一种控制棒驱动机构落棒时间测量方法与流程

本发明属于核反应堆设计技术领域，具体涉及一种控制棒驱动机构落棒时间测量方法。

背景技术：

核反应堆控制棒落棒时间是进行核电厂安全分析，保证核电厂安全运行的重要参数之一。同时，落棒时间也作为考核反应堆驱动机构设计是否合理可行的一个重要指标。

现有核电站的控制棒落棒时间是通过棒位置监测系统探测器线圈感应电压和驱动机构内线圈电流的变化进行测量的。而针对一些特殊小型堆，结构复杂、紧凑，堆型与常规反应堆有较大差异，因而对控制棒落棒时间测量的起点和重点判据也不同。传统的探测线圈感应电压和驱动机构内线圈电流的测量方法难以在这些特殊堆型中应用，因此，需要设计一种新的控制棒驱动机构落棒时间测量方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对小型堆复杂特殊的驱动机构，提供一种控制棒驱动机构落棒时间测量方法，实现落棒时间的准确测量。

本发明的技术方案如下：一种控制棒驱动机构落棒时间测量方法，通过安装在驱动机构内与传动机构连接处的角位移传感器测量驱动机构的实际转动角度，当系统发出机构复位指令时，记录当前系统时间t1，当检测到角位移传感器测量的旋变值与系统设定的目标值之间的差值小于第一阈值时，记录当前的系统时间t2，两次时间的差值(t2-t1)就是控制棒驱动机构的落棒时间。

进一步地，根据本发明控制棒驱动机构落棒时间测量方法的优选实施方案，通过安装在控制棒驱动机构的控制鼓组件上的光电编码器测量控制鼓组件的实际转动角度，当系统发出机构复位指令时，记录当前系统时间t1，当检测到光电编码器测量的光编值与系统设定的目标值之间的差值小于第二阈值时，记录当前的系统时间t3，两次时间的差值(t3-t1)作为对控制棒驱动机构落棒时间的校验。

进一步地，根据本发明控制棒驱动机构落棒时间测量方法的优选实施方案，通过综合测试平台的旋变处理器获取角位移传感器测量的旋变值，通过光编采集板卡获取光电编码器测量的光编值，并将数据传输给测控软件进行处理。综合测试平台对所述旋变值和光编值的采集频率为20ms。

进一步地，根据本发明控制棒驱动机构落棒时间测量方法的优选实施方案，所述第一阈值为0～1.5°，所述第二阈值为0～1.5°。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明提供的控制棒驱动机构落棒时间测量方法，不依赖于监测系统的电压或电流信号，通过旋转角度的变化及时准确地确定控制棒驱动机构复位时刻，操作性强、可靠性高；

(2)通过角位移传感器测量的旋变值和光电编码器测量的光编值相互验证，可以保证测量的合理性，并有助于及时发现控制系统结构设计中存在的问题并进行修正；

(3)本发明在角位移传感器出现故障时，依然可以依靠光电编码器测量的光编值确定控制棒驱动机构复位时刻，从而进一步提高了系统的实用性。

附图说明

图1为本发明实施例中控制棒驱动机构落棒时间测量方法的流程图；

图2为本发明实施例中机构归位测试的系统逻辑结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细地描述。显然，所描述的实施例仅是为了解释说明本发明的技术方案，并不对其保护范围构成限制。基于所描述的实施例，本领域的技术人员不经过创造性的劳动直接获得的其它实施方式，同样在本发明的保护范围之内。

控制棒驱动系统主要包括：控制鼓组件、分配机构、传动机构、驱动机构以及包容以上部件的壳体及其支撑结构等。驱动机构主要包括双步进电机(a电机、b电机)、减速器、电磁离合器、弹簧释放机构和角位移传感器。电磁离合器实现步进电机、减速器与弹簧释放机构的脱离和连接功能。在初始状态，驱动机构弹簧处于释放状态，输出轴处于“0”位置。驱动机构在接收到转动控制信号后，步进电机转动，通过减速器减速和电磁离合器后，将转动传递给输出轴，输出轴带动外载荷转动，实现对控制鼓系统执行机构的控制，进而调节反应堆功率。在输出轴转动的过程中，同时通过齿轮带动齿条压缩弹簧，储备相应的势能。控制鼓组件上设置有平面涡卷弹簧，即用来消除传动链因齿轮啮合、键槽配合等产生的传动空程问题，也用来作为事故停堆时的复位动力。驱动机构双电机采用交互运行模式，一台电机运转时，通过中间齿轮带动，另一台电机作为负载随动。在事故状态下，电磁离合器接收到事故保护信号后，断电分离，使弹簧释放机构和减速器、步进电机分离，弹簧的势能释放，带动输出轴迅速向“0”位转动，带动执行机构在1s内复位，实现紧急停堆。

光电编码器的主要工作原理为光电转换，是一种通过光电转换将输出轴的机械几何位移量转换为脉冲或数字量的传感器。将光电编码器安装在控制鼓组件的末端，用于测试控制鼓组件的实际转动角度。角位移传感器是将角度变化量测量变为感应电动势变化量测量的磁阻式角位移传感器，安装在驱动机构内与传动机构连接处，用于测量驱动机构实际转动的角度。光电编码器测量的角度与角位移传感器测量的角度进行比较，可得出控制鼓系统的动力输出端与被动转动端之间的角度差，该角度差主要是由齿轮间隙、传动轴等和安装造成的，根据测量的两个角度之间相互验证，可以发现结构设计中的问题并进行修正。

在反应堆事故工况下，为满足故障安全原则，驱动机构内电磁离合器断电，控制鼓组件在释放弹簧和涡卷弹簧作用下，在规定的时间内快速复位，实现反应堆停堆。因此对控制鼓系统的断电快速复位特性进行试验验证是十分必要的，以验证控制鼓组件快速复位的可靠性、有效性和控制鼓系统本身固有的安全特性。

断电快速复位特性主要考核机电延迟时间和机械复位的总时间，快速复位是控制鼓系统试验样机阶段的重要性能考核指标。采用的综合测试平台与实际工程的功率调节系统不同，这里测试和记录的时间为机电延迟时间和机械的快速复位时间总和。综合测试平台测出的快速归位时间是从发出指令开始计时，截止时刻为判定机构已归位的时刻。

综合测试平台可参见中国专利申请201911230705.1“用于鼓棒系统的综合测试平台”，用于控制鼓系统的常温、高温、抗震等试验中，主要有三大功能：对机构的驱动、参数测量和温度控制。综合测试平台能实现对试验过程中运行时间、旋转角度、运行速度、电气设备的电流/电压、驱动机构内部温度、系统其他部件的温度等参数的控制、记录。综合测试平台采用windows平台工业控制计算机为基础，使用系统pci总线连接daq卡实现，对于pci总线daq不能实现或不便实现的功能使用pci-rs485转接卡通过rs485总线daq实现项目所需的功能，各功能模块选用成品工业模块和板卡来实现。软件基于vc6.0开发环境，采用该环境下的mfc平台进行设计开发。综合测试平台界面能实现界面显示、多窗口显示、操作控制、故障处理、数据查询等功能。

控制鼓系统复位测试原理为：综合测试平台发出机构复位指令的同时，软件记录当前系统时间t1，t1也就是控制鼓开始复位的时间，当软件检测到机构的旋变值与软件内已输入的目标值之间的差值小于某个定值的时候，认为机构已经归位，记录当前的系统时间t2，那么两次时间的差值(t2-t1)就是控制鼓系统的复位时间。

具体来说，通过安装在驱动机构内与传动机构连接处的角位移传感器测量驱动机构的实际转动角度，当系统发出机构复位指令时，软件记录当前系统时间t1，当检测到角位移传感器测量的旋变值与系统软件中设定的目标值之间的差值小于第一阈值时，记录当前的系统时间t2，两次时间的差值(t2-t1)就是控制鼓系统的复位时间，第一阈值可以在大于0°并小于等于1.5°之间选取。

同时，作为一种辅助测量和验证方式，通过安装在控制棒驱动机构的控制鼓组件上的光电编码器测量控制鼓组件的实际转动角度，当检测到光电编码器测量的光编值与系统软件设定的目标值之间的差值小于第二阈值时，记录当前的系统时间t3，两次时间的差值(t3-t1)作为对控制鼓系统复位时间的校验，第二阈值可以在大于0°并小于等于1.5°之间选取。

一般来说，如果(t3-t1)与(t2-t1)之间的差距在80ms以内，即可视为控制鼓系统复位时间的测量是合理准确的。

综合测试平台执行复位操作时，通过旋变处理器获取角位移传感器测量的旋变值，通过光编采集板卡获取光电编码器测量的光编值，并将数据传输给测控软件进行处理，机构旋变值和光编值的采集频率为20ms。每个驱动机构占用1个串口，旋变处理器向串口缓存区的传输速率为0.05ms。光编采集板卡的传输速度为5mpps。快速复位时间测试示意图如图2所示。

作为一个具体实施例，控制鼓系统的复位测试流程如图1所示。发送复位指令的同时，记录系统时间t1，然后采集系统的光编值、旋变值进行判断，当旋变值与系统设定的目标值之间的差值满足小于1.5°(远小于设计要求)，认为控制鼓系统已经归位，记录当前系统时间t2，那么两次系统时间差值(t2-t1)就是控制鼓系统的复位时间。当光编值与系统设定的目标值之间的差值满足小于1.5°，认为控制鼓系统光编复位，记录当前系统时间t3，那么两次系统时间差值(t3-t1)就是光编的复位时间。光编的复位时间既可以作为控制鼓系统复位时间的校验，也可以在角位移传感器出现故障时，作为控制鼓系统复位时间的替代测量方式。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。