CN104616705A - 反应堆控制棒控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明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。

Description

反应堆控制棒控制系统
技术领域
本发明涉及一种核电领域，尤其涉及反应堆控制棒控制。
背景技术
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。
发明内容
本发明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，本发明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，本发明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。该方案使得本发明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以驱动所述电磁线圈动作。
具体地，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。本发明采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为电流控制元件，使得电流转换电路结构简单、提高了电路的可靠性，而且电流上升、下降时间短，电流纹波小，系统发热量少。
具体地，所述电流转换模块还包括电流检测电路和显示模块，所述定值电路还判断所述线圈控制信号是否正常并在所述线圈控制信号异常时输出定值故障信息，所述定值电路还将所述线圈控制信号中的电流定值信号输送至电流检测电路，所述电流检测电路分别与所述电流传感器和所述定值电路相连以接收所述电流信号和所述电流定值信号，且所述电流检测电路依据所述电流定值信号判断所述电磁线圈的预定工作状态，依据所述电流信号判断所述电磁线圈的实际工作状态，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，从而输出相应的状态信息，所述状态信息包括所述预定工作状态、实际工作状态和电流故障信息；所述显示模块分别与所述定值电路和电流检测电路相连并显示所述状态信息和定值故障信息。
更具体地，所述电流检测电路获取所述状态信息的方法为：所述电流检测电路依据所述电流定值信号判断所述电磁线圈的预定工作状态并调用对应的预设阈值和预设延迟时间，并在当前预定工作状态和前一预定工作状态不同时依据调用的预设延迟时间生成跳转状态信息，所述跳转状态信息为判断所述电流信号处于跳转状态的信息；所述电流检测电路依据所述电流信号判断所述电磁线圈的实际工作状态，且所述电流检测电路在电流信号未处于跳转状态时将所述电流信号与预设阈值进行比较，并在所述电流信号超出预设阈值范围时生成电流故障信息；所述电流检测电路在电流信号处于跳转状态时延迟预设时间后将所述电流信号与预设阈值进行比较，并在所述电流信号超出预设阈值范围时生成电流故障信息；所述状态信息还包括所述跳转状态信息；与电磁线圈相关联的每组参数均包括所述预设阈值和所述延迟预设时间。
更具体地，所述显示模块依据所述电流故障信息和定值故障信息锁定显示状态，所述反应堆控制棒控制系统还包括故障清除按钮，所述故障清除按钮输出故障清除命令，所述显示模块依据所述故障清除命令解除显示状态的锁定。
具体地，所述显示模块还包括测试接口和通讯接口，所述测试接口用于测试所述电磁线圈的实际电流值，所述通讯接口用于外接控制终端设备以在线调节控制参数。
较佳地，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，并依据所述故障报警信号的类型产生包含双保持命令的线圈控制信号，所述电流转换模块依据所述包含双保持命令的线圈控制信号控制电磁线圈中的移动线圈和保持线圈处于双保持状态。
较佳地，所述反应堆控制棒控制系统还包括安装柜，所述安装柜上设有安装架和设于所述安装架上的插拔接口，所述反应堆控制棒控制系统内各个模块以模块化的结构分别安装于所述安装架上并与对应的插拔接口对接，所述插拔接口用于连接所述反应堆控制棒控制系统内各个模块，且所述电流转换模块对应的插拔接口还连接所述电磁线圈并识别所述电磁线圈类型，依据所述电磁线圈类型调用相应的控制程序和控制参数。该方案使得本发明实现了模块化设计，某一模块故障时，可直接带电插拔故障模块进行在线更换，便于维修。
较佳地，所述电源模块包括动力电源模块和控制电源模块，所述动力电源模块将260V交流电通过三相半波整流转换为220V的直流电，并与所述电流转换模块相连以向电流转换模块提供动力电源(如果核电站直接提供220V直流动力电，所述动力电源模块可以去掉三相半波整流电路，仅保留滤波电路；或者直接去掉动力电源模块，由所述核电站220V直流动力电直接与所述电流转换模块相连)；所述控制电源模块将220V交流电转换为24V直流电，并与所述电流转换模块和控制模块相连以向所述电流转换模块和控制模块提供控制电源。该方案使得本发明适用范围广，可针对不同核电站使用不同等级的动力电源。
附图说明
图1是本发明所述电流转换模块的结构框图。
图2是本发明所述电流驱动电路的电路图。
图3是本发明所述反应堆控制棒控制系统的结构框图。
图4是本发明所述电流检测电路检测原理图。
图5是本发明所述显示模块的结构示意图。
图6是本发明所述反应堆控制棒控制系统的布局图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
本发明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动作，所述控制棒驱动机构包括数个线圈组件和对应的驱动杆组件(图中未示)，参考图1和图3，每一所述线圈组件包括三个电磁线圈(CRDM线圈)200，三个所述电磁线圈200按类型分为提升线圈201、移动线圈202和保持线圈203。所述线圈组件与所述驱动杆组件相连，并依据电磁线圈200的动作控制驱动杆组件动作，从而控制对应的控制棒进行相应的提升、下插或保持。
参考图1和图3，所述反应堆控制棒控制系统100包括控制模块11、与数个所述电磁线圈200对应的数个电流转换模块12、对所述电流转换模块12供电的电源模块，每一电流转换模块12对应连接一所述电磁线圈200，所述控制模块11分别与数个所述电流转换模块12相连并分别向数个所述电流转换模块12输出相应的线圈控制信号UC，所述电流转换模块12将所述线圈控制信号UC转换为相应的驱动电流IO，并依据所述驱动电流IO控制对应的电磁线圈200动作，所述电源模块对所述控制模块11和电流转换模块12供电。与现有技术相比，本发明每一电流转换模块12对应控制一电磁线圈200，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；且本发明在任一电流转换模块12故障时，只需换掉故障的电流转换模块12即可，可维护性高。
较佳者，所述电流转换模块12采用标准化设计，每一电流转换模块12均包含分别与提升线圈201、移动线圈202和保持线圈203的每种相关联的三组参数，所述电流转换模块12通过插拔接口自动识别与所述电流转换模块12相连接的电磁线圈201、202、203类型，并根据所述电磁线圈类型201、202、203自动选择相应的参数组。该方案使三种电磁线圈均可使用相同的电流转换模块12，通用性高、适用范围广，进一步提高可维护性。
其中，参考图3，所述电源模块包括动力电源模块151和控制电源模块152，所述动力电源模块151将260V交流电通过三相半波整流转换为220V的直流电，并与所述电流转换模块12相连以向电流转换模块12提供动力电源；所述控制电源模块152将220V交流电转换为24V直流电，并与所述电流转换模块12和控制模块11相连以向所述电流转换模块12和控制模块11提供控制电源。
较佳者，继续参考图1，所述电流转换模块12包括定值电路21、调节电路22、电流传感器24和电流驱动电路23。所述定值电路21接收所述控制模块11输出的线圈控制信号UC，所述定值电路21将所述线圈控制信号UC处理并转换为对应的电平信号Ud。所述电流传感器24采集所述电磁线圈200的电流以生成电流信号If，所述调节电路22接收所述电平信号Ud和所述电流信号If，并对所述电平信号Ud和电流信号If进行差分放大处理以产生方波驱动信号Un，所述电流驱动电路23依据所述方波驱动信号Un生成所述驱动电流Io，所述驱动电流Io驱动所述电磁线圈200激磁和去磁，使得控制棒驱动机构(CRDM)动作带动控制棒动作。其中，在本实施例中，所述电流传感器24有两个。
其中，所述定值电路21包括数字电位器，本发明通过数字电位器调节所述定值电路输出的电平信号Ud，从而对所述驱动电流进行调节，避免了机械电位器氧化漂移、精度低、误操作等问题，实现了数字化控制。
参考图2，所述电流驱动电路23包括第一绝缘栅双极型晶体管VT1和第二绝缘栅双极型晶体管VT2，所述第一绝缘栅双极型晶体管VT1和第二绝缘栅双极型晶体管VT2的栅极分别接所述方波驱动信号Un(G1-S1、G2-S2)，所述第一绝缘栅双极型晶体管VT1的集电极接一直流电正极，所述第二绝缘栅双极型晶体管VT2的发射级接所述直流电的负极，所述电磁线圈CRDM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。本发明采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为电流控制元件，使得电流转换电路结构简化、提高了电路的可靠性，而且电流上升、下降时间短，电流纹波小，系统发热量少。其中，本实施例中，所述直流电由动力电源模块151提供。
较佳者，所述电流驱动电路23还包括滤波电容C3、第一二极管VD1、第二二极管VD2，所述滤波电容C3接于三相直流电的正极和所述第二绝缘栅双极型晶体管VT2的发射极之间，所述第一二极管VD1和第二二极管VD2均为快恢复二极管。较佳者，所述电流驱动电路23还包括保护电路，所述保护电路包括相互串联的第一电阻R1和第一电容C1、相互串联接的第二电阻R2和第二电容C2，所述第一电阻R1和第一电容C1串接于第一绝缘栅双极型晶体管VT1的集电极和发射极之间，避免第一绝缘栅双极型晶体管VT1的集电极和发射极之间的电压由某种原因而快速升高，所述第二电阻R2和第二电容C2串接于第二绝缘栅双极型晶体管VT2的集电极和发射极之间，避免第二绝缘栅双极型晶体管VT2的集电极和发射极之间的电压由某种原因而快速升高。
较佳者，继续参考图1，所述电流转换模块12还包括电流检测电路25和显示模块26，所述定值电路21还判断所述线圈控制信号UC是否正常并在所述线圈控制信号UC异常时输出定值故障信息Sw(例如同时出现2个电流定值信号、3个电流定值信号或者无电流定值信号等等)，所述定值电路21还将所述线圈控制信号UC中的电流定值信号输送至电流检测电路25内，所述电流检测电路25分别与所述电流传感器24和定值电路21相连以接收所述电流信号If和所述电流定值信号，且所述电流检测电路25依据所述电流定值信号判断所述电磁线圈200的预定工作状态，依据所述电流信号If判断所述电磁线圈200的实际工作状态，依据所述预定工作状态和电流信号If判断所述电流信号是否故障以生成电流故障信息，输出相应的状态信息Sv，所述状态信息Sv包括预定工作状态、实际工作状态和电流故障信息，所述显示模块26分别与所述定值电路21和电流检测电路25相连，并显示所述状态信息Sv和定值故障信息Sw。
较佳者，所述电流检测电路25获取所述状态信息Sv的方法为：所述电流检测电路25依据所述电流定值信号判断所述电磁线圈200的预定工作状态并调用对应的预设阈值和预设延迟时间，并在当前预定工作状态和前一预定工作状态不同时依据调用的预设延迟时间生成跳转状态信息，所述跳转状态信息为判断所述电流信号处于跳转状态的信息，与电磁线圈相关联的每组参数均包括所述预设阈值和所述延迟预设时间。所述电流检测电路25依据所述电流信号If判断所述电磁线圈200的实际工作状态，在电流信号If处于稳定状态时(未处于跳转状态时)，将所述电流信号If与预设阈值进行比较并在所述电流信号If超出预设阈值范围时生成电流故障信息，在电流信号If处于跳转状态时延迟预设时间后将所述电流信号If与预设阈值进行比较并在所述电流信号If超出预设阈值范围时生成电流故障信息，所述状态信息Sv还包括跳转状态信息。其中，所述电流检测电路25判断当前预定工作状态和前一预定工作状态是否相同时，可以依据电流定值信号进行判断：比较当前的电流定值信号和前一电流定值信号是否相同，也可以依据预定工作状态进行判断：比较当前的预定工作状态和前一预定工作状态是否相同。电流信号If处于稳定状态(非跳转状态)/跳转状态并非指电流信号If实际处于稳定状态/跳转状态，而是指预计电流信号If处于稳定状态/跳转状态，电流信号If处于稳定状态/跳转状态是依据跳转状态信息判断的，在未生成跳转状态信息时判断所述电流信号If处于稳定状态，生成跳转状态信息时判断所述电流信号If处于跳转状态。
其中，电流定值信号代表控制电磁线圈200的电流信号If处于某一状态(例如“全电流”、“半电流”或“零电流”)的信号，故所述电流检测电路25可依据电流定值信号判断电磁线圈200的预定工作状态，预定工作状态为控制电磁线圈200所要达到的工作状态，包括“全电流”状态、“半电流”状态和“零电流”状态。参考图5，所述显示模块26显示电磁线圈的预定工作状态：所述显示模块26上设有“全电流”、“半电流”、“零电流”三个指示灯，分别指示电磁线圈的预定工作状态处于“全电流”状态、“半电流”状态还是“零电流”状态。当电流定值信号控制电流信号If在“全电流”、“半电流”和“零电流”中任一两状态之间转变时(例如电流定值信号控制预定工作状态从“全电流”状态转换为“半电流”状态的这一转变)，所述电流检测电路25调用对应的延迟预设时间，判断电流信号If在延迟预设时间内处于跳转状态，故在跳转的起始时间直至延迟预设时间内生成跳转状态信息。参考图5，所述显示模块26上包括代表电流信号If处于跳转状态的“定值变化”指示灯，例如当电流定值信号控制电流信号If进行跳转时，所述电流检测电路25在预定的转换时间内生成跳转状态信息，显示模块26依据跳转状态信息控制“定值变化”指示灯亮。
其中，电磁线圈200的实际工作状态为电磁线圈200的电流信号If实际大小所在区域，参考图5，所述显示模块26依据状态信息Sv中的实际工作状态和电流故障信息显示所述电磁线圈200的实际工作情况，为了便于操作人员准确了解电磁线圈200的实际工作状态，故所述显示模块26上包括“全电流大”、“全电流小”、“半电流大”、“半电流小”、“零电流大”、“插接正常”6个代表电流信号If实际大小的指示灯，代表电流信号If超出预设阈值范围的“电流故障”指示灯。例如当电流信号If达到显示模块26上“全电流大”(超出对应阈值FCmax)、“全电流小”(超出对应阈值FCmin)、“半电流大”(超出对应阈值RCmax)、“半电流小”(超出对应阈值RCmin)、“零电流大”(超出对应阈值ZCmax)、“插接正常”(超出对应阈值ZCmin)相应的预设阀值时，相应指示灯亮，未到达相应预设阀值时相应的指示灯灭,以显示所述电磁线圈200的实际电流大小；当电流信号If超出预设阈值范围时，显示模块26上的“电流故障”指示灯亮。
较佳者，所述显示模块26还依据所述电流故障信息锁定显示状态，例如当电流检测电路25判断电流信号If超出预设阈值范围时，“电流故障”指示灯亮，并且“全电流大”、“全电流小”、“半电流大”、“半电流小”、“零电流大”、“插接正常”、“定值变化”7个指示灯的状态被锁定，以便维修人员确认哪个阶段的电流发生故障以及该故障是发生在电流跳转期间还是电流稳定期间。所述反应堆控制棒控制系统100还包括故障清除按钮(图中未示)，所述故障清除按钮输出故障清除命令，所述显示模块26依据所述故障清除命令解除显示状态的锁定，当然，解除报警状态的前提是所述电流故障信息已消失，当所述电流故障信息未消失时，所述显示模块26依然依据所述电流故障信息锁定显示状态。
继续参考图5，所述显示模块26还显示所述定值故障信息Sw：所述显示模块26上设有“定值故障”指示灯，从而依据所述定值故障信息Sw指示定值故障。
较佳者，所述显示模块26还依据所述定值故障信息Sw锁定显示状态，所述反应堆控制棒控制系统100还包括故障清除按钮(图中未示)，所述故障清除按钮输出故障清除命令，所述显示模块26依据所述故障清除命令解除显示状态的锁定，当然，解除报警状态的前提是所述定值故障信息Sw已消失，当所述定值故障信息Sw未消失时，所述显示模块26依然依据所述定值故障信息Sw锁定显示状态。
继续参考图5，所述显示模块26还设有“内部故障”、“熔丝烧断”、“双重保持”指示灯，“内部故障”指示灯用来指示所述电流转换模块12的内部硬件故障；“熔丝烧断”指示灯用来指示所述电磁线圈200的动力保险是否烧断；“双重保持”指示灯用来指示所示电磁线圈200是否处于双保持状态(即移动钩爪和保持钩爪同时抓住了驱动杆，防止控制棒掉棒)。
继续参考图5，所述显示模块26上还设有“波形”检测孔，所述“波形”检测孔与电磁线圈200的两端相连，可测量所述电磁线圈200的实际电流值。所述显示模块26上还设有“通讯接口”，所述“通讯接口”与电流转换模块12相连，所述“通讯接口”可通过外接的控制终端设备以在线修改控制参数。所述控制参数包括所述电流转换模块12中的数字电位器的参数和所述电磁线圈200相关联的参数组，从而调节所述定值电路21输出的电平信号Ud和修改所述电磁线圈200相关联的参数组(如所述电流检测电路25的预设阈值和延迟预设时间)
参考图4和图5，电磁线圈的控制状态举例说明所述电流检测电路25和显示模块26的工作过程：
当电流信号If处于全电流稳定状态时：例如，所述电流检测电路25依据电流定值信号获得的预定工作状态为FC(“全电流”状态)，显示模块26依据所述预定工作状态控制“全电流”指示灯亮。所述电流检测电路25依据电流定值信号或预定工作状态调用预设阈值和预设延迟时间，由于当前电流定值信号和前一电流定值信号对应的预定工作状态均为FC，调用全电流(FC)的预设阈值FCmax和FCmin，当前预定工作状态和前一预定工作状态相同，故不产生跳转状态信息，电流信号If处于稳定状态(未跳转状态)，显示模块26“定值变化”指示灯灭，所述电流检测电路25将电流信号If与预设阈值FCmax和FCmin进行比较，在电流信号If超出预设阈值范围时生成电流故障信息，假设此时电流信号If处于预设阈值FCmax和FCmin之间，即电流信号If处于预设阈值范围内，所述电流检测电路25不生成电流故障信息，显示模块26的“电流故障”指示灯灭，由于电流信号超出了预设阈值FCmin且未超出预设阈值FCmax，故显示模块26的“全电流小”、“半电流大”、“半电流小”、“零电流大”、“插接正常”指示灯亮，“全电流大”指示灯灭。
当电流信号If处于跳转状态时(包括从ZC-FC、从ZC-RC、从RC-FC、从FC-RC、从FC-ZC、从RC-ZC六种跳转状态)，例如当电流信号If处于RC-FC跳转状态(如图4中A部分所示)，所述电流检测电路25依据电流定值信号获得当前的预定工作状态为FC(“全电流”状态)，显示模块26依据所述预定工作状态控制“全电流”指示灯亮。所述电流检测电路25依据电流定值信号或预定工作状态调用预设阈值和预设延迟时间：由于当前的预定工作状态为FC，前一预定工作状态为RC，故调用的预设阈值为FCmax和FCmin，调用的预定延迟时间为tRC-FC，当前的预定工作状态和前一预定工作状态有变动，所述电流检测电路25还在预定延迟时间tRC-FC内生成跳转状态信息，显示模块26依据所述跳转状态信息控制“定值变化”指示灯亮，所述电流检测电路25经过预定延迟时间tRC-FC后将电流信号If与预设阈值FCmax和FCmin进行比较，在电流信号If超出预设阈值范围时生成电流故障信息，假设电流信号If此时低于FCmin，电流检测电路25生成电流故障信息，显示模块26依据所述电流故障信息控制“电流故障”指示灯亮，由于电流信号If处于预设阈值RCmax和FCmin之间，故表示实际工作状态的“半电流大”、“半电流小”、“零电流大”、“插接正常”指示灯亮，“全电流大”、“全电流小”指示灯灭。
与RC-FC跳转状态相似，对于FC-ZC跳转状态(如图4中B部分所示)，所述电流检测电路25依据电流定值信号判断预定工作状态为ZC，前一预定工作状态为FC，调用零电流(ZC)的预设阈值ZCmax和ZCmin、预定延迟时间tFC-ZC，在预定延迟时间tFC-ZC内生成跳转状态信息，经过预定延迟时间tFC-ZC后将电流信号If与预设阈值ZCmax进行比较，在电流信号If超出预设阈值范围时生成电流故障信息；对于FC-RC跳转状态(如图4中D部分所示)，所述电流检测电路25依据电流定值信号判断预定工作状态为RC，前一预定工作状态为FC，调用半电流(RC)的预设阈值RCmax和RCmin、预定延迟时间tFC-RC，在预定延迟时间tFC-RC内生成跳转状态信息，经过预定延迟时间tFC-RC后将电流信号If与预设阈值RCmax和RCmin进行比较，在电流信号If超出预设阈值范围时生成电流故障信息；对于RC-ZC跳转状态(如图4中E部分所示)，所述电流检测电路25依据电流定值信号判断预定工作状态为ZC，前一预定工作状态为RC，调用零电流(ZC)的预设阈值ZCmax和ZCmin、预定延迟时间tRC-ZC，在预定延迟时间tRC-ZC内生成跳转状态信息，经过预定延迟时间tRC-ZC后将电流信号If与预设阈值ZCmax进行比较，在电流信号If超出预设阈值范围时生成电流故障信息；对于ZC-RC跳转状态(如图4中F部分所示)，所述电流检测电路25依据电流定值信号判断预定工作状态为RC，前一预定工作状态为ZC，调用半电流(RC)的预设阈值RCmax和RCmin、预定延迟时间tZC-RC，在预定延迟时间tZC-RC内生成跳转状态信息，经过预定延迟时间tZC-RC后将电流信号If与预设阈值RCmax和RCmin进行比较，在电流信号If超出预设阈值范围时生成电流故障信息。监视原理对所有电磁线圈200都相同。
当处于ZC-FC跳转状态时，如图4中C部分所示，所述电流检测电路25依据电流定值信号判断预定工作状态为FC，前一预定工作状态为ZC，调用半电流(RC)的预设阈值RCmax、全电流(FC)的预设阈值FCmax和FCmin、第一预定延迟时间tZC-FC-1和第二预定延迟时间tZC-FC-2，在第二预定延迟时间tZC-FC-2内生成跳转状态信息，所述电流检测电路25经过第一预定延迟时间tZC-FC-1后，将电流信号If与预设阀值RCmax进行比较，在电流信号If未达到预设阀值RCmax(超出预设阈值范围)时生成电流故障信息，经过第二预定延迟时间tZC-FC-2后，将电流信号If与预设阀值FCmax和FCmin进行比较，在电流信号If不处于预设阀值FCmax和FCmin之间(超出预设阈值范围)时生成电流故障信息。
较佳者，继续参考图1，所述反应堆控制棒控制系统还包括操作显示模14，所述操作显示模块14用于输入外部的操作命令以及显示系统状态信息Sm和故障报警信号，所述控制模块11还接所述操作显示模块14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11获取系统状态信息Sm并依据所述系统状态信息Sm生成故障报警信号，且向所述操作显示模块14发送系统状态信息Sm和故障报警信号。其中，在本实施例中，所述系统状态信息Sm包括电磁线圈200的状态信息Sv、定值故障信息Sw，以及反应堆控制棒控制系统的其他故障信息，例如所述电源模块(151、152)产生并输出的故障信息和所述控制模块11自身产生的故障信息，所述控制模块11分别与所述电源模块(151、152)、定值电路21、电流检测电路25相连以接收所述状态信息Sv、定值故障信息Sw和所述电源模块(151、152)产生并输出的故障信息。
继续参考图1，所述控制模块11的输入端接逻辑柜301以接收所述逻辑柜301的控制棒控制命令，并依据所述逻辑柜301的控制命令生成所述线圈控制信号，同时所述控制模块11向所述逻辑柜301发送控制棒控制系统的系统状态信息Sm和故障报警信号。其中，逻辑柜301是控制模块11的上位机，用于对控制模块11提供相应的控制棒控制命令，以及监控、分析、处理控制棒控制系统的系统状态信息Sm和故障报警信号。
较佳者，所述控制模块11还依据所述故障报警信号的类型产生包含双保持命令的线圈控制信号Uc，所述电流转换模块12依据所述包含双保持命令的线圈控制信号Uc控制电磁线圈200中的移动线圈202和保持线圈203处于双保持状态。此时，所述显示模块26依据所述双保持命令控制“双重保持”指示灯亮。
较佳者，所述控制模块11的输入端还接反应堆保护系统302以接收所述反应堆保护系统302以接收所述反应堆保护系统302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UC，依据所述停堆信号对应的线圈控制信号UC控制相应的电磁线圈200动作以触发控制棒落棒。
较佳者，参考图6，所述反应堆控制棒控制系统100还包括安装柜31，所述安装柜31上设有安装架和设于所述安装架上的插拔接口，所述反应堆控制棒控制系统100内各个模块以模块化的结构分别安装于所述安装架上并与对应的插拔接口对接，所述插拔接口用于连接所述反应堆控制棒控制系统内各个模块，且所述电流转换模块12对应的插拔接口还连接所述电磁线圈200并识别所述电磁线圈200类型，依据所述电磁线圈200类型调用相应的控制程序(例如依据保持线圈命令控制保持线圈203动作)和控制参数(例如对应电磁线圈工作状态的具体电平信号的大小、预设比较阈值和预定延迟时间等的大小等等)。其中，在本实施例中，所述控制模块11安装于安装柜31内并位于所述操作显示模块14后面。
较佳者，参考图6，所述安装柜31上还设有电源模块32和开关模块33，所述电源模块32接收所述控制电源模块152发送的24V电源，为所述电流转换模块12提供±15V、10V、±5V等直流电源；所述开关模块33主要作用是控制所述电源模块32发送给所述电流转换模块12的直流电的通断。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (14)

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。
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电流检测电路和显示模块，所述定值电路还判断所述线圈控制信号是否正常并在所述线圈控制信号异常时输出定值故障信息，所述定值电路还将所述线圈控制信号中的电流定值信号输送至所述电流检测电路，所述电流检测电路分别与所述电流传感器和所述定值电路相连以接收所述电流信号和所述电流定值信号，且所述电流检测电路依据所述电流定值信号判断所述电磁线圈的预定工作状态，依据所述电流信号判断所述电磁线圈的实际工作状态，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，从而输出相应的状态信息，所述状态信息包括所述预定工作状态、实际工作状态和电流故障信息；所述显示模块分别与所述定值电路和所述电流检测电路相连并显示所述定值故障信息和所述状态信息。
9.如权利要求8所述的反应堆控制棒控制系统，其特征在于，所述电流检测电路获取所述状态信息的方法为：所述电流检测电路依据所述电流定值信号判断所述电磁线圈的预定工作状态并调用对应的预设阈值和预设延迟时间，并在当前预定工作状态和前一预定工作状态不同时依据调用的预设延迟时间生成跳转状态信息，所述跳转状态信息为判断所述电流信号处于跳转状态的信息；所述电流检测电路依据所述电流信号判断所述电磁线圈的实际工作状态，且所述电流检测电路在电流信号未处于跳转状态时将所述电流信号与预设阈值进行比较，并在所述电流信号超出预设阈值范围时生成电流故障信息；所述电流检测电路在电流信号处于跳转状态时延迟预设时间后将所述电流信号与预设阈值进行比较，并在所述电流信号超出预设阈值范围时生成电流故障信息；所述状态信息还包括所述跳转状态信息；与电磁线圈相关联的每组参数均包括所述预设阈值和所述延迟预设时间。
10.如权利要求8或9所述的反应堆控制棒控制系统，其特征在于，所述显示模块依据所述电流故障信息和定值故障信息锁定显示状态，所述反应堆控制棒控制系统还包括故障清除按钮，所述故障清除按钮输出故障清除命令，所述显示模块依据所述故障清除命令解除显示状态的锁定。
11.如权利要求8所述的反应堆控制棒控制系统，其特征在于，所述显示模块还包括测试接口和通讯接口，所述测试接口用于测试所述电磁线圈的实际电流值，所述通讯接口用于外接控制终端设备以在线调节控制参数。
12.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，并依据所述故障报警信号的类型产生包含双保持命令的线圈控制信号，所述电流转换模块依据所述包含双保持命令的线圈控制信号控制电磁线圈中的移动线圈和保持线圈处于双保持状态。
13.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安装柜，所述安装柜上设有安装架和设于所述安装架上的插拔接口，所述反应堆控制棒控制系统内各个模块以模块化的结构分别安装于所述安装架上并与对应的插拔接口对接，所述插拔接口用于连接所述反应堆控制棒控制系统内各个模块，且所述电流转换模块对应的插拔接口还连接所述电磁线圈并识别所述电磁线圈类型，依据所述电磁线圈类型调用相应的控制程序和控制参数。
14.如权利要求1所述的反应堆控制棒控制系统，其特征在于，所述电源模块包括动力电源模块和控制电源模块，所述动力电源模块将260V交流电通过三相半波整流转换为220V的直流电，并与所述电流转换模块相连以向电流转换模块提供动力电源；所述控制电源模块将220V交流电转换为24V直流电，并与所述电流转换模块和控制模块相连以向所述电流转换模块和控制模块提供控制电源。
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