CN112071456A - 核反应堆控制棒驱动机构用棒位探测器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了核反应堆控制棒驱动机构用棒位探测器及其使用方法，该棒位探测器包括位置感应线圈，所述位置感应线圈采用双匝并绕结构，双匝线圈均为感应线圈且均可独立完成棒位测量功能。本发明的棒位探测器利用感应线圈阻抗随控制棒位置的变化特性测量感应线圈在给定交流电压激励下的输出电流，并利用电流‑位移曲线插值计算出控制棒实际位置，降低了磁路对称性、外部磁场和线圈温度等因素对棒位输出信号的影响。另外，采用分段子线圈的结构形式，使其阻抗值变化趋于线性，从而实现高精度的连续测量。

Description

核反应堆控制棒驱动机构用棒位探测器及其使用方法

技术领域

本发明涉及控制棒探测技术领域，具体涉及核反应堆控制棒驱动机构用棒位探测器及其使用方法。

背景技术

控制棒驱动机构用棒位探测器(简称棒位探测器)是控制棒驱动机构的重要组成部件，用于监测反应堆中控制棒实际位置及落棒时间，并提供控制保护联锁信号。目前，国内外压水型反应堆用控制棒驱动机构棒位探测器以电感式棒位探测器为主，其测量原理是将若干测量线圈按照一定的规律组合成若干组，对其输出进行编码，由位于反应堆厂房以外的测量设备进行解码从而获得测量棒位。该测量方法主要有如下缺点：线圈易受磁路对称性和外部磁场等因素影响导致输出信号存在葫芦波干扰，不利于后续处理；线圈温度对其输出信号有较大影响，需根据不同工况进行人工调节；未进行冗余设计，任何线圈故障均将导致棒位探测器丧失可用性；探测信号不连续，测量精度较低。由此，一种不受磁路对称性、外部磁场和温度影响的具有冗余功能的高精度线圈感应式核反应堆控制棒驱动机构用棒位探测器有待研究。

发明内容

为了克服传统电感式棒位探测器的缺点，本发明提供了采用具有冗余功能的高精度线圈感应式核反应堆控制棒驱动机构用棒位探测器。

本发明通过下述技术方案实现：

核反应堆控制棒驱动机构用棒位探测器，该棒位探测器包括位置感应线圈，所述位置感应线圈采用双匝并绕结构，双匝线圈均为感应线圈且均可独立完成棒位测量功能。

本发明的棒位探测器的位置感应线圈采用双匝并绕结构，双匝线圈均是感应线圈，且各自独立，互为冗余。利用感应线圈阻抗随控制棒位置的变化特性测量感应线圈在给定交流电压激励下的输出电流，并利用电流-位移曲线插值计算出控制棒实际位置，降低了磁路对称性、外部磁场和线圈温度等因素对棒位输出信号的影响。

本发明的位置感应线圈采用分段子线圈的结构形式，使其阻抗值变化趋于线性，从而实现高精度的连续测量。具体的，本发明的位置感应线圈由五段等长度的采用双匝并绕方式绕制的子线圈并联而成。

优选的，本发明的棒位探测器还包括线圈保持架、保持架内支撑和保持架外壳；各子线圈均采用双匝并绕方式直接绕制在线圈保持架上；线圈保持架套在保持架内支撑外面，保持架外壳套在线圈保持架外面。

优选的，本发明的线圈保持架为带有端板的薄壁筒体，端板外径大于筒体外径，五段子线圈连续布置于两端板之间，且各子线圈双匝引接线均单独引出，通过固定在保持架外壳上的端子排进行接线。

优选的，本发明的线圈保持架的薄壁筒体采用非磁性材料。

优选的，本发明的保持架内支撑和保持架外壳均为薄壁筒结构。

另一方面。本发明还提出了上述核反应堆控制棒驱动机构用棒位探测器的使用方法，所述棒位探测器的上端通过锁紧机构固定在驱动杆行程套管上，下端通过探测器底座放置在驱动杆行程套管凸台上。

优选的，本发明的棒位探测器的双匝线圈互为冗余；棒位探测器运行时，正常情况下，由其中一匝线圈进行棒位测量，当该匝线圈功能丧失，则自动跳转另一匝线圈进行棒位测量。

优选的，本发明的棒位探测器是通过给位置感应线圈施加交流电压激励，测量位置感应线圈电流，然后通过电流-位移曲线反算出控制棒所在位置。

优选的，本发明的棒位探测器在运行中无需与运动部件直接接触，可布置在一回路压力边界部件外侧，充分保证一回路压力边界的完整性，在驱动机构检修中能够进行拆装。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明的棒位探测器的位置感应线圈采用双匝(A匝、B匝)并绕方式绕制的子线圈并联而成，双匝(A匝、B匝)线圈均是感应线圈，且各自独立，互为冗余。若一匝线圈功能丧失，则由另一匝完成棒位测量功能，正常情况下，由A匝线圈进行棒位输出，当判断A匝线圈存在电气故障时，自动跳转B匝线圈进行棒位输出。本发明能够保障棒位探测的可靠性。

2、本发明的棒位探测器整体布置在一回路压力边界部件外侧，通过运动部件运动过程中位置感应线圈阻抗的变化来间接地监测控制棒位置，在使用中可充分保证一回路压力边界的完整性。本发明的棒位探测器整体结构简单，无传动部件，与压力边界部件内部结构无机械接触，在驱动机构检修过程中可方便进行拆卸和安装。

3、本发明的棒位探测器利用感应线圈阻抗随控制棒位置的变化特性测量感应线圈在给定交流电压激励下的输出电流，并利用电流-位移曲线插值计算出控制棒实际位置，降低了磁路对称性、外部磁场和线圈温度等因素对棒位输出信号的影响。另外，采用分段子线圈的结构形式，使其阻抗值变化趋于线性，从而实现高精度的连续测量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的棒位探测器结构示意图。

图2为本发明的位置感应线圈结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-线圈保持架，2-位置感应线圈，3-保持架内支撑，4-保持架外壳，5-锁紧箍，6-锁紧螺栓，7-探测器底座，8-压缩弹簧，9-探测器顶盖，10-端子排，11-子线圈Ⅰ，12-子线圈Ⅱ，13-子线圈Ⅲ，14-子线圈Ⅳ，15-子线圈Ⅴ。

具体实施方式

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提出了核反应堆控制棒驱动机构用棒位探测器，本实施例的棒位探测器采用具有冗余功能的位置感应线圈，位置感应线圈采用双匝(A匝、B匝)并绕线圈的结构，使其具有冗余功能，在一匝线圈丧失功能时，另一匝线圈可接替完成棒位测量功能。棒位探测器采用给线圈施加交流电压激励，测量位置感应线圈电流，然后通过电流-位移曲线反算出控制棒所在位置的方式，降低了磁路对称性、外部磁场和线圈温度等因素对棒位输出信号的影响。

本实施例的棒位探测器结构独立，在驱动机构检修中可方便地进行安装和拆卸。且棒位探测器可整体布置在一回路压力边界部件外侧，不需要任何机械接触即可实现控制棒位置监测和落棒时间测量等功能，充分保证了一回路压力边界完整性。

具体如图1所示，本实施例的棒位探测器主要由线圈保持架1、位置感应线圈2、保持架内支撑3和保持架外壳4等零部件组成。线圈保持架1为带有端板的薄壁筒体，筒体材料为非磁性材料，端板外径大于筒体外径。

本实施例的位置感应线圈2采用双匝(A匝、B匝)并绕形式直接绕制在线圈保持架1上，保持架内支撑3和保持架外壳4均为薄壁筒结构，线圈保持架1套在保持架内支撑3外面，保持架外壳4套在线圈保持架1外面，保持架外壳4上部与棒位探测器顶盖9螺钉连接，保持架外壳4下部与探测器底座7螺钉加点焊连接。

保持架内支撑3和保持架外壳4为位置感应线圈2提供支撑和保护。

本实施例的棒位探测器安装时，上端通过锁紧装置(锁紧箍5和锁紧螺栓6，其中锁紧箍5与探测器顶盖9通过螺钉连接)固定在驱动杆行程套管上，下端通过探测器底座7放置在驱动杆行程套管凸台上。棒位探测器运行时，双匝(A匝、B匝)线圈均是感应线圈，且均可独立完成棒位测量功能。若一匝线圈功能丧失，由另一匝完成棒位测量功能，正常情况下，由A匝线圈进行棒位输出，当判断A匝线圈存在电气故障时，自动跳转B匝线圈进行棒位输出。棒位测量方式为通过给线圈施加交流电压激励，测量位置感应线圈电流，然后通过电流-位移曲线反算出控制棒所在位置。

本实施例的棒位探测器可用于各种反应堆的控制棒位置监测。

实施例2

本实施例对上述实施例1中的位置感应线圈2作了进一步优化。本实施例的位置感应线圈2采用分段子线圈的结构，使其阻抗值变化趋于线性，从而实现高精度的连续测量。

具体如图2所示，本实施例的位置感应线圈2由五段等长度的子线圈并联而成，由下至上分别为子线圈Ⅰ11、子线圈Ⅱ12、子线圈Ⅲ13、子线圈Ⅳ14、和子线圈Ⅴ15。各子线圈均采用双匝(A匝、B匝)并绕形式直接绕制在线圈保持架1上，五段子线圈连续布置于两端板之间，且各子线圈双匝引接线均单独引出，通过固定在保持架外壳4上的端子排10进行接线。

本实施例的棒位探测器工作原理：利用感应线圈阻抗随控制棒位置的变化特性测量感应线圈在给定交流电压激励下的输出电流，并利用电流-位移曲线插值计算出控制棒实际位置。由于运动部件(丝杠或驱动杆)具有导磁性能，当其运动到不同位置时，位置感应线圈的阻抗会随之发生变化，具体表现为运动部件插入位置感应线圈越多，线圈阻抗值越大，但线圈阻抗值会随运动部件插入距离的增加而呈非线性变化，本实施例具有冗余功能的高精度线圈感应式核反应堆控制棒驱动机构用棒位探测器位置感应线圈由五段长度较短的感应子线圈并联而成，运动部件在某一子线圈长度范围内运动时，该子线圈阻抗值随运动部件插入距离的变化基本仍处于线性变化阶段，且阻抗值变化比较明显。探测器运行时，根据各子线圈输出电流值变化情况自动判断运动部件端部所处位置子线圈，并测量该子线圈输出电流值，然后利用电流-位移曲线插值计算出运动部件的插入距离，从而更加精确的计算出控制棒所在位置。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.核反应堆控制棒驱动机构用棒位探测器，其特征在于，该棒位探测器包括位置感应线圈，所述位置感应线圈采用双匝并绕结构，双匝线圈均为感应线圈且均可独立完成棒位测量功能。

2.根据权利要求1所述的核反应堆控制棒驱动机构用棒位探测器，其特征在于，所述位置感应线圈由五段等长度的采用双匝并绕方式绕制的子线圈并联而成。

3.根据权利要求2所述的核反应堆控制棒驱动机构用棒位探测器，其特征在于，还包括线圈保持架、保持架内支撑和保持架外壳；各子线圈均采用双匝并绕方式直接绕制在线圈保持架上；线圈保持架套在保持架内支撑外面，保持架外壳套在线圈保持架外面。

4.根据权利要求3所述的核反应堆控制棒驱动机构用棒位探测器，其特征在于，线圈保持架为带有端板的薄壁筒体，端板外径大于筒体外径，五段子线圈连续布置于两端板之间，且各子线圈双匝引接线均单独引出，通过固定在保持架外壳上的端子排进行接线。

5.根据权利要求4所述的核反应堆控制棒驱动机构用棒位探测器，其特征在于，所述线圈保持架的薄壁筒体采用非磁性材料。

6.根据权利要求3所述的核反应堆控制棒驱动机构用棒位探测器，其特征在于，所述保持架内支撑和保持架外壳均为薄壁筒结构。

7.如权利要求1-6任一项所述的棒位探测器的使用方法，其特征在于，所述棒位探测器的上端通过锁紧机构固定在驱动杆行程套管上，下端通过探测器底座放置在驱动杆行程套管凸台上。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，棒位探测器的双匝线圈互为冗余；棒位探测器运行时，正常情况下，由其中一匝线圈进行棒位测量，当该匝线圈功能丧失，则自动跳转另一匝线圈进行棒位测量。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，棒位探测器是通过给位置感应线圈施加交流电压激励，测量位置感应线圈电流，然后通过电流-位移曲线反算出控制棒所在位置。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，棒位探测器在运行中无需与运动部件直接接触，可布置在一回路压力边界部件外侧，充分保证一回路压力边界的完整性，在驱动机构检修中能够进行拆装。

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