CN107731328B - 一种格雷码双精度控制棒位置探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种格雷码双精度控制棒位置探测方法，采用原边线圈与辅助线圈为探测线圈建立一个均匀的激励电磁场，并采用A、B两列探测线圈交替布置的方式，A列最下端探测线圈的布置使得控制棒在全插入状态下，控制棒驱动杆顶部仍处于A列最下端探测线圈之上；B列最上端探测线圈的布置使得控制棒在全提出状态下，控制棒驱动杆顶部仍处于B列最上端探测线圈之下；A、B两列探测线圈按格雷码方式编组，结合A、B两列探测线圈的测量信号给出的两个格雷码，转化为代表实际棒位的输出显示。本发明提升了控制棒位置探测的精度，并且使探测系统具有更高的可靠性。

Description

一种格雷码双精度控制棒位置探测方法

技术领域

本发明涉及压水堆控制棒位置探测方法，具体涉及一种格雷码双精度控制棒位置探测方法。

背景技术

控制棒驱动杆处于反应堆高温高压的行程套管的水环境中，为了测量控制棒的位置，采用在形成套管外布置棒位探测线圈，通过电磁耦合的方法间接测量驱动杆顶部的位置，从而确定控制棒的位置，驱动杆采用磁性材料，行程套管采用非磁性材料。

目前大多数在役压水堆电站控制棒位置测量，普遍采用单列31个位置线圈，并按5位格雷码进行编组输出的方法。对于目前采用的3.67m长度的燃料组件，其棒位测量精度优于±11步。对于棒位偏离报警而言，其设定值为12步，目前的测量精度余量不大。

当采用4.27m长度的燃料组件后，采用上述方法，或者需要采用大于31个位置探测器而增加格雷码位数，从而增加复杂度；或者测量精度大于±11步，从而不满足棒位偏离报警精度要求。

另外，对于目前单列线圈的棒位探测方法而言，单列故障将导致该控制棒位置测量不可用，从而增加了运行风险。

发明内容

本发明的目的在于针对现有探测技术的精度与可靠性的问题，提供一种格雷码双精度控制棒位置探测方法。

本发明的技术方案如下：一种格雷码双精度控制棒位置探测方法，采用原边线圈与辅助线圈为探测线圈建立一个均匀的激励电磁场，并采用A、B两列探测线圈交替布置的方式，A列最下端探测线圈的布置使得控制棒在全插入状态下，控制棒驱动杆顶部仍处于A列最下端探测线圈之上；B列最上端探测线圈的布置使得控制棒在全提出状态下，控制棒驱动杆顶部仍处于B列最上端探测线圈之下；A、B两列探测线圈按格雷码方式编组，结合A、B两列探测线圈的测量信号给出的两个格雷码，转化为代表实际棒位的输出显示。

进一步，如上所述的格雷码双精度控制棒位置探测方法，其中，所述的A、B两列探测线圈的每列各包括24个线圈，每列线圈分5组接线，每组的各线圈按正反依次抽头；A列Ⅰ组12个线圈，A列Ⅱ组6个线圈，A列Ⅲ组3个线圈，A列Ⅳ组2个线圈，A列Ⅴ组1个线圈，形成5位格雷码输出；B列按同样的绕组方式设置。

更进一步，A列的24个线圈从下往上依次为A1-A24，A列Ⅰ组包括的线圈为A1、A3、A5、A7、A9、A11、A13、A15、A17、A19、A21、A23；A列Ⅱ组包括的线圈为A2、A6、A10、A14、A18、A22；A列Ⅲ组包括的线圈为A4、A12、A20；A列Ⅳ组包括的线圈为A8、A24；A列Ⅴ组包括的线圈为A16。

进一步，如上所述的格雷码双精度控制棒位置探测方法，其中，除了A1与B1线圈以及A24与B24线圈以外，其余相邻两个线圈的间隔为固定的6步。

进一步，如上所述的格雷码双精度控制棒位置探测方法，其中，所述的A、B两列探测线圈电气隔离，一列故障不影响另一列正常工作。

进一步，如上所述的格雷码双精度控制棒位置探测方法，其中，A、B两列探测线圈的测量信号经A、B两列测量柜采集，并传送至处理柜，处理柜根据接收的A、B两列格雷码信号进行数据处理。

更进一步，处理柜根据信号判断的结果，对于A、B两列信号均有效的情况，进行全精度数据处理；对于单列信号有效的情况，按半精度确定棒位输出，并给出故障列提示；对于两列信号均无效的情况，进行报警；数据处理过程考虑磁滞的影响，提高测量精度。

更进一步，处理柜将两个格雷码转换为十进制对应的棒位线圈编号，当两个十进制数值一致时，取B列所对应的棒位；当两个十进制数值不一致且A列对应的十进制比B列对应的十进制大1时，取A列所对应的棒位。

更进一步，当A、B两列中至少一列故障时，参考同一子组的其它控制棒棒位来判断出错的线圈列。对于单列运行的半精度情况，控制棒提升过程中以确定的线圈界点位置加6步为对应控制棒驱动杆顶部的位置，下降过程中以确定的线圈界点位置加5步为对应控制棒驱动杆顶部的位置。

本发明的有益效果如下：本发明所提供的控制棒位置探测方法将探测线圈分两列交替布置，每列探测器线圈的接线布置形成格雷码输出，形成两列格雷码，从而以双精度的方式测量控制棒的位置。这种格雷码双精度控制棒位置探测方法在A、B两列线圈同时运行情况下考虑±3步的不确定度的满精度为±6步，单列运行情况下的半精度为±9步。无论是满精度还是单精度指标，均高于现有设备的精度指标。

附图说明

图1为本发明具体实施例中棒位探测线圈的布置方式示意图；

图2为本发明具体实施例中A、B两列探测线圈的绕组方式示意图；

图3为本发明具体实施例中A列线圈格雷码输出序列示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

以4.27m长度燃料组件为例进行示例性说明。

探测线圈布置：如附图1所示，A、B两列棒位探测线圈交替布置，对于4.27m燃料组件而言，控制棒约为264步，每列线圈各24个，共48个位置探测线圈。A1线圈的布置使得控制棒在全插入状态下，控制棒驱动杆顶部仍处于A1线圈之上；B24线圈的布置使得控制棒在全提出状态下，控制棒驱动杆顶部仍处于B24线圈之下。控制棒在整个行程范围内，驱动杆顶部处于A1线圈之上，B24线圈之下，除A1与B1及A24与B24线圈间隔有些微差别外，其余相邻两个线圈的间隔为固定的6步，“步”是步进电机理论的基本概念，这里指控制棒驱动机构的单位前进距离，对应于环形驱动杆相邻两个环之间的距离。A、B两列线圈电气隔离，一列故障不影响另一列正常工作，单列测量精度在运行要求精度范围内，提高棒位探测可利用率。

线圈绕组方式：A、B两列线圈绕组方式一样，这里仅以A列线圈为例，说明线圈的绕组方式，如图2所示。每列线圈分5组接线，每组线圈按正反依次抽头，A列Ⅰ组12个线圈(分别为A1、A3、A5、A7、A9、A11、A13、A15、A17、A19、A21、A23)，A列Ⅱ组6个线圈(分别为A2、A6、A10、A14、A18、A22)，A列Ⅲ组3个线圈(分别为A4、A12、A20)，A列Ⅳ组2个线圈(分别为A8、A24)，A列Ⅴ组1个线圈(A16)，形成5位格雷码输出。按此种方式接线及正反抽头后，控制棒位置变化时，一次只能改变5位格雷码输出中的一位，从而减少了传输的出错率。B列按类似的方法处理。A、B两列测量线圈电压信号然后送A、B两列测量柜，进而送处理柜处理。如图2所示，原边线圈均匀的布置在探测线圈测量区间，在接近原边线圈的两端的位置串联两个辅助线圈提供一个与棒位位置无关的电压，由调节装置调节初级线圈电流，使辅助线圈感应电压保持常数，从而为棒位探测线圈建立一个均匀的激励电磁场。需要说明一点的是，原边线圈应尽量由两列不同的电源母线同时供电，辅助线圈由给原边线圈供电的两列电源母线同时供电，不同的母线供电保证了其中一列丧失时，不影响另一列的正常工作，以保证A、B两列线圈的激励磁场。

信号处理：整个行程范围内，均匀分布的原边线圈建立均匀的激励电磁场，由导磁材料做成的驱动杆在穿过与不穿过线圈时，测量线圈的电感不一样，因而感应电压不同，而由于每组线圈的相邻两个线圈为正反两种绕制，因而对于每组线圈而言，驱动杆穿过奇数线圈时该组线圈输出为高电平，穿过偶数线圈时为低电平，一次仅能改变5组线圈中的一位，5组线圈的输出形成格雷码，A、B两列线圈的每组线圈类似。图3显示了A列线圈的5组线圈格雷码输出序列，B列线圈格雷码输出序列与A列一致，只是线圈安装位置不一样。

当A、B两列均可用时，根据两列输出的格雷码，可以确定驱动杆顶部所处的位置，例如，当A列输出的格雷码为01110时，可以确定驱动杆顶部在A10与A12之间，此编码对应A列的棒位为A11；而此时如果B列输出的格雷码为01110时，可以确定驱动杆顶部在B10与B12之间，此编码对应B列的棒位为B11，根据驱动杆对线圈的影响关系，两列的格雷码确定出驱动杆顶部位置为B11。而此时如果B列输出的格雷码为01111时，可以确定驱动杆顶部位置在B9与B11之间，此编码对应B列的棒位为B10，根据驱动杆对线圈的影响关系，两列的格雷码确定出驱动杆顶部位置为A11。如果当A列输出的格雷码为01110时，B列输出的格雷码为01110与01111以外的格雷码，说明A、B两列中至少一列故障。其他情况以此类推。

在信号处理上，可以将测量柜采集A、B两列格雷码分别送处理柜，处理柜将两个格雷码转换为十进制对应的棒位线圈编号，当两十进制数值一致时，取B列所对应的棒位。当两十进制数值不一致且A列对应的十进制比B列对应的十进制大1时，取A列所对应的棒位。例如，转换后A列对应的十进制数值为11，B列对应的十进制数值为11，则驱动杆顶部对应的为B列第11个线圈，棒位探测器确定的为B11线圈编码所对应的棒位，而当B列所对应的十进制数值为10时，则驱动杆顶部对应的为A列第11个线圈，棒位探测器确定的为A11线圈编码所对应的棒位。当B为其他数值时，说明A、B两列中至少一列故障，可参考同一子组的其他棒束棒位来判断出错的线圈列。信号处理上，也可以用两位格雷码相加来获得当前驱动杆顶部位置。

精度说明：影响精度的因素主要包括两部分，一部分是固有无法消除的误差，另一部分是算法引入而可以消除的误差。对于第一部分，界点处电压信号的不稳定引入的1步的不确定度，而安装精度、热膨胀等也会带来1步的不确定度，考虑其他不确定因素引起1步不确定度，因此这部分采用±3步的不确定度。这里不进一步解释该部分误差，这里主要说明由算法引入的误差。

如图3所示，对于A列线圈，以格雷码01101为例，前一位格雷码为01100，在驱动杆顶部到达A9线圈界点位置时，格雷码由01100翻转为01101，而在01101翻转为01111之前的12步范围内，A列都将驱动杆顶部位置确定为A9所对应的棒位上，而不能判断驱动杆顶部确切处于哪一步位置，因此如果A列第9个格雷码界点所对应的棒位正好为A9线圈的位置，则A列单独运行的精度为(0步,12步)，加上±2步的不确定度为(-2步，+14步)。显然误差很大，且不对称，部分是由算法引入的。消除算法误差，同时考虑磁滞回线的影响，处理上提升过程中以界点位置加m步为对应控制棒的位置，下降过程中以确定的界点位置加n步。通过每组线圈分别采取合理的线圈匝数来保障界点误差在1步以内。实际运行中，线圈界点位置是无法确定的，这需要在试验过程中，将界点位置平均取整后确定。对于单列运行的半精度情况，处理上提升过程中以界点位置加6步为对应控制棒驱动杆顶部的位置，下降过程中以确定的界点位置加5步为对应控制棒驱动杆顶部的位置。A、B两列采用相同的处理过程。

经以上处理后，格雷码双精度控制棒位置探测器在A、B两列线圈同时运行情况下考虑±3步的不确定度的满精度为±6步，单列运行情况下的半精度为±9步。无论是满精度还是单精度指标，均高于现有设备的精度指标。

需要注意的是，上述具体实施例仅仅是示例性的，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本专利的保护范围内。本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种格雷码双精度控制棒位置探测方法，其特征在于：采用原边线圈与辅助线圈为探测线圈建立一个均匀的激励电磁场，原边线圈均匀的布置在探测线圈测量区间，在接近原边线圈的两端的位置串联两个辅助线圈提供一个与棒位位置无关的电压，由调节装置调节初级线圈电流，使辅助线圈感应电压保持常数；并采用A、B两列探测线圈交替布置的方式，A列最下端探测线圈的布置使得控制棒在全插入状态下，控制棒驱动杆顶部仍处于A列最下端探测线圈之上；B列最上端探测线圈的布置使得控制棒在全提出状态下，控制棒驱动杆顶部仍处于B列最上端探测线圈之下；A、B两列探测线圈按格雷码方式编组，结合A、B两列探测线圈的测量信号给出的两个格雷码，转化为代表实际棒位的输出显示；A、B两列探测线圈的测量信号经A、B两列测量柜采集，并传送至处理柜，处理柜根据接收的A、B两列格雷码信号进行数据处理；处理柜根据信号判断的结果，对于A、B两列信号均有效的情况，进行全精度数据处理,对于单列信号有效的情况，按半精度确定棒位输出，并给出故障列提示，对于两列信号均无效的情况，进行报警；对于单列运行的半精度情况，控制棒提升过程中以确定的线圈界点位置加6步为对应控制棒驱动杆顶部的位置，下降过程中以确定的线圈界点位置加5步为对应控制棒驱动杆顶部的位置。

2.如权利要求1所述的格雷码双精度控制棒位置探测方法，其特征在于：所述的A、B两列探测线圈的每列各包括24个线圈，每列线圈分5组接线，每组的各线圈按正反依次抽头；A列Ⅰ组12个线圈，A列Ⅱ组6个线圈，A列Ⅲ组3个线圈，A列Ⅳ组2个线圈，A列Ⅴ组1个线圈，形成5位格雷码输出；B列按同样的绕组方式设置。

3.如权利要求2所述的格雷码双精度控制棒位置探测方法，其特征在于：A列的24个线圈从下往上依次为A1-A24，A列Ⅰ组包括的线圈为A1、A3、A5、A7、A9、A11、A13、A15、A17、A19、A21、A23；A列Ⅱ组包括的线圈为A2、A6、A10、A14、A18、A22；A列Ⅲ组包括的线圈为A4、A12、A20；A列Ⅳ组包括的线圈为A8、A24；A列Ⅴ组包括的线圈为A16。

4.如权利要求3所述的格雷码双精度控制棒位置探测方法，其特征在于：除了A1与B1线圈以及A24与B24线圈以外，其余相邻两个线圈的间隔为固定的6步。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的格雷码双精度控制棒位置探测方法，其特征在于：所述的A、B两列探测线圈电气隔离，一列故障不影响另一列正常工作。

6.如权利要求1所述的格雷码双精度控制棒位置探测方法，其特征在于：处理柜将两个格雷码转换为十进制对应的棒位线圈编号，当两个十进制数值一致时，取B列所对应的棒位；当两个十进制数值不一致且A列对应的十进制比B列对应的十进制大1时，取A列所对应的棒位。

7.如权利要求1所述的格雷码双精度控制棒位置探测方法，其特征在于：当A、B两列中至少一列故障时，参考同一子组的其它控制棒棒位来判断出错的线圈列。

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