CN105702303B - 反应堆控制棒运动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反应堆控制棒运动控制装置，包括控制器、工程机、远程接口和电源模块，所述控制器生成控制棒控制信号，获取反应堆控制棒控制系统的状态信号，判断所述状态信号和控制棒控制信号是否故障并在故障时生成故障报警信号，依据故障报警信号生成对应的控制棒控制信号；所述工程机与控制器相连并接收外部的操作命令以及显示状态信号和故障报警信号，所述控制器还依据所述操作命令对应修改控制参数；所述远程接口用于实现控制器与反应堆控制棒控制系统之间的数据交互，所述电源模块对所述控制器、工程机和远程接口供电。本发明可对反应堆控制棒控制系统进行全面监视，自动分析故障并在故障报警的同时对故障进行处理。

Description

反应堆控制棒运动控制装置

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运动控制装置。

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(电磁线圈，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。

故此，需要反应堆控制棒运动控制装置(由逻辑柜组成)生成相应的棒控命令，反应堆控制棒控制系统(由电源柜组成)一端与反应堆控制棒运动控制装置相连，另一端与控制棒驱动机构中的电磁线圈相连，依据相应的棒控命令生成对应的电磁线圈的驱动电流，从而驱动相应的电磁线圈动作，从而控制相应的反应堆控制棒做出上升、下降和保持动作。然而，现有的反应堆控制棒运动控制装置仅能基于安全级仪控平台TXS技术和数字化技术，控制棒进行控制监控，在控制棒运行故障时无法及时提醒维修人员并紧急处理相应故障，不便维修且故障反映慢，容易造成安全事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种反应堆控制棒运动控制装置，该反应堆控制棒运动控制装置不但可以实现对整个反应堆控制棒控制系统的全面监视，还可以自动分析故障并通过报警通知维护人员的同时对故障进行处理。

为了实现上有目的，本发明公开了一种反应堆控制棒运动控制装置，包括控制器、工程机、远程接口和电源模块，所述控制器生成控制棒控制信号，获取反应堆控制棒控制系统的状态信号，判断所述状态信号和控制棒控制信号是否故障并在所述状态信号和控制棒控制信号故障时生成故障报警信号，依据所述故障报警信号生成对应的控制棒控制信号；所述工程机与所述控制器相连并接收外部的操作命令和控制器的状态信号和故障报警信号，显示所述状态信号并依据所述故障报警信号报警，所述控制器还接收所述操作命令并依据所述操作命令对应修改控制参数；所述远程接口用于采集、处理所述反应堆控制棒控制系统的状态信号并将处理后的状态信号输送至所述控制器内，接收、处理所述控制器发送的控制棒控制信号并将处理后的控制棒控制信号输送至反应堆控制棒控制系统，接收、处理所述控制器的状态信号和故障报警信号并将所述状态信号和故障报警信号输送至所述工程机，接收处理所述操作命令并将所述操作命令输送至所述控制器；所述电源模块用于对所述控制器、工程机和远程接口供电。

与现有技术相比，本发明采用控制器对整个反应堆控制棒控制系统的全面监视，还自动分析故障并通过工程机报警通知维护人员的同时，通过控制器生成对应的控制棒控制信号以对故障进行处理。

较佳地，所述控制器有两个且包括冗余同步模块，所述冗余同步模块对两所述控制器进行实时同步控制，且任一控制器为主控制器，另一控制器为从控制器，所述远程接口将处理后的状态信号同步输送至所述主控制器和从控制器内，将所述主控制器的控制棒控制信号输送至反应堆控制棒控制系统，将所述主控制器的状态信号和故障报警信号输送至工程机；所述控制器还检测自身故障并在主控制器自身故障时将从控制器修改为主控制器。该方案采用冗余方式处理与控制棒动棒相关的信号，提高了系统可用性，降低了反应堆堆芯安全隐患。

较佳地，所述远程接口有三个分别包括第一远程接口、第二远程接口和第三远程接口，所述第一远程接口和第二远程接口互为冗余接口，且所述第一远程接口和第二远程接口同步接收、处理所述控制器发送的控制棒控制信号并将所述控制棒控制信号输送至反应堆控制棒控制系统以控制反应堆控制棒动作；所述第三远程接口采集、处理所述反应堆控制棒控制系统的状态信号和外部系统相关信号并将处理后的信号输送至所述控制器内，接收、处理所述控制器的状态信号和故障报警信号并将所述状态信号和故障报警信号输送至外部系统，接收处理所述工程机的操作命令并将所述操作命令输送至所述控制器。该方案采用冗余方式处理与控制棒动棒相关的信号，提高了系统可用性，降低了反应堆堆芯安全隐患。

较佳地，所述电源模块通过数组电压转换模块对对应的控制器和远程接口供电，且每组电压转换模块包括两互为冗余的电压转换插件，所述电源模块通过任一电压转换插件对对应的控制器和远程接口供电，并在该电源转换插件故障时通过另一电源转换插件对对应的控制器和远程接口供电。

较佳地，所述控制器包括故障管理模块，所述故障管理模块依据所述状态信号和控制棒控制信号判断是否故障并在所述状态信号和控制棒控制信号故障时生成故障报警信号。

具体地，所述故障报警信号包括循环在进行故障信号、棒位失步信号、叠步故障信号、测量范围超量程故障信号、P4故障信号、动棒命令冲突故障信号和棒位设定值故障信号，所述状态信号包括循环在进行信号，所述控制器比较所述循环在进行信号的脉宽是否超过预设阈值范围，若是则生成循环在进行故障信号，依据所述循环在进行故障信号生成对应的控制棒控制信号，以闭锁反应堆控制棒控制系统中对应电源柜中的控制棒；所述控制棒控制信号包括给定棒位信号，所述控制器依据所述给定棒位信号比较同一棒组中两个子组的给定棒位差是否超出预设差值，若是则生成棒位失步信号，依据所述棒位失步信号生成包含对应的控制棒控制信号，以闭锁反应堆控制棒控制系统中对应电源柜中的控制棒；所述状态信号包括各功率棒组给定棒位信号，所述控制器依据所述各功率棒组给定棒位信号判断功率棒组的给定棒位是否满足叠步程序，并在所述给定棒位不满足叠步程序时生成叠步故障信号，依据所述叠步故障信号生成对应的控制棒控制信号以闭锁所述功率棒组；所述远程接口包括数个模拟量信号接口，以接收发送信号，所述控制器判断所述模拟量信号接口输送的模拟量信号是否超出预设范围，并在所述模拟量信号超出预设范围时生成测量范围超量程故障信号，并将所述模拟量信号的数值默认为预设阈值；所述状态信号包括A列、B列P4信号，所述控制器判断连续两个程序循环中A列、B列P4信号是否一致，并在不一致时生成P4故障信号，依据所述P4故障信号生成对应的控制棒控制信号，以闭锁反应堆控制棒控制系统中对应电源柜中的控制棒；所述控制器判断所述状态信号中是否同时包含温度棒自动提棒信号和温度棒自动插棒信号，若是则生成动棒命令冲突故障信号，判断所述状态信号中是否同时包含功率棒自动提棒信号和功率棒自动插棒信号，若是则生成动棒命令冲突故障信号，依据所述动棒命令冲突故障信号生成对应的控制棒控制信号，以闭锁反应堆控制棒控制系统中对应电源柜中的温度棒或功率棒；所述操作命令包括棒位设定值，所述控制器判断所述棒位设定值是否超出预设范围，若是则生成棒位设定值故障信号。

较佳地，所述工程机包括操作键盘、显示屏、鼠标和处理模块，所述操作键盘和鼠标输入外部的操作命令，所述显示屏显示所述状态信号和故障报警信号，所述处理模块处理所述操作命令并将处理后的操作命令输送至所述控制器。

附图说明

图1是本发明第一实施例中所述反应堆控制棒运动控制装置的结构框图。

图2是本发明第二实施例中所述反应堆控制棒运动控制装置的结构框图。

图3是本发明第三实施例中所述反应堆控制棒运动控制装置的结构框图。

图4是图3中所述控制器的结构示意图。

图5是本发明第四实施例中所述反应堆控制棒运动控制装置的结构框图。

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。

参考图1，本发明公开了一种反应堆控制棒运动控制装置100，包括控制器11、工程机12、远程接口13和电源模块14，所述控制器11生成控制棒控制信号，获取反应堆控制棒控制系统15的状态信号，判断所述状态信号和控制棒控制信号是否故障并在所述状态信号和控制棒控制信号故障时生成故障报警信号，依据所述故障报警信号生成对应的控制棒控制信号；所述工程机12与所述控制器11相连并接收外部的操作命令和控制器11的状态信号和故障报警信号，显示所述状态信号并依据所述故障报警信号报警，所述控制器11还接收所述操作命令并依据所述操作命令对应修改控制参数；所述远程接口13用于采集、处理所述反应堆控制棒控制系统的状态信号并将处理后的状态信号输送至所述控制器11内，接收、处理所述控制器11发送的控制棒控制信号并将处理后的控制棒控制信号输送至反应堆控制棒控制系统15，接收、处理所述控制器11的状态信号和故障报警信号并将所述状态信号和故障报警信号输送至所述工程机12，接收处理所述工程机的操作命令并将所述操作命令输送至所述控制器11；所述电源模块14用于对所述控制器11、工程机12和远程接口13供电。其中，所述控制棒控制信号是与控制棒运行相关的重要逻辑量信号，如电源柜的提/插棒信号、提棒允许信号等，所述反应堆控制棒控制系统15依据所述控制棒控制信号控制所述控制棒驱动机构16动作，控制棒驱动机构16的电磁线圈动作，以使对应的控制棒做相应的上升、下降或保持动作。其中，与现有技术相比，本发明对整个反应堆控制棒控制系统15进行的全面监视，并自动分析故障，通过工程机报警通知维护人员的同时，通过控制器11生成对应的控制棒控制信号以对故障进行处理。

其中，在本实施例中，所述工程机12包括操作键盘、显示屏、鼠标和处理模块，所述操作键盘和鼠标输入外部的操作命令，所述显示屏显示所述状态信号和故障报警信号，所述处理模块处理所述操作命令并将处理后的操作命令输送至所述控制器。

所述控制器11包括故障管理模块，所述故障管理模块依据所述状态信号和控制棒控制信号判断是否故障并在所述状态信号和控制棒控制信号故障时生成故障报警信号。具体地，所述故障报警信号包括循环在进行故障信号、棒位失步信号、叠步故障信号、测量范围超量程故障信号、P4故障信号、动棒命令冲突故障信号和棒位设定值故障信号，以下具体描述所述故障管理模块31的工作过程：

关于循环在进行故障信号，所述状态信号包括循环在进行信号，所述控制器11比较所述循环在进行信号的脉宽是否超过预设阈值范围，若是则生成循环在进行故障信号，依据所述循环在进行故障信号生成包含控制棒闭锁命令的控制棒控制信号，以闭锁反应堆控制棒控制系统15中对应电源柜中的控制棒；

关于棒位失步信号，所述控制棒控制信号包括给定棒位信号，所述控制器11依据所述给定棒位信号比较同一棒组中两个子组的给定棒位差是否超出预设差值，若是则生成棒位失步信号，依据所述棒位失步信号生成包含控制棒闭锁命令的控制棒控制信号，以闭锁反应堆控制棒控制系统15中对应电源柜中的控制棒；

关于叠步故障信号，所述状态信号包括各功率棒组给定棒位信号，所述控制器11依据所述各功率棒组给定棒位信号判断功率棒组的实际棒位是否满足叠步程序，并在所述实际棒位不满足叠步程序时生成叠步故障信号，依据所述叠步故障信号生成对应的控制棒控制信号以闭锁所述功率棒组；

关于测量范围超量程故障信号，所述远程接口包括数个模拟量信号接口，以接收发送信号，所述控制器11判断所述模拟量信号接口输送的模拟量信号是否超出预设范围，并在所述模拟量信号超出预设范围时生成测量范围超量程故障信号，并将所述模拟量信号的数值默认为预设阈值；

关于P4故障信号，所述状态信号包括A列、B列P4信号，所述控制器11判断连续两个程序循环中A列、B列P4信号是否一致，并在不一致时生成P4故障信号，依据所述P4故障信号生成对应的控制棒控制信号，以闭锁反应堆控制棒控制系统15中对应电源柜中的控制棒；

关于动棒命令冲突故障信号，所述控制器11判断所述状态信号中是否同时包含温度棒自动提棒信号和温度棒自动插棒信号，若是则生成动棒命令冲突故障信号，判断所述状态信号中是否同时包含功率棒自动提棒信号和功率棒自动插棒信号，若是则生成动棒命令冲突故障信号，所述控制器11还依据依据所述动棒命令冲突故障信号生成包含控制棒闭锁命令的控制棒控制信号，以闭锁反应堆控制棒控制系统15中对应电源柜中的温度棒或功率棒；

关于棒位设定值故障信号，所述操作命令包括棒位设定值，所述控制器11判断所述棒位设定值是否超出预设范围，若是则生成棒位设定值故障信号。

较佳者，参考图2，在本发明第二实施例中，与其他实施例不同的是，在该实施例中，所述远程接口13有三个分别包括第一远程接口131、第二远程接口132和第三远程接口133，所述第一远程接口131和第二远程接口132互为冗余接口，且所述第一远程接口131和第二远程接口132同步接收、处理所述控制器11发送的控制棒控制信号并将所述控制棒控制信号输送至反应堆控制棒控制系统15以控制控制棒驱动机构动作(保持、上升或者下降)；所述第三远程接口131采集、处理所述反应堆控制棒控制系统15的状态信号和外部系统相关信号并将处理后的状态信号输送至所述控制器11内，接收、处理所述控制器11的状态信号和故障报警信号并将所述状态信号和故障报警信号输送至所述外部系统，接收处理所述工程机12的操作命令并将所述操作命令输送至所述控制器11。

较佳者，参考图3和图4，为本发明的第三实施例，与其他实施例不同的是，在该实施例中，所述控制器11有两个且包括冗余同步模块21，所述冗余同步模块21对两所述控制器11进行实时同步控制，且任一控制器11为主控制器，另一控制器11为从控制器，所述远程接口13将处理后的状态信号同步输送至所述主控制器和从控制器内，将所述主控制器的控制棒控制信号和输送至反应堆控制棒控制系统，将所述主控制器的状态信号和故障报警信号输送至工程机12；所述控制器11还检测自身故障并在主控制器自身故障时将从控制器修改为主控制器。该方案采用冗余方式处理与控制棒动棒相关的信号，提高了系统可用性，降低了反应堆堆芯安全隐患。

较佳者，参考图5，为本发明的第四实施例，与其他实施例不同的是，在该实施例中，所述电源模块14通过数组电压转换模块41对对应的控制器11和远程接口13供电，且每组电压转换模块41包括两互为冗余的电压转换插件411、412，所述电源模块41通过任一电压转换插件411对对应的控制器11和远程接口13供电，并在该电源转换插件411故障时通过另一电源转换插件412对对应的控制器11和远程接口13供电。其中，所述控制器11通过IO接口17与工程机12相连，所述电源模块41还通过一组电压转换模块41对所述IO接口17供电，且该组电压转换模块41中任一电压转换插件411对所述IO接口1供电，并在该电源转换插件411故障时通过另一电源转换插件412对所述IO接口1供电。

具体地，继续参考图5，供电电路的每一支路上，尤其是每一电压转换插件411所在的供电支路上均串联有一指示灯，用于指示所述电源模块中的两互为冗余的电压转换插件411的工作，便于维护人员检修。

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 (7)

1.一种反应堆控制棒运动控制装置，其特征在于，包括：

控制器，生成控制棒控制信号，获取反应堆控制棒控制系统的状态信号，判断所述状态信号和控制棒控制信号是否故障并在所述状态信号和控制棒控制信号故障时生成故障报警信号，依据所述故障报警信号生成对应的控制棒控制信号；

工程机，与所述控制器相连并接收外部的操作命令和控制器输送的状态信号和故障报警信号，显示所述状态信号并和依据故障报警信号报警，所述控制器还接收所述操作命令并依据所述操作命令对应修改控制参数；

远程接口，用于采集、处理所述反应堆控制棒控制系统的状态信号并将处理后的状态信号输送至所述控制器内，接收、处理所述控制器发送的控制棒控制信号并将处理后的控制棒控制信号输送至反应堆控制棒控制系统；

电源模块，用于对所述控制器、工程机和远程接口供电。

2.如权利要求1所述的反应堆控制棒运动控制装置，其特征在于，所述控制器有两个且包括冗余同步模块，所述冗余同步模块对两所述控制器进行实时同步控制，且任一控制器为主控制器，另一控制器为从控制器，所述远程接口将处理后的状态信号同步输送至所述主控制器和从控制器内，将所述主控制器的控制棒控制信号输送至反应堆控制棒控制系统，将所述主控制器的状态信号和故障报警信号输送至工程机；所述控制器还检测自身故障并在主控制器自身故障时将从控制器修改为主控制器。

3.如权利要求1所述的反应堆控制棒运动控制装置，其特征在于，所述远程接口有三个分别包括第一远程接口、第二远程接口和第三远程接口，所述第一远程接口和第二远程接口互为冗余接口，且所述第一远程接口和第二远程接口同步接收、处理所述控制器发送的控制棒控制信号并将所述控制棒控制信号 输送至反应堆控制棒控制系统以控制反应堆控制棒动作；所述第三远程接口采集、处理所述反应堆控制棒控制系统的状态信号和外部系统相关信号并将处理后的信号输送至所述控制器内，接收、处理所述控制器的状态信号和故障报警信号并将所述状态信号和故障报警信号输送至外部系统，接收处理所述工程机的操作命令并将所述操作命令输送至所述控制器。

4.如权利要求1所述的反应堆控制棒运动控制装置，其特征在于，所述电源模块通过数组电压转换模块对对应的控制器和远程接口供电，且每组电压转换模块包括两互为冗余的电压转换插件，所述电源模块通过任一电压转换插件对对应的控制器和远程接口供电，并在该电源转换插件故障时通过另一电源转换插件对对应的控制器和远程接口供电。

5.如权利要求1所述的反应堆控制棒运动控制装置，其特征在于，所述控制器包括故障管理模块，所述故障管理模块依据所述状态信号和控制棒控制信号判断是否故障并在所述状态信号和控制棒控制信号故障时生成故障报警信号。

6.如权利要求5所述的反应堆控制棒运动控制装置，其特征在于，所述故障报警信号包括：

循环在进行故障信号，所述状态信号包括循环在进行信号，所述控制器比较所述循环在进行信号的脉宽是否超过预设阈值范围，若是则生成循环在进行故障信号，依据所述循环在进行故障信号生成对应的控制棒控制信号，以闭锁反应堆控制棒控制系统中对应电源柜中的控制棒；

棒位失步信号，所述控制棒控制信号包括给定棒位信号，所述控制器依据所述给定棒位信号比较同一棒组中两个子组的给定棒位差是否超出预设差值，若是则生成棒位失步信号，依据所述棒位失步信号生成包含对应的控制棒控制信号，以闭锁反应堆控制棒控制系统中对应电源柜中的控制棒；

叠步故障信号，所述状态信号包括各功率棒组给定棒位信号，所述控制器依据所述各功率棒组给定棒位信号判断功率棒组的给定棒位是否满足叠步程序，并在所述给定棒位不满足叠步程序时生成叠步故障信号，依据所述叠步故障信号生成对应的控制棒控制信号以闭锁所述功率棒组；

测量范围超量程故障信号，所述远程接口包括数个模拟量信号接口，以接收发送信号，所述控制器判断所述模拟量信号接口输送的模拟量信号是否超出预设范围，并在所述模拟量信号超出预设范围时生成测量范围超量程故障信号，并将所述模拟量信号的数值默认为预设阈值；

P4故障信号，所述状态信号包括A列、B列P4信号，所述控制器判断连续两个程序循环中A列、B列P4信号是否一致，并在不一致时生成P4故障信号，依据所述P4故障信号生成对应的控制棒控制信号以闭锁反应堆控制棒控制系统中对应电源柜中的控制棒；

动棒命令冲突故障信号，所述控制器判断所述状态信号中是否同时包含温度棒自动提棒信号和温度棒自动插棒信号，若是则生成动棒命令冲突故障信号，判断所述状态信号中是否同时包含功率棒自动提棒信号和功率棒自动插棒信号，若是则生成动棒命令冲突故障信号，依据所述动棒命令冲突故障信号生成对应的控制棒控制信号以闭锁反应堆控制棒控制系统中对应电源柜中的温度棒或功率棒；

棒位设定值故障信号，所述操作命令包括棒位设定值，所述控制器判断所述棒位设定值是否超出预设范围，若是则生成棒位设定值故障信号。

7.如权利要求1所述的反应堆控制棒运动控制装置，其特征在于，所述工程机包括操作键盘、显示屏、鼠标和处理模块，所述操作键盘和鼠标输入外部的操作命令，所述显示屏显示所述状态信号和故障报警信号，所述处理模块处理所述操作命令并将处理后的操作命令输送至所述控制器。