KR20120039045A

KR20120039045A - 디지털 핵 제어봉 제어 시스템

Info

Publication number: KR20120039045A
Application number: KR1020127005096A
Authority: KR
Inventors: 찰스 제이 로슬런드; 루이스 지 오토브레; 크리스토퍼 피 마이어; 조나단 이 베이슈; 제이 비 메타; 프레드 에이치 베드나; 롤돌포 아이 피널
Original assignee: 웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니 엘엘씨
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2010-07-13
Publication date: 2012-04-24
Also published as: CN102834874A; CA2767821C; WO2011014352A1; ES2909475T3; SI2460161T1; CA2767821A1; EP2460161A4; EP2460161B1; CN102834874B; JP2013500494A; US8670515B2; BR112012001841A2; KR101656547B1; PL2460161T3; EP2460161A1; JP5628915B2; BR112012001841B1; US20110026660A1

Abstract

자기 잭 제어봉 구동봉 구동 시스템의 각각의 코일에 에너지를 공급하기 위한 개별 전력 모듈을 채용하여, 두 개의 독립적으로 에너지가 공급된 그리퍼가 드롭 봉(dropped rod)을 피하기 위해 움직임이 없을 때 제어봉 구동봉을 동시에 지원할 수 있는 디지털 봉 제어 시스템. 시스템의 기본 구축 블록은 적어도 하나의 이동 캐비넷으로부터 멀티플렉스 전력을 수신하고 단일 논리 캐비넷의 제어 하에 있는 두 개 이상의 선택 캐비넷이다. 캐비넷 각각은 시스템의 신뢰성을 확인하기 위해 특징들을 모니터링하는 것을 포함한다.

Description

디지털 핵 제어봉 제어 시스템{DIGITAL NUCLEAR CONTROL ROD CONTROL SYSTEM}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2009년 7월 29일 출원되고, 발명의 명칭이 디지털 봉 제어 시스템인 미국 가출원 번호 제61/229,460호를 우선권 주장한다.

본 발명은 일반적으로 원자로 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게, 원자로의 노심 내외부로의 핵 제어봉의 이동을 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다.

가압수형 원자로 같은 전력 생성을 위한 원자로에서, 농축 우라늄 같은 핵 연료의 분열에 의해 열이 생성되고, 노심을 통해 흐르는 냉각수로 이송된다. 노심은 냉각수가 흐르는 연료 어셈블리 구조에서 서로 근접하여 설치된 신장된 핵 연료봉을 포함한다. 연료봉은 동일 공간(co-extensive) 병렬 어레이에서 서로 이격되어 있다. 주어진 연료봉에서 연료 원자들의 핵 붕괴동안 방출되는 몇몇의 중성자 및 다른 원자 입자들은, 연료봉들 간의 공간을 통과하게 되고, 인접한 연료봉의 핵 분열성 물질에 충돌하여, 핵 반응에 기여하게 되고 노심에 의해 발생되는 열에 기인하게 된다.

이동가능 제어봉은, 분열 반응에 기여할 수 있는, 연료봉들 간을 통과하는 중성자들의 일부를 흡수함으로써 전체적인 분열 속도의 제어를 가능하게 하기 위해 노심에 걸쳐 산재해 있다. 제어봉들은 일반적으로 중성자 흡수 재료의 신장된 봉들을 포함하고, 평행하게 뻗어있는 연료 어셈블리들에서 길이 방향 개구들 또는 가이드 딤블(guide thimble)들에 들어맞는다. 제어봉을 노심에 더 삽입함으로써, 인접한 연료봉에서의 분열에 기여하지 않고 더 많은 중성자들을 흡수하게 할 수 있고, 제어봉을 철회함으로써 중성자 흡수의 범위를 줄이고 핵반응의 속도 및 노심의 전력 출력을 증가시킬 수 있다.

제어봉은, 노심에 대해 제어봉들의 그룹을 전진시키거나 철회하도록 이동가능한 클러스터 어셈블리에 지지된다. 이러한 목적을 위해,제어봉 구동 메커니즘들은, 전형적으로 제어봉이 노심 위의 원자로 용기 내에 위치된 상부 내부 배치의 일부로서 제공된다. 원자로 용기는 전형적으로 높은 내부 압력으로 가압되어 있고, 제어봉 구동 메커니즘들은 원자로 압력 용기의 관형 연장인 압력 하우징에 하우징되어 있다. 도 1은 압력 용기(12)의 하부 절반 내에 지지된 노심(14)을 구비하는 원자로 압력 용기(12)를 하우징하는 종래의 핵 격납용기(10)의 개략도이다. 제어봉 어셈블리(16)는 노심(14) 내에 도시되어 있고, 구동 봉(20)에 의해 연료 어셈블리(도시 생략)의 내외부로 이동되는 제어봉(18)의 클러스터를 지지한다. 구동봉(20)은 분리가능한 원자로 클로저 헤드(22)를 통해 상부로 연장하는 구동봉 하우징(24)에 의해 이동가능하게 지지되어 있다. 제어봉 구동 메커니즘(control rod drive mechanisms; CRDM)은 제어봉 구동봉 하우징(24) 주위의 반응기 헤드 위에 위치되고, 제어봉(18)을 노심(14) 내의 연료 어셈블리에 삽입하거나 그로부터 인출하도록 수직 방향으로 구동봉을 이동시킨다. 봉 위치 표시자 코일(26) 또는 다른 표시자 메커니즘들이 하우징(24) 주위에 배치되어 구동봉(20)의 위치를 추적하고, 따라서 제어봉(18)은 노심(14)에 상대적이다. 봉 위치 표시자 코일(26)의 출력은 프로세서를 통해 격납 용기(10) 내의 봉 위치 표시자(rod position indicator; RPI) 전자 캐비넷(28)으로 이송된다. 그 후, 봉 위치 표시자 전자 캐비넷(28)의 출력은 격납용기 외부의 로직 캐비넷(30)과 RPI 프로세싱 유닛(32)으로 이송된다. 로직 캐비넷(30)은, 사용자 인터페이스(36)로부터 수동 명령어를 제공할 뿐만 아니라 도시되지 않은 플랜트 센서로부터의 지능(intelligence)로부터 생성하는 자동 명령어를 제공하는 원자로 제어 시스템(34)과 인터페이싱한다. 로직 캐비넷(30)은 운영자로부터 사용자 인터페이스(36)와 원자로 제어 시스템(34)을 통해 수동 요구 신호들을 수신하거나, 또는 원자로 제어 시스템(34)으로부터 자동 요구 신호들을 수신하고, 미리 정해진 스케줄에 따라 제어봉(18)을 동작시키는데 필요한 커맨드 신호들을 제공한다. 전력 캐비넷(38)은 모두 공지된 방법으로 CRDM을 동작시키도록 프로그래밍된 전류를 제공한다.

제어봉 어셈블리(16)를 배치하기 위한 메커니즘의 한가지 타입은, 제어봉 구동봉을 개별 단계에서 노심 내부 또는 외부로 증분 거리만큼 이동시키도록 동작가능한 자기 잭-타입 메커니즘(magnetic jack-type mechanism)이다. 일 실시예에서, 제어봉 구동 메커니즘은 전자기 코일 및 전기자(armature) 또는 구동봉 샤프트(20) 및 그 샤프트(20)에 연결된 제어봉 클러스터 어셈블리(16)를 상승시키거나 하강시키기 위해 조정하는 방식으로 동작되는 플런저(plunger)를 구비한다. 세 개의 코일(CRDM)은 압력 하우징(24) 주위 및 외부에 설치된다. 세 개의 코일 중 두 개는 코일에 의해 에너지가 공급될 때 구동봉 샤프트를 체결하는(engage) 그리퍼를 동작시키며, 하나 또는 그리퍼는 축 방향으로 고정되고 다른 그리퍼는 축 방향으로 이동가능하다.

구동봉 샤프트는 그 구동봉 샤프트 주위에 원주식으로 이격된, 그리퍼 상의 래치에 의해 고정된(clasped) 축 방향으로 이격된 원주 홈(groove)을 구비한다. 제 3 코일은 이동가능한 그리퍼와 고정 지점 간에 연결된 리프트 플런저를 가동시킨다. 제어봉 메커니즘으로의 전력이 손실되면, 두 개의 그리퍼 모두 해제되고(release), 제어봉은 중력에 의해 자신들의 최대 핵 자속 댐핑 위치로 떨어진다(drop). 제어 전력이 활성으로 남아있는 한, 고정 그리퍼와 이동가능 그리퍼 중 적어도 하나는 구동봉 샤프트를 항상 잡고 있게 된다.

세 개의 코일은 구동 샤프트를 잡고 이동시키도록 시간적으로 조정하는 방식으로 교대로 동작된다. 그리핑(gripping) 액션 및 이동 시퀀스는 단계별 이동이 철회하는 것인지 또는 전진시키는 것인지에 따라 상이하다. 고정 그리퍼 및 이동가능 그리퍼는 실질적으로, 이동 시퀀스 동안, 전진시키거나 철회하기 위해 고정을 유지하는 것에서부터 이동하는 것으로의 변화 동안 그리퍼 모두 구동 샤프트를 체결함에도 불구하고 교대로 동작한다. 고정 그리퍼는 구동 샤프트를 잡을 수 있지만, 이동가능 그리퍼는 구동 샤프트 및 제어봉을 낮추기(내보내기) 위해 새로운 체결 위치로 이동된다. 이동가능 그리퍼는 리프트 플런저에 의해 제어되는 바와 같이 구동 샤프트를 위로 또는 아래로 이동시킬 때 그 구동 샤프트를 체결한다. 이동가능 그리퍼가 구동 샤프트를 체결한 후, 고정 그리퍼가 해제된 다음 플런저가 활성화되거나 비활성화되어 한 방향 또는 다른 방향으로 이동하는 결과를 가져온다. 전형적으로, 잭킹(jacking) 또는 단계적 이동은 구동봉 샤프트를 5/8인치(1.6cm) 이동시키고, 몇몇(228)의 단계는 단계 당 약 0.8초에서 취해져서 제어봉 클러스터를 연료 어셈블리의 바닥과 상부 사이의 위치들의 전범위(full span)에 걸쳐 이동시킨다.

더 상세하게, 제어봉을 들어올리기(철회하기) 위해, 고정 그리퍼가 구동봉 홈에 체결되고 이동가능 그리퍼 및 플런저 모두 비활성되는 것에서 시작하여, 다음 단계들이 순차적으로 달성된다.

1. 이동가능 그리퍼에 에너지가 공급되고 구동봉 홈을 체결한다.

2. 고정 그리퍼에 에너지 공급이 중단되고 구동봉으로부터 체결이 해제된다.

3. 리프트 코일에 에너지가 공급되고 이동가능 그리퍼 및 구동봉을 리프트 플런저의 범위(span)와 동일한 높이(elevation)만큼 전자기적으로 들어올린다.

4. 고정 그리퍼에 에너지가 공급되고, 구동봉을 재체결 및 유지한다(즉, 그리퍼 모두 체결된다).

5. 이동가능 그리퍼에 에너지 공급이 중단되고 구동봉을 체결해제한다.

6. 리프트 코일에 에너지 공급이 중단되고, 이동가능 그리퍼를 자신의 시작 위치로 다시 드롭하고, 주로 들어올려진 구동봉에 대하여 한 단계 낮춘다.

유사하게, 제어봉을 낮추기(전진시키기) 위해, 단지 고정 그리퍼에 에너지가 공급되는 것에서 시작하여, 다음 단계들이 순차적으로 달성된다.

1. 리프트 코일에 에너지가 공급되고, 이동가능 그리퍼를 구동봉을 따라 한단계 위호 이동시킨다.

2. 이동가능 그리퍼 코일에 에너지가 공급되고 이동가능 그리퍼가 구동봉을 잡는다.

3. 고정 코일에 에너지 공급이 중단되고, 구동봉을 해제한다.

4. 리프트 코일에 에너지 공급이 중단되고, 이동가능 그리퍼 및 구동봉을 한단계만큼 드롭한다.

5. 고정 코일에 에너지가 공급되고 고정 그리퍼가 구동봉을 이전 위치보다 한 단계 더 높은 위치에서 체결한다.

6. 이동가능 코일에 에너지 공급이 중단되고 이동가능 그리퍼가 구동봉으로부터 체결해제된다.

다수의 특정 코일 메커니즘 및 그리퍼 메커니즘이 가능하다. 전술한 바와 같이 고정 그리퍼, 이동가능 그리퍼 및 리프팅 코일을 구비한 코일 재킹 메커니즘의 예는, 예를 들면, 미국 특허 번호 제5,307,384호, 제5,066,451호, 및 제5,009,834호에 개시되어 있다. 부가하여, 미국 특허 번호 제3,959,071호에 개시된 바와 같이, 유사한 방식으로 동작하는 네 개 및 다섯 개의 코일 선형 구동 메커니즘이 채용되었다.

그리퍼 및 리프팅 코일/전기자 배치를 위해 어떠한 기계적 배치가 채용되더라도, 각각의 순차 동작을 완료하기 위해서는 개별적인 시간 간격이 필요하다. 제어봉을 빠르고, 신뢰성있으며, 효율적으로 이동시키기 위해, 각각의 그리퍼 및 코일은 자신들의 타이밍에 정확하게 동작되어야 한다. 이것은 각각의 코일에 대해 코일 에너지 공급 전력 신호가 정확하게 타이밍되어야 하는 것을 요구한다.

코일 에너지 공급의 전력 레벨은 간단히 온 및 오프될 수 있고, 또는, 바람직하게, 코일은 시퀀스의 상이한 동작 동안 상이한 레벨로 에너지가 공급될 수 있다. 코일 신호는 논리 컨트롤러에 의해 조정하는 방식으로 레벨들 간에 스위칭될 수 있다. 논리 컨트롤러는 전력 조정 회로를 스위치 온 및 오프시키기 위해 또는 미국 특허 번호 제5,999,583호에 보다 상세히 설명된 바와 같이 전류 레벨들 간을 스위칭하기 위해 타이밍 신호를 생성한다.

많은 원자력 발전소를 위한 전류 봉 제어 시스템은 1970년대 동안 개발되었다. 이들 시스템은 많은 단일 장애 메커니즘을 갖는 그 중 임의의 것은 봉이 드롭되는 것을 초래할 수 있다. 이 시스템들은 이전에 설계되었고, 현대의 컴퓨터 기반 기기(instrumentation) 및 제어 장비의 능력을 이용하지 못한다. 더욱이, 이들 시스템은 제조 및 유지하는데 비용이 많이 들고, 이들 및 다른 제한을 극복하는 개선된 봉 제어 시스템이 필요하다. 바람직하게, 그러한 봉 제어 시스템은 상당한 재-엔지니어링(re-engineering) 없이 상이한 자기 잭 시스템 설계에 적용하기에 충분히 유연할 것이다. 더욱이, 그러한 시스템은 기존 자기 잭 메커니즘을 개조할 수 있어야 한다.

이들 및 다른 목적은 각각 제어봉 어셈블리와 연관되고 그 중 적어도 몇몇은 리프트 코일, 이동가능 그리퍼 및 고정 그리퍼를 갖는 복수의 구동 봉 구동 시스템의 동작을 제어하는 본 발명의 핵 제어봉 제어 시스템에 의해 달성된다. 본 발명의 핵 제어봉 제어 시스템은 복수의 제어봉 어셈블리 구동봉 구동 시스템의 리프트 코일로의 멀티플렉싱된 전력을 제어하기 위한 이동 유닛을 포함한다. 부가하여, 본 발명의 핵 제어봉 제어 시스템은 이동 유닛으로부터 전력을 각각 수신하고, 이동 유닛으로부터의 전력을 대응하는 제어봉 구동 시스템의 대응하는 리프트 코일에 통신하는 복수의 선택 유닛을 포함한다. 이들 각각의 선택 유닛은 또한, 대응하는 제 1 전력 제어 모듈을 통해 전력원으로부터의 전력을 각각 수신하고 대응하는 제 1 전력 제어 모듈로부터의 전력을 대응하는 제어봉 구동 시스템의 대응하는 이동가능 그리퍼에 선택적으로 통신한다. 각각의 선택 유닛은 또한, 전력원으로부터의 전력을 대응하는 제 2 전력 제어 모듈을 통해 각각 수신하고, 대응하는 제 2 전력 제어 모듈로부터의 전력을 대응하는 제어봉 구동 시스템의 대응하는 고정 그리퍼에 선택적으로 통신한다. 본 발명은 또한, 복수의 제어봉 어셈블리 구동봉 구동 시스템의 리프트 코일, 이동가능 그리퍼 및 고정 그리퍼로의 전력을 조정하기 위한 논리 유닛을 더 포함한다.

일 실시예에서, 이동 유닛은 적어도 두 개의 선택 유닛 내의 리프팅 코일을 제어한다. 바람직하게, 이동 유닛, 각각의 선택 유닛 및 논리 유닛은 각각 개별 모듈러 캐비넷에 하우징된다. 종래에, 제어봉 어셈블리는 각 그룹이 복수의 제어봉 어셈블리를 포함하는 그룹들로 배치되고, 본 발명의 일 실시예에 따라, 각각의 선택 유닛은 적어도 두 개의 제어봉 어셈블리 그룹을 제어한다. 바람직하게, 두 개의 제어봉 어셈블리 그룹은 대응하는 선택 유닛에 의해 개별적으로 제어된다. 바람직하게, 정상적인 원자로 동작 하에서, 각 그룹 내의 제어봉 어셈블리는 함께 이동하고, 제어봉 어셈블리의 각각의 그룹은 적어도 네 개의 제어봉 어셈블리를 포함한다. 또한, 본 발명에 따라, 정상적인 원자로 동작 하에서, 각 그룹 내의 제어봉 어셈블리는 함께 이동하고, 주어진 그룹 내의 각각의 제어봉 구동 시스템 내의 이동가능 그리퍼, 상기 주어진 그룹 내의 각각의 제어봉 구동 시스템 내의 고정 그리퍼, 및 상기 주어진 그룹 내의 각각의 제어봉 구동 시스템 내의 리프트 코일은 각각 병렬로 제어된다. 후자의 경우에, 각각의 제어봉 어셈블리 내의 이동가능 그리퍼 및 고정 그리퍼는 대응하는 전자기 코일에 의해 작동되고, 일 실시예에서 각각의 전자기 그리퍼 코일 및 리프트 코일 각각에서의 전류를 모니터링하고 모니터링된 전류에 기초하여 코일에 공급되는 전류를 제어하는 전류 조정기 컨트롤러를 포함한다. 바람직하게, 전류 조정기 컨트롤러는 각각의 코일에 대해 전류 프로파일 데이터를 캡처하고, 적절한 제어봉 어셈블리 구동봉 구동 시스템 동작을 위해 전류 프로파일 데이터를 분석한다. 바람직하게, 전류 조정기 컨트롤러는 전류 프로파일 데이터의 분석을 이용하여, 대응하는 제어봉 어셈블리 구동봉 구동 시스템이 올바르게 동작하지 않는 경우에는 구동봉 움직임을 정지시킨다. 그러한 시스템에서, 전류 조정기 컨트롤러는 개별 코일 전류, 코일 전압, 전동 발전기 세트 전압, 복수의 인쇄 회로 카드 중 적어도 몇몇의 삽입/제거 상태, 및 대응하는 선택 유닛에 대하여 각각의 인쇄 회로 카드 상의 복수의 커넥터 중 적어도 몇몇의 상태를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 다수의 파라미터를 모니터링한다.

또 다른 실시예에서, 각각의 선택 유닛은 구획된 개별 모듈러 캐비넷에 하우징되고 각각의 제어봉 어셈블리의 그룹은 개별 구획으로부터 제어된다. 바람직하게, 이동 유닛은 주어진 그룹 내의 제어봉 어셈블리 각각을 상기 주어진 그룹 내의 또 다른 제어봉 어셈블리와는 독립적으로 이동시켜, 제어봉 어셈블리가 개별적으로 테스트되게 할 수 있다. 바람직하게, 선택 유닛은, 제 2 전력 제어 모듈 중 주어진 모듈로부터 주어진 구동봉 구동 시스템과 연관된 상기 고정 그리퍼로의 전력 출력을 모니터링하기 위한 장애 검출 시스템을 포함하고, 제 2 전력 제어 모듈과 고정 그리퍼 사이에 연결된 보호 버스를 더 포함하고, 보호 버스는 장애 검출 시스템의 제어 하에 장애 검출 시스템이 제 2 전력 제어 모듈 중 주어진 모듈의 출력에서 장애를 식별하는 경우 제 2 전력 제어 모듈 중 또 다른 모듈에 접속시킨다. 바람직한 실시예에서, 보호 버스는 제 2 전력 제어 모듈 중 주어진 모듈과 연관된 선택 유닛이 유지보수를 위해 작동되지 않는 경우 또 다른 선택 유닛 내의 제 2 전력 제어 모듈 중 또 다른 모듈에 접속시킨다.

또 다른 실시예에서, 선택 유닛은 대응하는 리프트 코일에 에너지가 공급되지 않을 때 대응하는 이동가능 그리퍼 및 고정 그리퍼에 함께 에너지를 공급한다. 바람직하게, 선택 유닛은 각각의 선택 유닛 내에 제어 및 모니터링 기능을 제공하고 논리 유닛과 다른 선택 유닛 및 이동 유닛과의 통신을 제공하는 마이크로프로세서 기반 전자 카드 샤시를 각각 포함한다.

본 발명의 추가의 이해는 첨부 도면과 결합하여 읽을 때 후술하는 바람직한 실시예로부터 얻을 수 있다.
도 1은 제어봉 어셈블리를 원자로 용기 내부 및 외부로 삽입하거나 인출하기 위한 제어봉 구동 시스템을 지지하는 원자로 용기의 윤곽을 도시하는 원자로 격납용기의 개략도이다.
도 2는 구동 시스템의 내부 구성요소를 보여주기 위해 일부를 잘라낸, 도 1에 도시된 제어봉 구동 샤프트 구동 시스템의 확대 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 구동봉 구동 시스템을 제어하기 위한 본 발명의 제어 시스템의 블록 개략도이다.
도 4는 이동 캐비넷 및 선택 캐비넷 각각에 채용되는 전력 제어 모듈의 개략적인 회로도이다.
도 5는 선택 캐비넷 회로의 개략적인 블록도이다.
도 6은 이동 캐비넷 회로의 개략적인 블록도이다.
도 7은 전류 조정 컨트롤러가 성공적인 그리퍼 동작을 어떻게 모니터링하는지를 보여주는 프로세스 흐름도 및 그래픽 표현이다.
도 8은 이동 캐비넷과 선택 캐비넷의 상호접속을 도시하는 세 개의 코일 제어봉 구동봉 구동 시스템의 개략적인 회로도이다.
도 9는 세 개의 코일이 있는(three-coiled) 전력 캐비넷 회로의 세부사항의 개략적인 회로도이다.
도 10은 네 개의 코일이 있는 제어봉 구동봉 자기 잭 구동 시스템을 위한 구동봉 제어 시스템 전력 캐비넷 구조의 개략적인 회로도이다.
도 11은 다섯 개의 코일이 있는 제어봉 구동봉 자기 잭 구동 시스템을 위한 전력 캐비넷 구조의 개략적인 회로도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 제어봉(18)은 제어봉 어셈블리로서 지칭되는 클러스터(16)에 부착되고, 각각의 클러스터는 제어봉(18)을 전진시키거나 또는 제어봉이 노심내의 핵 플럭스의 가변 댐핑을 위해 철회되는 연료봉 어셈블리를 포함하는 노심(14) 위의 수직 지지 하우징(24)에 배치되는 구동봉(20)에 의해 공통으로 구동된다. 제어봉 구동 메커니즘의 이동부는 원자로의 압력 엔빌롭 내에 있고, 이동가능부를 구동하기 위한 전자기 코일(CRDM)은 원자로 위로 연장되는 하우징(24) 각의 주위에 배치되어 있다.

도 2는 규정된 시퀀스에서 구동 메커니즘(40)의 연관 코일(46, 48 및 50)에 에너지가 공급될 때 구동봉(20)을 체결, 들어올리기 및/또는 낮추기 위해 시퀀스에서 동작가능한 그리퍼(42 및 44)를 도시하기 위해 하우징(24)의 연장부가 부분적으로 절단된 구동봉 구동 메커니즘(40)을 도시한다. 이 배치는 실질적으로 미국 특허 번호 제5,009,834호에 개시되어 있다.

본 발명의 디지털 봉 제어 시스템은 노심으로부터 제어봉을 인출하거나 삽입하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 원자력 발전소 기기 및 제어 시스템(34)과 결합하여 기능하는 시스템이다. 원자력 발전소는 공통적으로 그룹으로 배치되는 다수의 제어봉 어셈블리, 전형적으로 그룹당 네 개의 제어봉 어셈블리를 포함한다. 제어봉 어셈블리의 그룹은 일반적으로 원자로 온도 및 전력을 조정하기 위해 함께 삽입/철회된다. 기기 및 제어 시스템(34)은 원자로 온도 및 전력을 모니터링하고, 적절하게 봉 움직임을 요구하기 위해 신호를 본 발명의 디지털 봉 제어 시스템에 제공한다. 이들 요구 신호에 응답하여, 디지털 봉 제어 시스템은 제어봉을 삽입/인출한다. 제어봉 움직임은 (도 2에 도시된) 제어봉 구동 메커니즘에서 다양한 코일(46, 48 및 50)에 전력 온/오프를 순환시킴으로서 달성된다.

본 발명에 채용되는 제어봉 구동 메커니즘은, 코일로의 전력이 순환될 때마다 고정적으로 증가되는 방식으로 제어봉 어셈블리(16)의 구동봉(20)을 이동시킬 수 있는 자기 잭 메커니즘이다. 제어봉(18)의 스파이더(spider)는 제어봉 구동봉(20)(종종 구동 샤프트로 지칭됨)의 바닥에 부착되어, 어셈블리 내의 모든 제어봉이 함께 이동한다. 도 2에 도시된 제어봉 구동 메커니즘은 세 개의 코일, 고정 그리퍼 코일(46), 이동가능 그리퍼 코일(48) 및 리프트 코일(50)을 포함한다. 이전 단락에서 언급한 바와 같이, 상이한 시퀀스에서 이들 코일로의 전력을 온 및 오프로 순환시킴으로써, 제어봉 구동 메커니즘(40)은 제어봉 구동 샤프트(20) 및 제어봉(16)이 노심에 삽입되거나 그로부터 인출되게 한다.

본 발명의 디지털 봉 제어 시스템은 도 2에 도시된 CRDM 코일(46, 48 및 50)에 펄스형 전력을 제공하여, 발전소 기기 및 제어 시스템에 의해 요구되는 제어봉 움직임을 제공한다. CRDM 코일 전력은 디지털 봉 제어 시스템 전력 캐비넷에 3상 전력을 제공하는 병렬 세트의 전동 발전기 세트로부터 유도된다. 디지털 봉 제어 시스템 전력 캐비넷은 이 3상 전력을 CRDM을 순환시키고 요구되는 봉 움직임을 제공하는데 필요한 펄스형 전력으로 변환한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 봉 제어 시스템을 위한 구조를 도시한다. 보다 상세하게, 도 3은 세개의 코일 제어봉 구동 메커니즘(CRDM)을 채용하는 웨스팅하우스 원자력 발전소용의 디지털 봉 제어 시스템을 위한 전형적인 구조를 도시한다. 도 3에 도시된 실시예에 따라, 본 발명의 디지털 봉 제어 시스템은 하나의 논리 캐비넷(52), 하나의 이동 캐비넷(54) 및 두 개의 선택 캐비넷(56)을 포함한다. 이동 캐비넷과 선택 캐비넷은 각각 "전력 캐비넷"으로 또는 집합적으로 "전력 캐비넷들"로 지칭될 수 있다. 도 3에 도시된 디지털 봉 제어 시스템이 특정 수의 캐비넷을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 필요에 따라 부가의 캐비넷이 포함될 수 있다는 것이 당업자에게는 자명하다. 부가의 선택 및 이동 캐비넷이, 예를 들면, 제한없이, 제어봉의 양, 제어봉의 그룹화, 및 제어봉 구동 메커니즘 당 코일의 수가 발전소 구성에 필적하도록 포함될 수 있다.

도 3에 도시된 실시예에서, 각각의 선택 캐비넷(56)은 전력을 두 개, 네 개의 제어봉 어셈블리 그룹(즉, 각각의 그룹은 네 개의 구동봉을 가짐)에 제공한다. 그러나, 이후에 이해되는 바와 같이, 특정의 선택 캐비넷 배치는 상이한 발전소 구성에 따라 가변할 수 있지만 본 발명의 범위 내에 있다.

현재의 실시예에서, 디지털 봉 제어 시스템은 하나의 4-구동 봉 그룹과 연관된 네 개의 CRDM을 제어하기 위해 병렬 코일 제어(58)를 사용한다. 이 병렬 코일 제어는 반도체 정류기(SCR) 브릿지 전력 회로(그 블록도가 도 4에 도시되어 있음)로부터 제공된다. SCR 브릿지 전력 회로(60)는 반파(half-wave) SCR 브릿지 정류기(62), 전류 모니터링을 위한 션트 저항(64), 및 전류 조정 컨트롤러(current regulating controller; CRC)(66)를 포함한다. 전류 조정 컨트롤러는 코일 내의 전류를 모니터링하고 SCR 발사 각도(firing angle)를 조정하여 CRDM 코일을 통해 흐르는 원하는 전류를 발생시키도록 적응되어 있다. 하나의 SCR 브릿지 정류기(62)는 도 4에 도시된 바와 같이 전력을 네 개의 모든 코일(즉, 한 그룹 내의 네 개의 제어봉 구동 내의 대응하는 코일)에 제공한다. 그러나, 각각의 코일에 개별 션트 저항(64)이 제공되어, 전류 조정 컨트롤러(66)가 네 개의 모든 코일 전류를 개별적으로 모니터링할 수 있다.

도 4에 도시된 하나의 SCR 브릿지 전력 회로는 하나의 봉 그룹에 대해 각각의 코일 타입에 대해 필요한데, 즉, 하나의 SCR 브릿지 전력 회로(60)는 하나의 봉 그룹 내의 네 개의 고정 그리퍼에 전류를 제공하고; 하나의 SCR 브릿지 전력 회로(60)는 하나의 봉 그룹 내의 네 개의 이동가능 그리퍼에 전류를 제공하며; 하나의 SCR 브릿지 전력 회로(60)는 하나의 봉 그룹 내의 네 개의 리프트 코일에 전류를 제공한다.

도 4에 보다 상세히 도시된, 각각의 전력 제어 모듈(60) 내의 전류 조정 컨트롤러(66) 내의 마이크로컨트롤러는 도 7에 도시된 바와 같은 각각의 코일에 대해 전류 프로파일 데이터를 캡처한다. CRC(66)는 적절한 CRDM 동작을 위해 전류 프로파일 데이터를 분석한다. 보다 상세하게, CRC는 성공적인 그리퍼 동작을 표시하는 딥 인 전류(dip in current; 82)를 위해 각각 코일 내의 전류를 모니터링한다. CRC는 CRDM이 올바르게 동작하지 않는다면 봉 움직임을 중단하기 위해 이 분석 결과를 이용한다. 이것은 잠재적인 드롭 봉(dropped rod)을 방지한다. CRC는 전류프로파일 정보를 고속 네트워크를 통해 애플리케이션 서버로 전송한다. 애플리케이션 서버는 분석을 위해 운영자에게 전류 프로파일 트레이스 정보를 디스플레이하고 미래의 참조를 위해 데이터를 아카이브로 만든다(archive).

도 5는 세 개의 코일 CRDM을 채용하는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1에 도시된 디지털 봉 제어 시스템의 선택 캐비넷(56)의 블록도이다. 보다 상세하게, 도 5는 웨스팅하우스 원자력 발전소 설계에 적용가능한 선택 캐비넷을 위한 전형적인 구조를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 선택 캐비넷은 SCR 브릿지 전력 제어 모듈(60) 및, 고정 그리퍼(SG)와 이동가능 그리퍼(MG) CRDM 코일을 위한 컨트롤러 전자기기(72)를 포함한다. 고정 및 이동가능 그리퍼(44 및 42)는 각각 봉 움직임을 위해 사용되고 봉 움직임이 없을 때 봉을 제 위치에 유지하는데 사용된다. 각각의 선택 캐비넷(56)은, 코일을 유지하는 두 개의 그룹(캐비넷의 전방부로부터의 한 그룹 및 캐비넷의 후방부로부터의 한 그룹)이 하나의 선택 캐비넷으로부터 제어될 수 있도록 서로 분리된 전방부 및 후방부를 포함한다. 도 5는, 캐비넷의 두 개의 절반이 개별 그룹에 대해 동일한 컴포넌트를 갖는다는 것이 이해되더라도, 캐비넷의 절반인 그러한 하나의 구획을 도시한다. 현재의 실시예에서, 선택 캐비넷의 각각의 절반은 두 개의 SCR 브릿지 전력 회로(60), 멀티플렉스 SCR(68), 보호 버스 회로(70) 및 마이크로프로세서 기반 전자 카드 샤시(72)를 포함한다.

SCR 브릿지 전력 회로(60)는 각각 SG 코일(46)에 그리고 MG 코일(48)에 코일 전력을 제공한다. 본 발명의 디지털 봉 제어 시스템은 SG 및MG 모두 봉 그룹과 연관된 상태에서 봉을 제 위치에 홀딩하는 것을 제공하는 이중 홀드 특징을 지원한다. 이중 홀드 특징은, 봉이 움직이지 않을 때, 봉을 제 위치에 정상적으로 홀딩하고 있는 두 개의 그리퍼가 있기 때문에 드롭 봉을 초래하는 것으로부터 많은 타입의 단일 장애를 방지한다. 이중 홀드 특징의 애플리케이션은 시스템 소프트웨어에 의해 제어된다. 봉 움직임이 없을 때 MG 코일에 에너지를 공급하게 되면 이중 홀드 특징을 제공할 수 있다.

멀티플렉스 SCR(68)은 봉 움직임 동안 이동 캐비넷(54)으로부터의 전력이 CRDM 리프트 코일(50)을 통해 흐르게 하기 위해 턴온된다. 멀티플렉스 SCR은 하나의 이동 캐비넷으로부터의 리프트 코일 전력이 다수의 선택 캐비넷(56)에 사용될 수 있게 한다.

보호 버스(70)는, 고정 그리퍼(46)와 연관된 SCR 브릿지 전력 제어 회로(60)의 장애가 있는 경우 홀딩 전력을 SG(46)에 공급한다. 보호 버스(70)는 다이오드(74) 및 SCR(76)에 의해, 캐비넷의 다른 측 상의 SCR 브릿지 같은 다른 고정 SCR 브릿지로부터 전력을 수신한다. 단일 고정 브릿지 회로(60)에 장애가 발생하면, 장애가 발생된 고정 전력 브릿지 회로(60)와 연관된 보호 버스는, 그 보호 버스로부터 SG 코일에 전력을 공급하기 위해 턴온되어, 다른 고정 브릿지 회로로부터의 전력을 효과적으로 제공한다. 이 보호 버스 회로는 또한, 이 캐비넷 내에서 유지보수가 수행될 필요가 있다면 SG가 보호 버스로부터 래치되어 홀드될 수 있도록 유지보수 홀드 회로로서 동작한다. 부가하여, 보호 버스는 네 개의 코일 자기 잭 제어봉 구동 시스템을 위해 단일 봉 움직임 동안 사용되어, 이동되어서는 안되는 봉에 대해 에너지가 공급된 상부 그리퍼 코일을 홀드하게 한다. 마이크로프로세서 기반 전자 카드 샤시(72)는 캐비넷 내의 제어 및 모니터링 기능을 제공하고, 논리 캐비넷(52)과 다른 전력 캐비넷(54 및 56)과의 통신을 제공한다. 이와 관련하여, 마이크로프로세서 기반 전자 카드 샤시는 전력 제어 모듈(60)을 모니터링하고 장애 식별시 보호 버스 SCR(76)을 턴온한다.

도 6은 도 3에 도시된 디지털 봉 제어 시스템의 이동 캐비넷(54)의 절반의 블록도이다. 이동 캐비넷은 단지 봉 움직임 동안에만 사용되는 CRDM 리프트 코일에 전력을 제공한다. 이동 캐비넷으로부터의 전력은 다수의 봉 그룹에 대한 봉 움직임을 지원하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 각각의 이동 캐비넷 SCR 브릿지(60)는 전력은 CRDM 리프트 코일의 단지 하나의 그룹에 한 번에 제공할 수 있다. 모든 발전소 구성이 두 개 이상의 그룹으로 구성되는 봉 뱅크 및 제어 뱅크의 중복 움직임을 포함하기 때문에, 다수의 이동 캐비넷이 요구된다. 병렬 코일 제어는 하나의 봉 그룹과 연관된 네 개의 CRDM 리프트 코일을 제어하기 위해 SCR 브릿지 전력 회로(60)로부터 제공된다. 선택 캐비넷의 경우에, 각각의 이동 캐비넷은 네 개의 CRDM 리프트 코일 중 두 개의 코일 세트가 하나의 이동 캐비넷으로부터 제어될 수 있도록 전방부 및 후방부를 구비한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 이동 캐비넷은 SCR 브릿지 및 리프트 코일을 위한 제어 전자 기기를 포함한다. 이와 관련하여, 이동 캐비넷의 각각의 절반은 SCR 브릿지 전력 회로(60), 마이크로프로세서 기반 전자 카드 샤시(78) 및 리프트 접속해제 SCR(80)을 포함한다. SCR 브릿지 전력 회로(60)는 코일 전력을 리프트 코일에 제공하도록 적응된다. 하나의 브릿지는 개비넷 전방에 위치되고, 하나의 브릿지는 캐비넷 후방에 각각 위치되어, 각 그룹의 리프트 코일에 전력을 제공한다.

리프트 접속해제 SCR(80)은 전동 발전기 세트로의 중립 리턴(neutral returns)과 개별 리프트 코일로부터의 리턴 사이에 개재되어, 단일 봉 움직임을 지원한다. 병렬 코일 제어를 사용하면, 그룹 내의 네 개의 모든 봉이 병렬로 동작하게 된다. 리프트 접속해제 SCR(80)은 필요할 때 이동되어야 할 봉을 제외하고 그룹 내의 모든 봉에 대해 리프트 코일을 접속해제함으로써 단일 봉의 동작을 가능하게 한다. 마이크로프로세서 기반 전자 카드 샤시(78)는 캐비넷(54) 내의 제어 및 모니터링 기능을 제공하고, 논리 캐비넷(52)과 다른 전력 캐비넷(54 및 56)과의 통신을 제공한다.

도 8은 세 개의 코일 제어 봉 구동 메커니즘 자기 잭 시스템을 위한 전력 캐비넷 구조를 도시한다. 하나의 이동 캐비넷(54)(전방(84) 및 후방(86))이 도시되어 있다. 하나의 선택 캐비넷(56)(전방(88) 및 후방(90))이 도시되어 있다. 이동 및 선택 캐비넷의 전방부 및 후방부는 동일하다. 이동 캐비넷(54)의 각 부(전방(84) 및 후방(86))는 네 개의 리프트 코일(50)의 세트를 위한 제어 전자 기기를 포함한다. 부가하여, 선택 캐비넷(56)의 각각의 부(전방(88) 및 후방(90))는 네 개의 고정 그리퍼 코일(46)의 세트 및 네 개의 이동가능 그리퍼 코일(48)의 세트를 위한 제어 전자 기기를 포함한다. 네 개의 봉의 그룹을 이동시키기 위해, 이동 캐비넷(54)은 리프트 코일 SCR 브릿지(92)를 통해 전력을 제공하도록 사용되고, 선택 캐비넷(56)은 고정 그리퍼 및 이동가능 그리퍼 전력을 각각 고정 그리퍼 SCR 브릿지(94) 및 이동가능 그리퍼 SCR 브릿지(96)를 통해 제공하도록 사용된다. 선택 캐비넷(56) 내의 멀티플렉스 SCR(98)는 이동 캐비넷으로부터의 전력이 선택된 봉 그룹을 위해 리프트 코일(50)로 흘러갈 수 있도록 스위치 온된다. 리프트 코일 제어 전력은 단일 봉 움직임 동안 다른 봉 그룹 내의 리프트 코일을 통해 원치않는 전류가 흐르는 것을 방지하는 것이 요구되는 블록킹 다이오드(100)를 통해 제공된다. 전류 경로 각각에는 하나 이상의 퓨즈(102)가 제공되어, 단일 봉 움직임을 지원하기 위해 제공하는 리프트 접속해제 SCR(80)을 통해 흐르는 리턴 전류로부터 회로 및 리프트 코일(50)을 보호한다. 보호 버스(70)는 각각의 선택 캐비넷의 전방과 후방 사이에 뻗어있다. 바람직하게, 보호 버스(70)는 보호 버스가 보호 버스 회로의 과부하의 위험없이 다수의 선택 캐비넷에서 동시에 동작할 수 있도록 선택 캐비넷들 사이에는 뻗어 있지 않다. 그러나, 적절한 회로 예방책을 각게 되면, 보호 버스는 선택 캐비넷들 사이에 뻗어 있을 수 있다.

도 9는 웨스팅하우스 설계를 위해 전형적인 세 개의 봉 그룹의 세트와 연관된 모든 전력 캐비넷에 대한 전력 회로 도면을 도시한다. 선택 및 이동 캐비넷 할당은, 도면을 불필요하게 복잡하게 할 수 있기 때문에 도시되어 있지 않다. 봉 그룹은, 세트 내의 하나 이상의 봉 그룹이 동시에 이동되지 않도록 전력 캐비넷 세트에 할당된다. 봉 그룹은 전형적인 웨스팅하우스 세 개의 루프 발전소용으로 도시되어 있다. 도 9로부터, 블록킹 다이오드(100)는 단일 봉 움직임 동안 다른 봉 그룹내의 리프트 코일을 통해 원치않는 전류가 흐르는 것을 방지한다는 것을 더 잘 이해할 수 있다.

도 10은 네 개의 코일 제어봉 구동봉 구동 시스템 설계를 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 대한 전력 캐비넷 구조를 도시한다. 하나의 이동 캐비넷(54)(전방(84) 및 후방(86))이 도시되어 있다. 하나의 선택 캐비넷(56)(전방(88) 및 후방(90))이 또한 여기에 도시되어 있다. 선택 캐비넷(56)의 전방부(88) 및 후방부(90)는 동일하다. 선택 캐비넷의 후방부(90)는 캐비넷이 전방부(88)와 동일한 회로를 포함하고, 또 다른 네 개의 봉의 그룹에 제어를 제공한다. 이동 캐비넷(54)은 전방부(84) 및 후방부(86)로 분리된다. 전방부(84)는 네 개의 하위 리프트 코일(106)의 세트를 위한 제어 전자 기기를 포함한다. 후방부(86)는 네 개의 상위 리프트 코일(104)의 세트를 위한 제어 전자 기기를 포함한다. 네 개의 봉의 그룹을 이동시키기 위해, 이동 캐비넷은 하위 리프트 및 상위 리프트 코일 전력을 제공하도록 사용되고, 선택 캐비넷은 상위 그리퍼 및 하위 그리퍼 전력을 제공하도록 사용된다. 선택 캐비넷(56) 내의 멀티플렉스 SCR(98)은 이동 캐비넷으로부터의 전력이 선택된 봉 그룹을 위해 상위 리프트(106) 및 상위 리프트(104) 코일을 통해 흐르게 할 수 있도록 스위치온된다. 상위 리프트 및 하위 리프트(104 및 106) 코일 제어 전력은 블록킹 다이오드(100)를 통해 제공되어, 전술한 바와 같이 단일 봉 움직임동안 다른 봉 그룹 내의 리프트 코일을 통해 원치않는 전류가 흐르는 것을 방지한다. 유사하게, 상위리프트 및 하위 리프트 코일(104 및 106)은 단일 봉 움직임을 지원하는 리프트 접속해제 SCR(80)을 통해 전력 흐름을 리턴한다. 보호 버스(70)는 전술한 바와 같이 각각의 선택 캐비넷(56)의 전방과 후방 사이에 뻗어 있다. 네 개의 코일 설계에서, 보호 버스(70)는 세 개의 코일 설계에서와 같이 하위 그리퍼 코일 모두를 위해 하나의 버스보다는 개별 코일(110)을 기초로 구현된다. 이것은 단일 봉 움직임을 지원하는데 요구된다. 그리퍼 모두 네 개의 코일 설계에서 이동할 수 있다. 단일 봉 움직임이 세 개의 코일 설계에서와 같이 구현되었다면, 두 개의 그리퍼는 궁긍적으로, 움직이지 않는 봉에 대해 리프트 코일 전력을 제공하지 않으면서 봉을 홀드할 것이다. 이것은 구동 샤프트의 노치와 두 개의 그리퍼의 정렬에 기인하여 봉의 삽입을 느리게 증가시키는 결과를 가져온다. 봉을 제자리에 홀드하기 위해, 보호 버스는 봉이 움직이지 않도록 작동될 것이다. 이것은 이동되지 않는 그룹 내의 봉에 대해 연속적으로 에너지가 공급되는 상위 그리퍼(110)를 유지할 것이다. 부가하여, 블록킹 다이오드(114)는 상위 그리퍼 코일(110)과 직렬로 제공된다. 이들 다이오드는 보호 버스 전류가, 단일 봉 움직임 동안 실제로 온/오프로 순환되는 상위 그리퍼 코일을 통해 흐르는 것을 방지한다.

도 11은 다섯 개의 자기 잭 설계를 위한 전력 캐비넷 구조를 도시한다. 리프트(116) 및 부하 전달(118) 코일 모두에 전력을 공급하는 이동 캐비넷(54)(전방(84) 및 후방(86))이 도 11의 좌측 상단 코너에 도시되어 있다. 풀-다운(pull-down) 코일(120)에 전력을 공급하기 위한 제 2 이동 캐비넷(54)(전방(84) 및 후방(86))이 우측 하부 코너에 도시되어 있다. 하나의 선택 캐비넷(56)(전방(88) 및 후방(90))이 도 11의 우측 상부에 도시되어 있다. 선택 캐비넷(56)의 전방(88) 및 후방(90) 부분은 동일하다. 선택 캐비넷의 후방은 캐비넷의 전방과 동일한 회로를 포함하고, 네 개의 봉의 또 다른 그룹에 제어를 제공한다.

두 개의 이동 캐비넷(54)은 다섯 개의 코일 자기 잭 배치에서 하나의 봉 그룹을 제어하는데 필요하다. 각각이 이동 캐비넷(54)은 전방(84) 및 후방(86) 부분으로 분리된다. 도 11의 좌측 상부에 있는 제 1 이동 캐비넷(54)은 부하 전달(118) 및 리프트(116) 코일을 제어한다. 이 제 1 이동 캐비넷(54)의 전방은 네 개의 부하 전달 코일(118)의 세트를 위한 제어 전자 기기를 포함한다. 후방부(86)는 네 개의 리프트 코일(116)의 세트를 위한 제어 전자 기기를 포함한다. 도면의 우측 하부에 있는 제 2 이동 캐비넷(54)은 풀-다운 코일(120)을 제어한다. 후자의 이 이동 캐비넷의 단지 절반(전방(84) 또는 후방(86))만이 각각의 봉 그룹에 대해 필요하다. 따라서, 네 개의 봉의 그룹을 이동시키기 위해, 이동 캐비넷은 부하 전달 코일 및 리프트 코일 전력을 제공하는데 사용되고; 또 다른 이동 캐비넷의 전달은 풀-다운 코일 전력을 제공하는데 사용되며; 선택 캐비넷은 상부 그리퍼 및 하부 그리퍼 코일 전력을 제공하는데 사용된다. 선택 캐비넷 내의 멀티플렉스 SCR(98)은 이동 캐비넷으로부터의 전력이 선택된 봉 그룹을 위해 부하 전달, 풀-다운 및 리프트 코일에 흐르도록 스위치온된다. 이전에 논의된 자기 잭 배치의 경우에서와 같이, 이 경우에, 부하 전달, 풀-다운 및 리프트 코일 제어 전력이 블록킹 다이오드(100)를 통해 제공되어, 단일 봉 움직임 동안 다른 봉 그룹 내의 리프트, 풀-다운 및 부하 전달 코일을 통해 원치않는 전류가 흐르는 것을 방지한다. 부하 전달, 풀-다운 및 리프트 코일의 리턴 전력은 단일 봉 움직임을 지원하기 위해 대응하는 접속해제 SCR(80)을 통해 흐른다. 보호 버스(70)는 각각의 선택 캐비넷(56)의 전방과 후방 사이에 뻗어있다. 보호 버스는 세 개의 코일 설계의 경우에서와 같이 선택 캐비넷 내의 모든 상부 그리퍼 코일(110)를 위해 하나의 버스 상에 구현되고, 보호 버스 회로는 SCR 브릿지 전력 회로(60)에서의 장애가 있는 경우 상부 그리퍼 코일을 위해 전력을 홀딩하는 것을 지원한다. 보호 버스는 바람직하게 다이오드(74)에 의해 선택 캐비넷 상부 그리퍼 SCR 브릿지의 반대 측으로부터 전력을 수신한다. 단일의 상부 그리퍼 브릿지 회로에 장애가 발생하면, 보호 버스 SCR은 턴온되어 보호 버스로부터 상부 그리퍼 코일에 전력을 공급하게 되고, 또 다른 상부 그리퍼 브릿지 회로로부터의 전력을 효과적으로 제공한다. 이 보호 버스 회로는 이 캐비넷 내에 유지보수가 수행될 필요가 있다면 상부 그리퍼가 보호 버스로부터 래치되어 호드되게 할 수 있는 유지보수 홀드 회로로서 기능한다. 단일 봉 움직임을 위해, 보호 버스는 동작하지 않고, 두 개의 그리퍼가, 이동하지 않는 봉을 위해 부하 전송, 풀-다운 또는 리프트 코일 전력 없이 봉을 교대로 홀드한다.

도 4와 관련하여 이전에 설명된, 대응하는 전력 제어 모듈(60)의 일부인 전류 조정 컨트롤러(66)는 또한 전력 캐비넷 동작의 양상을 모니터링하고 고속 네트워크를 통해 데이터 링크 서버에 정보를 이용가능하게 한다. 모니터링된 정보는, 제한 없이, 개별 코일 전류, 코일 전압, 전동 발전기 세트 전압, 시스템 내의 모든 인쇄 회로 카드의 삽입/제거 상태, 각각의 인쇄 회로 카드 상의 각각의 커넥터의 삽입/제거 상태를 포함한다. 모니터링된 전력 캐비넷 상태 정보는 운영자 정보를 위해 원격으로 이용가능하다.

본 발명에 따라, 독립적인 전력 제어 유닛, 즉, 개별 그리퍼를 위한 전력 모듈(60)을 제공함으로써, 이중 그리퍼 홀딩 특징이 구현되어 드롭 봉을 피할 수 있다. 하나의 그리퍼에 전류를 제공하는 회로에 장애가 발생하면, 시스템은 코일 전류 및 전류 조정 컨트롤러(66) 상태의 모니터링을 통해 장애를 검출하고, 회로 구성요소 장애에 기인한 드롭 봉을 추가로 방지하기 위해 대응하는 구동봉과 연관된 다른 그리퍼가 자동으로 체결된다. 부가하여, 고정 그리퍼의 마이크로프로세서 제어 회로에서 장애가 발생하면 보호 버스가 장애 검출 및 액션을 제공한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 마이크로프로세서 샤시(72) 내의 장애 검출 로직은 전력 제어 모듈 출력을 모니터링하고, 장애가 검출되면 보호 버스 SCR(76)을 작동시킨다.

본 발명의 구조의 디지털 봉 제어 시스템은 디지털 봉 제어 시스템이 상이한 봉 제어 시스템 설계, 예를 들면, 제한없이, 웨스팅하우스의 세 개의 코일 설계, 컴버스천 엔지니어링(Combustion Engineering)의 네 개의 코일 설계, 컴버스천 엔지니어링의 다섯 개의 코일 설계 등과 함께 약간의 변경으로 채용될 수 있는 모듈식이다. 도 8은, 예를 들면, 일 실시예에 따른 세 개의 코일 구동 메커니즘 동작을 위한 전체적인 전력 캐비넷 구성을 도시한다. 도 10은, 예를 들면, 또 다른 실시예에 따른 네 개의 코일의 구동 메커니즘 동작을 위한 전체적인 전력 캐비넷 구성을 도시한다. 이들 두 예로부터 알 수 있는 바와 같이, 설계의 모듈성(mudularity)는 다수의 발전소 구성을 수용할 수 있다.

본 발명의 특정 실시예가 상세하게 설명되었지만, 당업자는 이들 세부사항에 본 개시의 전체적인 교시에 비추어 다양한 수정 및 대체가 개발될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 특정 실시예는 단지 예시적인 것이고 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니며, 첨부된 청구범위 및 그의 임의의 모든 균등물의 모든 범위 내에 있다.

Claims

복수의 구동봉(drive rod) 구동 시스템의 이동을 제어하기 위한 핵 제어봉 제어 시스템 - 상기 복수의 구동봉 구동 시스템 각각은 제어봉 어셈블리와 연관되어 있고 그 중 적어도 몇몇은 리프트 코일, 이동가능 그리퍼(gripper) 및 고정 그리퍼를 구비함 - 으로서,
상기 복수의 제어봉 어셈블리 구동봉 구동 시스템의 리프트 코일로의 멀티플렉싱된 전력을 제어하기 위한 이동 유닛과,
(i) 상기 이동 유닛으로부터 전력을 각각 수신하고, 상기 이동 유닛으로부터의 전력을 상기 대응하는 제어봉 구동 시스템의 대응하는 리프트 코일에 통신하고, (ii) 대응하는 제 1 전력 제어 모듈을 통해 전력원으로부터의 전력을 각각 수신하고 상기 대응하는 제 1 전력 제어 모듈로부터의 전력을 상기 대응하는 제어봉 구동 시스템의 대응하는 이동가능 그리퍼에 선택적으로 통신하며, (iii) 상기 전력원으로부터의 전력을 대응하는 제 2 전력 제어 모듈을 통해 각각 수신하고, 상기 대응하는 제 2 전력 제어 모듈로부터의 전력을 상기 대응하는 제어봉 구동 시스템의 대응하는 고정 그리퍼에 선택적으로 통신하는 복수의 선택 유닛과,
상기 복수의 제어봉 어셈블리 구동봉 구동 시스템의 리프트 코일, 이동가능 그리퍼 및 고정 그리퍼로의 전력을 조정하기 위한 논리 유닛을 포함하는
핵 제어봉 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
각각의 이동 유닛은 적어도 두 개의 선택 유닛 내의 리프팅 코일을 제어하는
핵 제어봉 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 이동 유닛, 각각의 선택 유닛 및 상기 논리 유닛은 각각 개별 모듈러 캐비넷에 하우징되는
핵 제어봉 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제어봉 어셈블리는 각 그룹이 복수의 제어봉 어셈블리를 포함하는 그룹들로 배치되고, 각각의 선택 유닛은 적어도 두 개의 제어봉 어셈블리 그룹을 제어하는
핵 제어봉 제어 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 두 개의 제어봉 어셈블리 그룹은 상기 대응하는 선택 유닛에 의해 개별적으로 제어되는
핵 제어봉 제어 시스템.
제 4 항에 있어서,
정상적인 원자로 동작 하에서, 각 그룹 내의 제어봉 어셈블리는 함께 이동하고, 제어봉 어셈블리의 각각의 그룹은 네 개의 제어봉 어셈블리까지 포함하는
핵 제어봉 제어 시스템.
제 4 항에 있어서,
정상적인 원자로 동작 하에서, 각 그룹 내의 제어봉 어셈블리는 함께 이동하고, 주어진 그룹 내의 각각의 제어봉 구동 시스템 내의 이동가능 그리퍼, 상기 주어진 그룹 내의 각각의 제어봉 구동 시스템 내의 고정 그리퍼, 및 상기 주어진 그룹 내의 각각의 제어봉 구동 시스템 내의 리프트 코일은 각각 병렬로 제어되는
핵 제어봉 제어 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 각각의 제어봉 어셈블리 내의 상기 이동가능 그리퍼 및 상기 고정 그리퍼는 대응하는 전자기 코일에 의해 작동되고, 각각의 전자기 코일 및 리프트 코일 각각에서의 전류를 모니터링하고 상기 모니터링된 전류에 기초하여 전류를 제어하는 전류 조정기 컨트롤러를 포함하는
핵 제어봉 제어 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 전류 조정기 컨트롤러는 각각의 코일에 대해 전류 프로파일 데이터를 캡처하고, 적절한 제어봉 어셈블리 구동봉 구동 시스템 동작을 위해 전류 프로파일 데이터를 분석하는
핵 제어봉 제어 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 전류 조정기 컨트롤러는 상기 전류 프로파일 데이터의 분석을 이용하여, 상기 대응하는 제어봉 어셈블리 구동봉 구동 시스템이 올바르게 동작하지 않는 경우에는 구동봉 움직임을 정지시키는
핵 제어봉 제어 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 전류 조정기 컨트롤러는 캡처된 전류 프로파일 데이터의 디스플레이를 제공하는
핵 제어봉 제어 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 전류 조정기 컨트롤러는 개별 코일 전류, 코일 전압, 전동 발전기 세트 전압, 복수의 인쇄 회로 카드 중 적어도 몇몇의 삽입/제거 상태, 및 대응하는 선택 유닛에 대하여 각각의 인쇄 회로 카드 상의 복수의 커넥터 중 적어도 몇몇의 상태를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 다수의 파라미터를 모니터링하는
핵 제어봉 제어 시스템.
제 4 항에 있어서,
각각의 선택 유닛은 파티션된 개별 모듈러 캐비넷에 하우징되고 각각의 제어봉 어셈블리의 그룹은 개별 파티션으로부터 제어되는
핵 제어봉 제어 시스템.
제 4 항에 있어서,
주어진 그룹 내의 제어봉 어셈블리 각각을 상기 주어진 그룹 내의 또 다른 제어봉 어셈블리와는 독립적으로 이동시키기 위한 수단을 포함하는
핵 제어봉 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 전력 제어 모듈 중 주어진 모듈로부터 주어진 구동봉 구동 시스템과 연관된 상기 고정 그리퍼로의 전력 출력을 모니터링하기 위한 장애 검출 시스템을 포함하고, 상기 제 2 전력 제어 모듈과 상기 고정 그리퍼 사이에 연결된 보호 버스를 더 포함하고, 상기 보호 버스는 상기 장애 검출 시스템의 제어 하에 상기 장애 검출 시스템이 상기 제 2 전력 제어 모듈 중 주어진 모듈의 출력에서 장애를 식별하는 경우 상기 제 2 전력 제어 모듈 중 또 다른 모듈에 접속시키는
핵 제어봉 제어 시스템.
제 15 항에 있어서,
상기 보호 버스는 상기 제 2 전력 제어 모듈 중 주어진 모듈과 연관된 선택 유닛이 유지보수를 위해 작동되지 않는 경우 또 다른 선택 유닛 내의 제 2 전력 제어 모듈 중 또 다른 모듈에 접속시키는
핵 제어봉 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 선택 유닛은 상기 대응하는 리프트 코일에 에너지가 공급되지 않을 때 상기 대응하는 이동가능 그리퍼 및 상기 고정 그리퍼에 함께 에너지를 공급하는
핵 제어봉 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 선택 유닛은 각각의 선택 유닛 내에 제어 및 모니터링 기능을 제공하고 상기 논리 유닛과 다른 선택 유닛 및 이동 유닛과의 통신을 제공하는 마이크로프로세서 기반 전자 카드 샤시를 포함하는
핵 제어봉 제어 시스템.