CN107123449A - 核电站棒控系统仿真平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压水堆核电站棒控系统仿真平台，包括：仿真及数据采集柜，包括仿真单元和数据采集单元，仿真单元输出仿真信号；数据采集单元采集过程信号；手动操作台模拟主控室并输出控制信号；逻辑柜产生棒位移动命令；动力柜包括循环监视逻辑单元和可控硅整流电路，循环监视逻辑单元控制可控硅整流电路输出线圈运行信号；模拟负载柜根据线圈运行信号模拟控制棒的提插动作；配电柜对各机柜进行配电。本发明的核电站棒控系统仿真平台中，包括了棒控系统的所有典型设备，实现了现场棒控系统设备故障分析及检修、关键设备的功能验证及拷机、以及对现场棒控系统维护人员进行技能培训和软硬件实操培训。

Description

核电站棒控系统仿真平台
技术领域
本发明涉及核电站棒控系统领域，尤其涉及一种核电站棒控系统仿真平台。
背景技术
控制棒控制系统(简称棒控系统)作为主要的反应堆控制系统之一，其主要功能是：根据电网负荷的变化，系统相应提升或插入控制棒调节堆芯的反应性，从而控制堆芯温度和核功率，实现G模式的反应堆控制。当反应堆处于非稳定运行工况时，控制棒控制系统还能在堆启动阶段把反应堆从零功率带到满功率以及在正常停堆阶段执行停堆或在事故情况下紧急停堆，保护反应堆，保证堆芯安全。棒控系统主要包括三个部分，为棒控逻辑柜、动力柜以及控制棒驱动机构(CRDM)。
目前针对棒控系统机柜的维修方式是：发现故障板件，采取新备件更换，换下的板件返厂维修。此种维修方式有三方面的弊端：1)备件没有经过功能验证就投入使用，给运行机组带来一定的风险；2)由于没有验证手段，更换下的备件无法诊断故障和自主翻新维修；3)由于生产厂家停产或维修周期较长，现场备件卡件逐渐减少，现场备件供应的压力日增，并且板件的返厂维修费用也因垄断而价格虚高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的核电站棒控系统仿真平台。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种核电站棒控系统仿真平台，包括：
仿真及数据采集柜，包括仿真单元和数据采集单元，所述仿真单元用于模拟反应堆功率控制系统和反应堆温度控制系统的各种运行工况，并输出用于自动模式控制的、二回路目标功率和一二回路功率偏差的仿真信号；所述数据采集单元用于采集所述仿真平台的所有过程信号并实时显示；
手动操作台，用于模拟主控室并输出控制信号，以及模拟手动模式控制；
逻辑柜，用于根据所述仿真信号和所述控制信号产生棒位移动命令；
动力柜，包括循环监视逻辑单元和可控硅整流电路，所述循环监视逻辑单元用于根据所述棒位移动命令产生移动时序信号，从而控制所述可控硅整流电路输出线圈运行信号；
模拟负载柜，用于模拟CRDM的负载线圈，所述模拟负载柜根据所述线圈运行信号模拟控制棒的提插动作；
配电柜，用于对所述仿真及数据采集柜、所述手动操作台、所述逻辑柜、所述动力柜及所述模拟负载柜进行配电。
优选地，所述逻辑柜包括温度棒及停堆棒控制单元和功率棒控制单元，二者用于根据所述仿真信号和所述控制信号产生棒位移动方向数据和棒位移动速度数据，所述棒位移动命令包括所述棒位移动方向数据和所述棒位移动速度数据；所述温度棒及停堆棒控制单元和所述功率棒控制单元还用于将当前系统状态、命令棒位以及报警信号传送至所述仿真及数据采集柜和所述手动操作台显示。
优选地，所述温度棒及停堆棒控制单元用于根据所述仿真信号中的一二回路功率偏差和所述手动操作台所发出的所述控制信号产生针对温度棒和停堆棒的所述棒位移动命令。
优选地，所述功率棒控制单元用于根据所述仿真信号中的二回路目标功率和所述手动操作台所发出的所述控制信号进行逻辑处理后产生针对功率棒的所述棒位移动命令。
优选地，所述逻辑柜还包括功率棒监视单元，用于独立校验所述功率棒控制单元的正确性，当出现不一致时发出所述报警信号并传送至所述手动操作台显示。
优选地，所述功率棒监视单元独立运算二回路实际功率和所述棒位移动命令，并与所述功率棒控制单元的值相比较得出偏差数据，且当所述偏差数据超过设定值时发出功率偏差报警和棒位偏差报警。
优选地，所述仿真单元还包括动力柜模拟模块，用于模拟至少一个所述动力柜。
优选地，所述模拟负载柜包括模拟的四组CRDM负载线圈，每组所述CRDM负载线圈包括夹持线圈、移动线圈和提升线圈。
优选地，所述线圈运行信号包括电流的定值、波形和变化时序，所述模拟负载柜接收所述线圈运行信号，并根据所述线圈运行信号模拟所述控制棒的提插动作。
优选地，所述数据采集单元包括采集模块，用于采集整个所述仿真平台内部的输入/输出过程中产生的所有过程信号并在软件画面中实时显示；所述数据采集单元还包括检测模块，用于对所述模拟负载柜中负载线圈的电流进行在线检测。
实施本发明的有益效果是：本发明的核电站棒控系统仿真平台中，包括了棒控系统的所有典型设备，实现了现场设备故障分析及检修、关键设备的功能验证及拷机、以及对现场棒控系统维护人员进行技能培训和软硬件实操培训。
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是本发明一些实施例中核电站棒控系统仿真平台的原理示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
图1示出了本发明一些实施例中的压水堆核电站棒控系统仿真平台，用于对核电站棒控系统设备进行故障原因的分析，并为核电站关键板卡的研制及拷机提供试验测试平台以及对维修人员进行棒控系统的技能培训。本发明一些实施例中的核电站棒控系统仿真平台采用上位机、下位机结构，上位机为逻辑柜30，下位机为动力柜40，该平台还包括模拟负载柜50、仿真及数据采集柜10、手动操作台20、和配电柜60。平台的搭建依托于现场，服务于现场。平台包括了棒控系统的所有典型设备，能够全面地进行现场棒控系统的设备检修试验、设备故障分析、设备功能验证、模拟现场运行状况及设备拷机，能够提供现场棒控系统的设备结构、工作原理、系统接口及技能操作的全面培训。通过该平台进行人员培训，可提高维修人员的RGL技术水平,减少在线处理RGL相关故障时给机组安全稳定运行带来的不确定性影响因素，提高机组安全运行水平和经济效益。
其中，仿真及数据采集柜10包括仿真单元11和数据采集单元12，仿真单元11用于模拟反应堆功率控制系统和反应堆温度控制系统的各种运行工况，并输出二回路目标功率和一二回路功率偏差的仿真信号，该仿真信号用于自动模式控制。具体地，仿真单元11通过软件再现棒控系统的控制逻辑，动态模拟核电站的启动、功率扰动运行、停机等各种工况下棒控系统对反应堆功率和温度的控制过程。，此外，仿真单元11也能用软件手动操作的方式输出核电站二回路目标功率、一二回路功率偏差的仿真信号，用于自动模式下棒控系统的控制。具体地，二回路目标功率信号包括汽机负荷参考值、频率控制、频率贡献、汽机开度参考值、操纵员蒸汽流量限值、汽机进汽压力设定值、最终功率整定值。仿真单元11还包括动力柜模拟模块，用于模拟至少一个动力柜40。优选地，动力柜模拟模块所模拟的动力柜40数量为十五个。
数据采集单元12用于采集整个仿真平台的所有过程信号并实时显示。数据采集单元12包括采集模块和检测模块，采集模块用于采集整个仿真平台内部的输入/输出过程中产生的所有过程信号并在软件画面中实时显示。具体地，过程信号包括但不限于手动操作台的输出信号、逻辑柜的系统状态指示信号、报警信号、命令棒位信号、总线信号灯以及本实施例中提及的所有信号。检测模块用于对模拟负载柜50中的负载线圈的电流进行在线检测，检测出的在线电流检测结果包括电流的大小、纹波和过渡过程。在线电流检测结果经过采集模块处理后在软件画面中显示，使得整个仿真平台对电流的大小、纹波和过渡过程进行监控，并在数据出现异常时做出异常判断，便于及时发现并处理问题。手动操作台20用于模拟主控室并输出控制信号，以及用于模拟手动模式下的棒控系统控制。手动操作台20还用于接收逻辑柜30发出的系统状态、指令棒位和报警信号并显示。可以理解地，手动操作台20的主要功能是模拟主控室，并完成手动模式下所需要主控室执行的棒组选择、提插棒操作等相关控制和报警显示功能，同时手动操作台20上也要模拟现场逻辑柜30、动力柜40上与外部系统接口的开关量信号，并输入到相应端口，以确保仿真平台的正确运行。作为选择，手动操作台20还可以用标准信号源模拟核电站二回路目标功率信号并输入到逻辑柜30，实现与仿真单元11软手操同样的功能。
逻辑柜30是棒控系统的上位机，负责对整个棒控系统进行全面的管理和协调。逻辑柜30用于根据仿真信号和控制信号产生棒位移动命令。逻辑柜30包括温度棒及停堆棒控制单元31、功率棒控制单元32和功率棒监视单元33。具体地，温度棒及停堆棒控制单元31用于根据仿真信号中的一二回路功率偏差和手动操作台20所发出的控制信号产生针对温度棒和停堆棒的棒位移动命令；功率棒控制单元32用于根据仿真信号中的二回路目标功率和手动操作台20所发出的控制信号进行逻辑处理后产生针对功率棒的棒位移动命令，棒位移动命令包括棒位移动方向数据和棒位移动速度数据。温度棒及停堆棒控制单元31和功率棒控制单元32还用于将当前系统状态、命令棒位以及报警信号传送至仿真及数据采集柜10和手动操作台20，使得当前系统状态、命令棒位以及报警信号在仿真及数据采集柜10和手动操作台20上显示。
功率棒监视单元33，用于独立校验功率棒控制单元32运行的正确性，当出现不一致时出现报警信号并传送至手动操作台20显示。具体地，功率棒监视单元33独立运算二回路实际功率和棒位移动命令，与功率棒控制单元32运算的二回路目标功率和棒位移动命令分别相比较得出偏差数据，且当偏差超过设定值时发出功率偏差报警和棒位偏差报警。具体地，二回路实际功率包括汽机压力测量值、电功率测量值。在一个实施例中，功率偏差报警定值设置为30MW，棒位偏差报警定值设置为10步。
动力柜40包括循环监视逻辑单元41和可控硅整流电路42，循环监视逻辑单元41用于根据棒位移动命令产生移动时序信号，从而控制可控硅整流电路42输出线圈运行信号。其中，线圈运行信号包括电流的定值、波形和变化时序。具体地，下位机动力柜40接受来自逻辑柜30的棒位移动命令，产生相应的移动时序信号，控制三个可控硅整流电路42分别输出CRDM夹持线圈、移动线圈、提升线圈电流的定值、波形和变化时序，带真实负载时可以控制CRDM勾爪的动作序列，实现控制棒沿轴向方向运行。作为选择，动力柜40可以指定为棒控系统的任何一个动力柜40，控制对应的棒子组，其余的动力柜40由仿真单元11模拟。可以理解地，逻辑柜30和动力柜40可与现场设备完全一致。
模拟负载柜50用于模拟CRDM的负载线圈，模拟负载柜50接收线圈运行信号，并根据线圈运行信号模拟控制棒的提插动作。优选地，模拟负载柜50包括模拟的四组CRDM负载线圈，每组CRDM负载线圈包括夹持线圈、移动线圈和提升线圈。四组CRDM负载线圈的设计实现了1个棒子组4束棒同时运行，提供与现场一致的运行环境和操作方式。
配电柜60用于对、仿真及数据采集柜10、手动操作台20、逻辑柜30、动力柜40及模拟负载柜50进行配电。具体地，配电柜60输出220VAC(1P+N)、260VAC(2P)、260VAC(3P+N)三种电源，其中260VAC(3P+N)只为可控硅整流电路42供电，可控硅整流电路42整流后将交流转换为直流电，并通过移相触发脉冲控制可控硅的导通时间，实现CRDM线圈驱动控制棒提插动作所要求的电流时序，并送给模拟负载柜50的负载线圈。逻辑柜30和动力柜40的控制电源需要双路供电，分别是220VAC(1P+N)、260VAC(2P)。手动操作台20和仿真及数据采集柜10的控制电源由单路220VAC供电。逻辑柜30的报警信号由48VDC开关电源供电，48VDC电源设置在手动操作台20中。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干个改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种核电站棒控系统仿真平台，其特征在于，包括：
仿真及数据采集柜(10)，包括仿真单元(11)和数据采集单元(12)，所述仿真单元(11)用于模拟反应堆功率控制系统和反应堆温度控制系统的各种运行工况，并输出用于自动模式控制的、二回路目标功率和一二回路功率偏差的仿真信号；所述数据采集单元(12)用于采集所述仿真平台的所有过程信号并实时显示；
手动操作台(20)，用于模拟主控室并输出控制信号，以及模拟手动模式控制；
逻辑柜(30)，用于根据所述仿真信号和所述控制信号产生棒位移动命令；
动力柜(40)，包括循环监视逻辑单元(41)和可控硅整流电路(42)，所述循环监视逻辑单元(41)用于根据所述棒位移动命令产生移动时序信号，从而控制所述可控硅整流电路(42)输出线圈运行信号；
模拟负载柜(50)，用于模拟CRDM的负载线圈，所述模拟负载柜(50)根据所述线圈运行信号模拟控制棒的提插动作；
配电柜(60)，用于对所述仿真及数据采集柜(10)、所述手动操作台(20)、所述逻辑柜(30)、所述动力柜(40)及所述模拟负载柜(50)进行配电。
2.根据权利要求1所述的核电站棒控系统仿真平台，其特征在于，所述逻辑柜(30)包括温度棒及停堆棒控制单元(31)和功率棒控制单元(32)，二者用于根据所述仿真信号和所述控制信号产生棒位移动方向数据和棒位移动速度数据，所述棒位移动命令包括所述棒位移动方向数据和所述棒位移动速度数据；所述温度棒及停堆棒控制单元(31)和所述功率棒控制单元(32)还用于将当前系统状态、命令棒位以及报警信号传送至所述仿真及数据采集柜(10)和所述手动操作台(20)显示。
3.根据权利要求2所述的核电站棒控系统仿真平台，其特征在于，所述温度棒及停堆棒控制单元(31)用于根据所述仿真信号中的一二回路功率偏差和所述手动操作台(20)所发出的所述控制信号产生针对温度棒和停堆棒的所述棒位移动命令。
4.根据权利要求2所述的核电站棒控系统仿真平台，其特征在于，所述功率棒控制单元(32)用于根据所述仿真信号中的二回路目标功率和所述手动操作台(20)所发出的所述控制信号进行逻辑处理后产生针对功率棒的所述棒位移动命令。
5.根据权利要求2-4任一项所述的核电站棒控系统仿真平台，其特征在于，所述逻辑柜(30)还包括功率棒监视单元(33)，用于独立校验所述功率棒控制单元(32)的正确性，当出现不一致时发出所述报警信号并传送至所述手动操作台(20)显示。
6.根据权利要求5所述的核电站棒控系统仿真平台，其特征在于，所述功率棒监视单元(33)独立运算二回路实际功率和所述棒位移动命令，并与所述功率棒控制单元(32)的值相比较得出偏差数据，且当所述偏差数据超过设定值时发出功率偏差报警和棒位偏差报警。
7.根据权利要求1-4任一项所述的核电站棒控系统仿真平台，其特征在于，所述仿真单元(11)还包括动力柜模拟模块，用于模拟至少一个所述动力柜(40)。
8.根据权利要求7所述的核电站棒控系统仿真平台，其特征在于，所述模拟负载柜(50)包括模拟的四组CRDM负载线圈，每组所述CRDM负载线圈包括夹持线圈、移动线圈和提升线圈。
9.根据权利要求1-4任一项所述的核电站棒控系统仿真平台，其特征在于，所述线圈运行信号包括电流的定值、波形和变化时序，所述模拟负载柜(50)接收所述线圈运行信号，并根据所述线圈运行信号模拟所述控制棒的提插动作。
10.根据权利要求1-4任一项所述的核电站棒控系统仿真平台，其特征在于，所述数据采集单元(12)包括采集模块，用于采集整个所述仿真平台内部的输入/输出过程中产生的所有过程信号并在软件画面中实时显示；所述数据采集单元(12)还包括检测模块，用于对所述模拟负载柜(50)中负载线圈的电流进行在线检测。
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