少需要10根信号线，另外还有接地线、屏蔽线等。
4）故障率较高，三种线圈中任一个线圈发生故障，或者任一棒位测量通道（包括次级线圈激磁电路、测量线圈信号处理电路等）发生故障，就会导致一根控制棒失去测量棒位，影响反应堆的运行，从而影响核电厂的经济性。
发明内容
本发明的目的是提供一种核电站控制棒棒位测量方法，它既可用于在维持原棒位探测器结构的基础上对现有棒位测量方法进行改进，也可用于新的棒位探测器，此测量方法利用新的测量原理和处理技术，提高棒位测量的精度，减少电缆数量，实现测量通道的冗余，提高棒位测量的可靠性和可用性。
本发明是这样实现的，一种核电站控制棒棒位测量方法，它包括如下步骤，
（1）采用棒位探测器的测量线圈进行测量，将测量线圈分为两个独立的线圈组——A组和B组，A组由奇数组线圈组成，B组由偶数组线圈组成，每组测量线圈的多个线圈并联；
（2）分别向A组和B组线圈施加交流恒压激磁，利用外加激励电源产生交变的磁场和电流，当控制棒丝杆在探测器内不同位置时，棒位探测器线圈阻抗发生变化，从而两组线圈的激磁电流IxA、IxB发生变化，通过测量该IxA、IxB两种电流确定控制棒在堆芯中的实际位置；
（3）将得到的两组线圈的激磁电流IxA、IxB通过独立的测量处理通道分别送到棒位信号处理设备，激磁电压一定的情况下，单组线圈棒位HA、HB与激磁电流值成反比，使用算式HA=-KIxA+B,HB=-KIxB+B计算出两组棒位值，其中斜率K与截距B均由实验得出；
（4）在两个线圈组均正常工作情况下，两组信号进行叠加，通过H=(HA+HB)/2可组合计算得到棒位值，此种情况下的测量精度为n步；若其中一种线圈出现故障，仍能利用正常工作的一组线圈进行测量，通过H=HA得到棒位值，此种情况下的测量精度为2n步。
本发明的优点是，测量方法原理简单，实现技术成熟，提高了棒位测量的精度，减少了电缆数量；并通过合理对测量线圈进行分组，实现了测量通道的冗余，提高了棒位测量的可靠性和可用性，提高了电厂的经济性。
附图说明
图1棒位高度与测量线圈电流的关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍：
一种核电站控制棒棒位测量方法，它包括如下步骤：
（1）采用棒位探测器的测量线圈进行测量，将测量线圈分为两个独立的线圈组——A组和B组，A组由奇数组线圈组成，B组由偶数组线圈组成，每组测量线圈的多个线圈并联。
（2）分别向A组和B组线圈施加交流恒压激磁，利用外加激励电源产生交变的磁场和电流，当控制棒丝杆在探测器内不同位置时，棒位探测器线圈阻抗发生变化，从而两组线圈的激磁电流IxA、IxB发生变化，通过测量该IxA、IxB两种电流就能确定控制棒在堆芯中的实际位置。
（3）将得到的两组线圈的激磁电流IxA、IxB通过独立的测量处理通道分别送到棒位信号处理设备。激磁电压一定的情况下，单组线圈棒位HA、HB与激磁电流值成反比。使用算式HA=-KIxA+B,HB=-KIxB+B即可由激磁电流值计算出两组棒位值。其中斜率K与截距B均由实验得出。
（4）在两个线圈组均正常工作情况下，两组信号进行叠加，通过H=(HA+HB)/2可组合计算得到棒位值，此种情况下的测量精度为n步；若其中一种线圈出现故障（通常为激磁电源故障或者线圈断路），仍能利用正常工作的一组线圈进行测量，通过H＝HA或H=HB得到棒位值，此种情况下的测量精度为2n步。
实施效果：
（1）与现有核电站的棒位探测器相比，在本发明中棒位探测器的结构和参数可不作任何改变，只需要改变原测量线圈的连接方式。
（2）利用本发明的棒位测量方法可简化棒位探测器的结构。
（3）本发明的棒位测量方法中的控制棒棒位高度与基于该棒位测量方法的棒位探测器测量线圈电流的关系是斜率为负的线性关系，即控制棒丝杆出于初始位置时电流最大，丝杆全伸入线圈位置时电流最小，其关系可由图1表示。
（4）与现有的棒位测量方法相比，本发明的方法将测量的对象由多组电压值简化为一组电流值，每个棒位探测器与棒位测量设备连接的电缆信号线芯数从10根减少为2根。
（5）本发明提出的棒位测量方法设置了冗余测量通道，可提高棒位测量的可靠性和可用性。首先在棒位探测器将测量线圈分为两个独立的线圈组——A组和B组，分别施加恒压激磁，则可得到两组线圈的激磁电流分别为IxA、IxB,两组信号通过独立的测量处理通道再送到棒位信号处理设备，将两组信号进行处理，计算得到控制棒的棒位。在两个线圈组均正常工作情况下，两组信号进行叠加，可得计算得到棒位值，此种情况下的测量精度为n步；若其中一种线圈出现故障（通常为激磁电源故障或者线圈断路），仍能利用正常工作的一组线圈进行测量，此种情况下的测量精度为2n步。
（6）本发明利用现有的棒位探测器在不改变其结构的情况下在实验室试验条件下作了大量试验。具体实施如下：
为便于记录，当控制棒棒位为0步时，调节激励电压，使激励电流为一整数值，例如2000mA。然后保持激励电压恒定，提升控制棒丝杆，测试控制棒丝杆处于不同位置时的激磁电流，激磁电流的不同，就确定了丝杆的不同位置。重新调节激励电压，改变0步位置时激磁电流值，保持激励电压，重复试验。给定棒位每间隔8步测量一个数据，直到上限32步。
其实验室条件下数据记录见附表1，数据分析曲线见附图1。
从附图1分析看出：除1步位置附近具有一定偏差，外丝杆从初始零位伸到上限位置所获得的激磁电流信号线性度具有很好的线性度。
试验证明该发明的棒位置测量方法可用于反应堆的棒位测量。
本发明的棒位测量方法，原理是利用外加激励电源产生交变的磁场和电流，当控制棒丝杆在探测器内不同位置时，棒位探测器感抗发生变化，因此测量线圈激磁电流就发生变化，从而获取控制棒位置；并将测量线圈及其测量通道分成完全独立的两组进行处理，形成了冗余，当两组测量棒位均正常，则将两组信号合并产生该控制棒的全精度测量棒位信号；如果仅有一组棒位信号正常，则产生该控制棒的半精度测量棒位。因此本发明的棒位测量方法具有较高的可靠性和可用性。本发明的棒位测量方法既可用于在维持原棒位探测器结构的基础上对现有棒位测量方法进行改进，也适用于新的棒位探测器。

Claims (1)

1.一种核电站控制棒棒位测量方法，其特征在于：它包括如下步骤，
（1）采用棒位探测器的测量线圈进行测量，将测量线圈分为两个独立的线圈组——A组和B组，A组由奇数组线圈组成，B组由偶数组线圈组成，每组测量线圈的多个线圈并联；
（2）分别向A组和B组线圈施加交流恒压激磁，利用外加激励电源产生交变的磁场和电流，当控制棒丝杆在探测器内不同位置时，棒位探测器线圈阻抗发生变化，从而两组线圈的激磁电流IxA、IxB发生变化，通过测量该IxA、IxB两种电流确定控制棒在堆芯中的实际位置；
（3）将得到的两组线圈的激磁电流IxA、IxB通过独立的测量处理通道分别送到棒位信号处理设备，激磁电压一定的情况下，单组线圈棒位HA、HB与激磁电流值成反比，使用算式HA=-KIxA+B,HB-KIxB+B计算出两组棒位值，其中斜率K与截距B均由实验得出；
（4）在两个线圈组均正常工作情况下，两组信号进行叠加，通过H=(HA+HB)/2可组合计算得到棒位值，此种情况下的测量精度为n步；若其中一种线圈出现故障，仍能利用正常工作的一组线圈进行测量，通过H=HA得到棒位值，此种情况下的测量精度为2n步。
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