CN107068219B - 核反应堆控制棒棒位探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核反应堆控制棒棒位探测器，包括：初级线圈、次级线圈集，所述次级线圈集包括多个次级线圈，所述次级线圈集依次间隔分为至少两个大组的次级线圈，每个大组的次级线圈分为多个小组的次级线圈，每个所述小组的次级线圈按照奇偶顺序依次正接反接。与现有技术相比，本发明通过对线圈的布置以及连线方式进行重新设计，以达到提升棒位探测精度和冗余度目的。
Description
技术领域
本发明属于核电站技术领域，更具体地说，本发明涉及一种核反应堆控制棒棒位探测器。
背景技术
反应堆控制棒束布置在堆芯内，贯穿于燃料组件中，其主要作用是通过控制棒驱动机构的步进提升和下插动作，带动控制棒束在燃料组件中进行精确的定位，以实现反应堆功率控制；或机构断电，控制棒束组件落棒，以达到停堆目的。
目前，国际上大多数核电站采用棒位探测器对控制棒束的位置进行实时监控。棒位探测器的结构形式主要包括棒位探测线圈和支撑筒体两部分。探测线圈是棒位探测的核心部件，一般而言，它由不同的子组线圈构成，当驱动杆上端进入子组线圈的内部区域时，子组线圈内的磁通、磁阻便发生改变，这些变化反应在输出信号上。通过信号处理并可得到驱动杆的位置，即控制棒的位置。
现有的棒位探测方案主要有以下两种：
请参考图1，现有的一种棒位探测方案，其棒位探测线圈共包括了1个初级线圈100'、31个次级线圈组成的次级线圈集200'、2个补偿线圈300'、公共线400'、地线500'。
初级线圈100'绕在整个线圈骨架的外沿。
两个补偿线圈300'分布在次级线圈集200'的两端。
次级线圈集200'分为5组，分别为A、B、C、D、E，各组线圈分别如下：
A组线圈包括：1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25、27、29、31，共16个。
B组线圈包括：2、6、10、14、18、22、26、30，共8个。
C组线圈包括：4、12、20、28，共4个。
D组线圈包括：8、24，共2个。
E组线圈包括：16，共1个。
通过对次级线圈进行分组，并将各组线圈分别按奇偶顺序进行正接和反接，并可以实现格雷码信号输出。由于相隔线圈间距为8步，故棒位探测器的测量精度为8步。当驱动杆端部位于线圈内时，该线圈输出高电平，否则输出低电平。
该棒位探测线圈输入输出共11路线，由一个电连接器连接至棒位棒控系统(RodControl System，RGL)。
请参考图2，现有的第二种棒位探测方案，其棒位探测线圈分为A、B两组，每组有24个线圈100”，采用离散的接线方式交替布置在探测器的套管上，每组线圈共用一根电源母线200”，共输出48路独立信号，A、B两组信号分别由不同的电连接器引出。每个线圈的接线方式如下附图2所示，由于该技术方案相邻两个线圈之间的间距为6步，故该棒位线圈本身的精度为6步。
当驱动杆向上移动通过线圈时，线圈的电感发生变化，具体为线圈的阻抗变大，这使得在终端电阻上的分压变小，输出较小电压；当线圈未有驱动杆通过时，电阻端输出较大电压。将相邻的同组线圈输出电压通过比较器300”进行放大、比较并可以得到一个反映驱动杆位置的信号。
但是，现有的棒位探测方案，存在如下缺陷：
对于目前现有技术的第一种方式而言，主要存在两个缺陷：
1)棒位探测精度为8步，精度不足以满足功率精确控制需求。
2)棒位探测线圈为非冗余设计，一旦发生单一故障，如线圈线路故障或电连接器失效等，整个棒位探测器将完全失去棒位指示功能。
相比现有技术的第二种方案，现有技术的第二种方案，在探测精度上和冗余设计上均有一定的优势。但仍存在以下两个主要缺陷：
1)整个棒位探测线圈共50多根引线端，输出信号多，数据处理繁琐，且对电连接器要求极高。
2)落棒时间测量方式复杂。由于无初级线圈，进行落棒时间测量时应对探测器线圈输出引线进行切换。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种提升棒位探测精度和冗余度的核反应堆控制棒棒位探测器。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核反应堆控制棒棒位探测器，包括：初级线圈、次级线圈集，所述次级线圈集包括多个次级线圈，所述次级线圈集依次间隔分为至少两个大组的次级线圈，每个大组的次级线圈分为多个小组的次级线圈，每个所述小组的次级线圈按照奇偶顺序依次正接反接。
作为本发明核反应堆控制棒棒位探测器的一种改进，每个所述大组次级线圈按照格雷码分为多个小组的次级线圈。
作为本发明核反应堆控制棒棒位探测器的一种改进，所述次级线圈集包括62个次级线圈，且依次间隔分为x大组次级线圈和y大组次级线圈，每个大组次级线圈分为五个小组的次级线圈，其中，x大组次级线圈按照格雷码分为Ax、Bx、Cx、Dx、Ex五个小组的次级线圈，y大组次级线圈按照格雷码分为Ay、By、Cy、Dy、Ey五个小组的次级线圈。
作为本发明核反应堆控制棒棒位探测器的一种改进：
Ax组次级线圈包括：第1、5、9、13、17、21、25、29、33、37、41、45、49、53、57、61次级线圈；
Bx组次级线圈包括：第3、11、19、27、35、43、51、59次级线圈；
Cx组次级线圈包括：第7、23、39、55次级线圈；
Dx组次级线圈包括：第15、47次级线圈；
Ex组次级线圈包括：第31次级线圈；
Ay组次级线圈包括：第2、6、10、14、18、22、26、30、34、38、42、46、50、54、58、62次级线圈；
By组次级线圈包括：第4、12、20、28、36、44、52、60次级线圈；
Cy组次级线圈包括：第8、24、40、56次级线圈；
Dy组次级线圈包括：第16、48次级线圈；
Ey组次级线圈包括：第32次级线圈。
作为本发明核反应堆控制棒棒位探测器的一种改进，所述初级线圈缠绕在整个线圈骨架的外沿。
作为本发明核反应堆控制棒棒位探测器的一种改进，所述探测器还包括补偿线圈。
作为本发明核反应堆控制棒棒位探测器的一种改进，所述补偿线圈分布在所述次级线圈集的两端。
作为本发明核反应堆控制棒棒位探测器的一种改进，所述探测器还包括至少两个电连接器，每个所述大组次级线圈与一个电连接器连接。
作为本发明核反应堆控制棒棒位探测器的一种改进，所述初级线圈分别与每个电连接器连接。
作为本发明核反应堆控制棒棒位探测器的一种改进，所述探测器还包括分布在所述次级线圈集的两端的补偿线圈，所述补偿线圈分别与每个电连接器连接。
与现有技术相比，本发明的核反应堆控制棒棒位探测器具有以下效果：
本发明通过对线圈的布置以及连线方式进行重新设计，以达到提升棒位探测精度和冗余度目的。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明核反应堆控制棒棒位探测器及其有益效果进行详细说明。
图1为现有技术的一种核反应堆控制棒棒位探测器的线圈连接示意图。
图2为现有技术的另一种核反应堆控制棒棒位探测器的线圈连接示意图。
图3为本发明一种核反应堆控制棒棒位探测器的线圈连接示意图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
请参阅图3，本发明一种核反应堆控制棒棒位探测器的线圈连接示意图，包括：初级线圈100、次级线圈集200，所述次级线圈集200包括多个次级线圈，所述次级线圈集200依次间隔分为至少两个大组的次级线圈，每个大组的次级线圈分为多个小组的次级线圈，每个所述小组的次级线圈按照奇偶顺序依次正接反接。
其中，初级线圈100用以产生感应磁场和测量落棒时间，而次级线圈集200用以测量棒位，且每大组次级线圈具有相同的公共线400和地线500。
由于设有初级线圈，故当测量落棒时间曲线时，初级线圈可直接输出与落棒时间相关的电压，简单方便。同时，次级线圈集设置为两大组，提高棒位探测器的精度，并同时提高系统的冗余度。
本发明通过对线圈的布置以及连线方式进行重新设计，以达到提升棒位探测精度和冗余度目的。
本发明核反应堆控制棒棒位探测器的一个实施例中，每个所述大组次级线圈按照格雷码分为多个小组的次级线圈。
本实施例中，每个大组的次级线圈通过格雷码进行进一步分组，从而实现双格雷码信号独立输出，提高系统的冗余度。
本发明核反应堆控制棒棒位探测器的一个实施例中，所述次级线圈集包括62个次级线圈，且依次间隔分为x大组次级线圈和y大组次级线圈，每个大组次级线圈分为五个小组的次级线圈，其中，x大组次级线圈按照格雷码分为Ax、Bx、Cx、Dx、Ex五个小组的次级线圈，y大组次级线圈按照格雷码分为Ay、By、Cy、Dy、Ey五个小组的次级线圈。
本实施例将次级线圈的数量增加至62个，进一步提高了棒位探测器的精度。
本发明核反应堆控制棒棒位探测器的一个实施例中：
Ax组次级线圈包括：第1、5、9、13、17、21、25、29、33、37、41、45、49、53、57、61次级线圈；
Bx组次级线圈包括：第3、11、19、27、35、43、51、59次级线圈；
Cx组次级线圈包括：第7、23、39、55次级线圈；
Dx组次级线圈包括：第15、47次级线圈；
Ex组次级线圈包括：第31次级线圈；
Ay组次级线圈包括：第2、6、10、14、18、22、26、30、34、38、42、46、50、54、58、62次级线圈；
By组次级线圈包括：第4、12、20、28、36、44、52、60次级线圈；
Cy组次级线圈包括：第8、24、40、56次级线圈；
Dy组次级线圈包括：第16、48次级线圈；
Ey组次级线圈包括：第32次级线圈。
本实施例中，邻近x组和y组线圈之间间距为4步。每小组的线圈分别正反接之后输出5位格雷码信号，两大组的线圈输出共两组5位格雷码编码，精度得到进一步提高。
本发明核反应堆控制棒棒位探测器的一个实施例中，所述初级线圈100缠绕在整个线圈骨架的外沿。
本发明核反应堆控制棒棒位探测器的一个实施例中，所述探测器还包括补偿线圈300。
本实施例增加补偿线圈用以调节初级线圈电压供给，以保持次级线圈输出幅值稳定。
本发明核反应堆控制棒棒位探测器的一个实施例中，所述补偿线圈300分布在所述次级线圈集200的两端。
本发明核反应堆控制棒棒位探测器的一个实施例中，所述探测器还包括至少两个电连接器，每个所述大组次级线圈与一个电连接器连接。
本实施例采用上述输入输出接线形式，正常工作情况下，两个电连接器均输出正常信号，探测器精度为4步，当发生单一故障，如线圈线路故障或电连接器失效等，探测线圈仍可保证输出精度为8步的位置信号，如此一来，棒位探测器增加了冗余度，提高了安全性能。
本发明核反应堆控制棒棒位探测器的一个实施例中，所述初级线圈100分别与每个电连接器连接。
具体来说，初级线圈分别与每个电连接器交叉并联，从而提高系统输入的可靠性。
本发明核反应堆控制棒棒位探测器的一个实施例中，所述探测器还包括分布在所述次级线圈集的两端的补偿线圈300，所述补偿线圈300分别与每个电连接器连接。
具体来说，补偿线圈分别与每个电连接器交叉并联，从而提高系统输入的可靠性。
采用本发明的技术方案后，大幅度提高了棒位指示的精度，另外，通过双5位格雷码信号独立输出，使得在线路减少的同时，保证了系统的高冗余度，而交叉并联的接线方式，提高了系统输入的可靠性。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (7)
1.一种核反应堆控制棒棒位探测器，其特征在于，包括：初级线圈、次级线圈集，所述次级线圈集包括多个次级线圈，所述次级线圈集依次间隔分为至少两个大组的次级线圈，每个大组的次级线圈分为多个小组的次级线圈，每个所述小组的次级线圈按照奇偶顺序依次正接反接；所述探测器还包括至少两个电连接器，每个大组的次级线圈与一个电连接器连接；所述初级线圈缠绕在整个线圈骨架的外沿，分别与每个电连接器交叉并联，用于产生感应磁场和测量落棒时间。
2.根据权利要求1所述的核反应堆控制棒棒位探测器，其特征在于，每个所述大组次级线圈按照格雷码分为多个小组的次级线圈。
3.根据权利要求2所述的核反应堆控制棒棒位探测器，其特征在于，所述次级线圈集包括62个次级线圈，且依次间隔分为x大组次级线圈和y大组次级线圈，每个大组次级线圈分为五个小组的次级线圈，其中，x大组次级线圈按照格雷码分为Ax、Bx、Cx、Dx、Ex五个小组的次级线圈，y大组次级线圈按照格雷码分为Ay、By、Cy、Dy、Ey五个小组的次级线圈。
4.根据权利要求3所述的核反应堆控制棒棒位探测器，其特征在于：
Ax组次级线圈包括：第1、5、9、13、17、21、25、29、33、37、41、45、49、53、57、61次级线圈；
Bx组次级线圈包括：第3、11、19、27、35、43、51、59次级线圈；
Cx组次级线圈包括：第7、23、39、55次级线圈；
Dx组次级线圈包括：第15、47次级线圈；
Ex组次级线圈包括：第31次级线圈；
Ay组次级线圈包括：第2、6、10、14、18、22、26、30、34、38、42、46、50、54、58、62次级线圈；
By组次级线圈包括：第4、12、20、28、36、44、52、60次级线圈；
Cy组次级线圈包括：第8、24、40、56次级线圈；
Dy组次级线圈包括：第16、48次级线圈；
Ey组次级线圈包括：第32次级线圈。
5.根据权利要求1所述的核反应堆控制棒棒位探测器，其特征在于，所述探测器还包括两个补偿线圈。
6.根据权利要求5所述的核反应堆控制棒棒位探测器，其特征在于，所述两个补偿线圈分布在所述次级线圈集的两端。
7.根据权利要求6所述的核反应堆控制棒棒位探测器，其特征在于，所述补偿线圈分别与每个电连接器交叉并联。
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