基于核电站测量线圈的落棒时间测量方法、介质和系统

技术领域

本发明涉及核电站领域，具体涉及基于核电站测量线圈的落棒时间测量方法、介质和系统。

背景技术

在使用控制棒进行反应堆反应性控制的核电站中，为了验证紧急停堆工况下负反应性的引入时间是否满足安全分析的要求，需要测量控制棒从堆顶下落到堆底的时间(简称落棒时间)。

而为了实时监测控制棒在堆芯中的位置，核电站设计有控制棒位置传感器。目前控制棒位置传感器(简称棒位探测器)通用的方法是利用电磁感应原理进行控制棒位置测量，该方法沿控制棒行程绕制不同类型的线圈。

通过对不同组测量线圈的分组编码的形式即可获取控制棒在堆芯中的实际位置。

暂无相关方法利用现有的棒位探测器实现前述落棒时间测量所需的落棒事件判断、落棒阶段识别与划分、落棒时间计算以及落棒特征震荡识别等功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：需要测量控制棒从堆顶下落到堆底的时间，暂无相关方法利用现有的棒位探测器实现前述落棒时间测量所需的落棒事件判断、落棒阶段识别与划分、落棒时间计算以及落棒特征震荡识别等功能。

本发明提供了解决上述问题的基于核电站测量线圈的落棒时间测量方法、介质和系统。

本发明首次提出利用测量线圈进行核电站落棒时间测量的方法，可以在不改变现有棒位探测器正常运行状态的前提下，进行落棒时间测量，既可用于正常的落棒时间测量试验，也可用于异常落棒事件的监测。

落棒时间的测量需要明确识别控制棒驱动杆脱离勾爪到开始下落(定义为T4)、控制棒开始下落到进入缓冲段(定义为T5)、控制棒进入到缓冲段到首次触底(定义为T6)，此外还需识别表示控制棒触底的特征震荡。

而为了实时监测控制棒在堆芯中的位置，核电站设计有控制棒位置传感器。目前控制棒位置传感器(简称棒位探测器)通用的方法是利用电磁感应原理进行控制棒位置测量，该方法沿控制棒行程绕制不同类型的线圈：

一种沿控制棒行程在棒位探测器上连续绕制，该种线圈可称为原边线圈，原边线圈一般用于输出电流给副边线圈提供励磁磁场；

一种沿控制棒行程间隔一定间距绕制，该种线圈称为副边线圈，根据用途不同可细分为辅助线圈和测量线圈两种：

首尾两个副边线圈相互进行连接用于信号输出，可称为辅助线圈，辅助线圈一般用于原边线圈的电流调节；

除上述首尾两个副边线圈外，其他副边线圈，提供信号用于表征控制棒位置信息的线圈，可称为测量线圈，该种线圈一般分成若干组(如A、B、C、D、E五组)，同组线圈相互连接用于本组信号输出。

根据控制棒所处位置不同，每组线圈可输出不同电压等级的信号，通过将该信号转换为高低电平信号可反应控制棒的位置信息。通过对不同组测量线圈的分组编码的形式即可获取控制棒在堆芯中的实际位置。

本发明通过下述技术方案实现：

基于核电站测量线圈的落棒时间测量方法，监测控制棒上的测量线圈的输出电压变化，基于测量线圈的输出电压数据判断是否发生落棒并计算落棒时间；

还包括利用测量线圈的输出电压数据识别并划分落棒阶段，同时计算各落棒阶段的过程时间，还包括识别落棒特征震荡；

所述落棒阶段包括顺序的控制棒驱动杆脱离勾爪、控制棒下落阶段、控制棒进入缓冲段和控制棒触底进行阻尼震荡阶段；

还包括利用测量线圈的输出电压数据判断控制棒是否触底，同时在阻尼震荡阶段识别控制棒落棒的特征震荡；

其中，所述测量线圈输出电压变化速度与控制棒下落速度成比例对应，所述测量线圈输出电压随控制棒位置的改变而出现高低电压的变化，且测量线圈输出信号的匹配震荡受控制棒触底震荡作用。

进一步地，判断是否落棒方法的步骤如下：

监测测量线圈输出信号的高低电压转换时间是否低于设定值，如低于设定值即可判断发生落棒事件，如未低于设定值即可判断发生正常动棒。

进一步地，还包括判断落棒起点Ta的方法步骤如下：

监测测量线圈输出电压信号，定位测量线圈高低电压转换高于设定值和低于设定值之间的拐点，拐点为测量线圈高低电压转换时间首次低于设定值的起点，拐点为落棒起点。

进一步地，还包括控制棒驱动杆脱离勾爪到开始下落的时间计算方法的步骤如下：

在落棒起点后寻找测量线圈电压首次偏离稳定值的点，首次偏离稳定值的点为控制棒开始下落的时间起点Tb；

计算控制棒驱动杆脱离勾爪到开始下落的时间为Tb-Ta；

该判断方法的依据是测量线圈电压会随控制棒位置而发生改变，即控制棒在发生落棒前会处于某一位置，此时测量线圈电压处于相对稳定状态，而随着控制棒落棒的发生，测量线圈电压开始发生变化，测量线圈电压开始变化的起点(即测量线圈电压首次偏离稳定值的点)即为控制棒开始下落的时间起点。

进一步地，还包括控制棒开始下落到进入缓冲段的时间计算方法的步骤如下：

在控制棒开始下落的时间起点Tb后寻找测量线圈电压变化速度由增大变为降低的时间点，线圈电压变化速度由增大变为降低的时间点为控制棒进入缓冲段的时间点Tc；

计算控制棒开始下落到进入缓冲段的时间为Tc-Tb；

该判断方法的依据是发生落棒后，控制棒首先做落体运动，其下降速度逐步增大，直至控制棒进入缓冲段后，由于其受到的阻力突然增大，因此其下降速度猛然降低。由于测量线圈电压输出变化速度与控制棒下降速度正向相关，所以可以根据测量线圈电压变化情况确定控制棒进入缓冲段的时间点。

进一步地，还包括控制棒进入到缓冲段到首次触底的时间计算方法的步骤如下：

在控制棒进入缓冲段的时间点后寻找测量线圈电压开始阻尼振荡的时间点，开始阻尼振荡的时间点为控制棒首次触底的时间点Td；

计算控制棒进入到缓冲段到首次触底的时间为Td-Tc；

该判断方法的依据是控制棒首次触底后受反冲力及运行相反方向的阻力影响开始阻尼振荡，该振动会使测量线圈电压产生同样类型的阻尼振荡，因此可判断测量线圈阻尼振荡的起点即为控制棒首次触底(然后发生阻尼振荡)的时间点。

进一步地，还包括判断控制棒触底的方法步骤如下：

监测测量线圈电压变化速度，当变化速度按顺序先增大、后降低、最后线圈电压出现阻尼振荡，直至线圈电压稳定，判断控制棒为触底状态。

上述步骤中，优选设定值在4～20s之间，其中，设定值基于控制棒正常运行和落棒事件所引起的测量线圈电压转换时间选择，详细为：该设定值可根据控制棒正常运行和落棒事件所引起的测量线圈电压转换时间的不同进行设定与修改。由于控制棒运行速度限制，控制棒正常运动时，测量线圈实现高低电压转换最快也需要20秒以上，而若发生落棒，其高低电压转换最慢也在4秒以内。因此可取两者中间值作为控制棒处于正常动棒或发生落棒的判断依据(如10秒)；

上述步骤中，优选的，测量线圈输出信号高低电压包括电压的有效值、峰峰值或电压包络数据。

基于核电站测量线圈的落棒时间测量系统，还包括应用上述的基于核电站测量线圈的落棒时间测量方法的系统；

包括计算模块，测量线圈，监测模块和控制棒；

多个测量线圈在控制棒轴线位置的同心圆上设置，测量线圈输出电压数据至监测模块，监测模块按时间记录电压数据并储存电压数据，导出记录的电压数据至计算模块，计算模块用于实现方法中的计算步骤。

进一步的，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本方法中的步骤。本方法的具体使用依赖大量计算，因此优选的通过计算机程序来实现上述计算过程，所以任何包含本方法中所保护的步骤的计算机程序及其存储介质也属于本申请的保护范围内。

本发明具有如下的优点和有益效果：

本发明所设计的利用测量线圈信号与控制棒落棒之间存在的关联性，能够进行落棒事件的判断、落棒阶段的识别与划分及落棒时间的计算，且不需要改变棒位探测器的运行状态，不需要更改现有棒位探测器。

该方法无需更改棒位探测器，无需改变棒位测量工作状态。既可应用于新建核电站，也可应用于在役核电站；即可应用于计划内的落棒时间测量也可用于计划外的落棒事件监测和落棒时间测量。

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为本发明的利用测量线圈进行落棒时间测量方法示意图。

图2为实施例中的控制棒落棒引发的测量线圈输出信号变化图。

图3为实施例中的控测量线圈有效值变化图。

图4为实施例中的图3中1处曲线放大图。

图5为实施例中的图3中2处曲线放大图。

图6为实施例中的图3中3处曲线放大图.

附图中标记及对应的零部件名称：

1、测量线圈；2、控制棒。

具体实施方式

在对本发明的任意实施例进行详细的描述之前，应该理解本发明的应用不局限于下面的说明或附图中所示的结构的细节。本发明可采用其它的实施例，并且可以以各种方式被实施或被执行。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性改进前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

基于核电站测量线圈的落棒时间测量方法，监测控制棒2上的测量线圈1的输出电压变化，基于测量线圈1的输出电压数据判断是否发生落棒并计算落棒时间；

还包括利用测量线圈1的输出电压数据识别并划分落棒阶段，同时计算各落棒阶段的过程时间，还包括识别落棒特征震荡；

所述落棒阶段包括顺序的控制棒2驱动杆脱离勾爪、控制棒2下落阶段、控制棒2进入缓冲段和控制棒2触底进行阻尼震荡阶段；

还包括利用测量线圈1的输出电压数据判断控制棒2是否触底，同时在阻尼震荡阶段识别控制棒2落棒的特征震荡；

其中，所述测量线圈1输出电压变化速度与控制棒2下落速度成比例对应，所述测量线圈1输出电压随控制棒2位置的改变而出现高低电压的变化，且测量线圈1输出信号的匹配震荡受控制棒2触底震荡作用。

进一步地，判断是否落棒方法的步骤如下：

监测测量线圈1输出信号的高低电压转换时间是否低于设定值，如低于设定值即可判断发生落棒事件，如未低于设定值即可判断发生正常动棒。

进一步地，还包括判断落棒起点Ta的方法步骤如下：

监测测量线圈1输出电压信号，定位测量线圈1高低电压转换高于设定值和低于设定值之间的拐点，拐点为测量线圈1高低电压转换时间首次低于设定值的起点，拐点为落棒起点。

进一步地，还包括控制棒2驱动杆脱离勾爪到开始下落的时间计算方法的步骤如下：

在落棒起点后寻找测量线圈1电压首次偏离稳定值的点，首次偏离稳定值的点为控制棒2开始下落的时间起点Tb；

计算控制棒2驱动杆脱离勾爪到开始下落的时间为Tb-Ta；

该判断方法的依据是测量线圈1电压会随控制棒2位置而发生改变，即控制棒2在发生落棒前会处于某一位置，此时测量线圈1电压处于相对稳定状态，而随着控制棒2落棒的发生，测量线圈1电压开始发生变化，测量线圈1电压开始变化的起点(即测量线圈1电压首次偏离稳定值的点)即为控制棒2开始下落的时间起点。

进一步地，还包括控制棒2开始下落到进入缓冲段的时间计算方法的步骤如下：

在控制棒2开始下落的时间起点Tb后寻找测量线圈1电压变化速度由增大变为降低的时间点，线圈电压变化速度由增大变为降低的时间点为控制棒2进入缓冲段的时间点Tc；

计算控制棒2开始下落到进入缓冲段的时间为Tc-Tb；

该判断方法的依据是发生落棒后，控制棒2首先做落体运动，其下降速度逐步增大，直至控制棒2进入缓冲段后，由于其受到的阻力突然增大，因此其下降速度猛然降低。由于测量线圈1电压输出变化速度与控制棒2下降速度正向相关，所以可以根据测量线圈1电压变化情况确定控制棒2进入缓冲段的时间点。

进一步地，还包括控制棒2进入到缓冲段到首次触底的时间计算方法的步骤如下：

在控制棒2进入缓冲段的时间点后寻找测量线圈1电压开始阻尼振荡的时间点，开始阻尼振荡的时间点为控制棒2首次触底的时间点Td；

计算控制棒2进入到缓冲段到首次触底的时间为Td-Tc；

该判断方法的依据是控制棒2首次触底后受反冲力及运行相反方向的阻力影响开始阻尼振荡，该振动会使测量线圈1电压产生同样类型的阻尼振荡，因此可判断测量线圈1阻尼振荡的起点即为控制棒2首次触底(然后发生阻尼振荡)的时间点。

进一步地，还包括判断控制棒2触底的方法步骤如下：

监测测量线圈1电压变化速度，当变化速度按顺序先增大、后降低、最后线圈电压出现阻尼振荡，直至线圈电压稳定，判断控制棒2为触底状态。

上述步骤中，优选设定值在4～20s之间，其中，设定值基于控制棒2正常运行和落棒事件所引起的测量线圈1电压转换时间选择，详细为：该设定值可根据控制棒2正常运行和落棒事件所引起的测量线圈1电压转换时间的不同进行设定与修改。由于控制棒2运行速度限制，控制棒2正常运动时，测量线圈1实现高低电压转换最快也需要20秒以上，而若发生落棒，其高低电压转换最慢也在4秒以内。因此可取两者中间值作为控制棒2处于正常动棒或发生落棒的判断依据(如10秒)；

上述步骤中，优选的，测量线圈1输出信号高低电压包括电压的有效值、峰峰值或电压包络数据。

基于核电站测量线圈的落棒时间测量系统，还包括应用上述的基于核电站测量线圈的落棒时间测量方法的系统；

包括计算模块，测量线圈1，监测模块和控制棒2；

多个测量线圈1在控制棒2轴线位置的同心圆上设置，测量线圈1输出电压数据至监测模块，监测模块按时间记录电压数据并储存电压数据，导出记录的电压数据至计算模块，计算模块用于实现方法中的计算步骤。

进一步的，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本方法中的步骤。本方法的具体使用依赖大量计算，因此优选的通过计算机程序来实现上述计算过程，所以任何包含本方法中所保护的步骤的计算机程序及其存储介质也属于本申请的保护范围内。

实施例：

图1给出了利用测量线圈1进行落棒时间测量方法的示意图，控制棒2在下落过程中会引起与控制棒2在水平方向处于同心圆的测量线圈1输出电压信号的正相关的变化。

应用上述方法进行落棒时间测量，试验波形见图2、图3。

其中图2为捕获的控制棒2发生落棒时的棒位探测器测量线圈1输出信号，从图中可以明显识别落棒前和落棒后的测量线圈1输出信号的稳定状态和落棒过程中的电压高低变化状态。

为便于分析，对上述波形图进行了取有效值计算，见图3。

由图3可以明显判断：

-1处为落棒起始点；

-1处之前阶段为落棒发生前的控制棒2保持阶段；

-2处为控制棒2由落体运动转换为进入缓冲段后的减速下落阶段；

-1处和2处之间为控制棒2加速下落阶段；

-3处为控制棒2触底和触底后的阻尼振荡阶段；

-2处和3处之间为控制棒2在缓冲段内的减速下落阶段；

-3处以后为控制棒2触底阻尼振荡结束后的静止阶段。

为便于转换时间点识别与定位，分别将图3中1、2、3三处分别放大，见图4、图5和图6。

由图4可以看出：

-0.28秒处为测量线圈1稳定电压末端，此即控制棒2驱动杆脱离勾爪的时间点Ta。

-0.32秒处为测量线圈1电压随控制棒2下落正比变化起点，此即控制棒2开始下落的时间点Tb。

由图5可以看出：

-1.546秒处为测量线圈1电压变化速度由逐渐变快转换为变慢的起始处，此即控制棒2进入缓冲段的时间点Tc。

由图6可以看出：

-1.74秒处为测量线圈1电压穿过落棒后的稳定值并开始阻尼振荡的时间点，此即控制棒2首次触底的时间点Td。

-Td时间点之后为阻尼振荡阶段。

通过上述落棒阶段识别与划分，该测量线圈1输出具备了落棒事件所应获取的所有落棒阶段和时间点，能够据此判定控制棒2落入堆芯底部，并能够计算各阶段落棒时间：

-T4＝Tb-Ta＝0.32-0.28＝0.04秒；

-T5＝Tc-Tb＝1.546-0.32＝1.226秒；

-T6＝Td-Tc＝1.74-1.546＝0.194秒。

综上所述，利用测量线圈1实现了落棒事件的判定、落棒阶段的识别与划分、落棒特征震荡的识别、落棒时间的计算，完成了落棒时间测量。

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。