一种基于电流变化判断控制棒驱动机构动作的方法

摘要

本发明涉及一种基于电流变化判断控制棒驱动机构动作的方法，该方法采集控制棒驱动机构的保持线圈、传递线圈、提升线圈的电流信号，将采集到的电流信号进行小波变换数据处理，根据处理的结果确定每束控制棒的三个线圈的动作时刻，从而判断控制棒驱动机构的动作是否正确。本发明将完全取代现有技术的震动传感器，从而减少工作人员拆装震动传感器带来的工作量，节省试验设备，减少工作人员辐射剂量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种压水堆控制棒驱动机构动作判断方法，具体涉及一种在调 试或运行过程中通过对采集的控制棒驱动机构(CRDM)线圈电流进行数据处理， 确定控制棒驱动机构的各个动作时间，从而判断控制棒驱动机构是否正确动作 的一种方法。

背景技术

控制棒是压水堆核电站快速有效控制反应堆反应性的手段，一方面在保护 动作时，要保证CRDM失电时销爪释放控制棒依靠重力落入反应堆，快速控制反 应性，保护反应堆；另一方面在正常工作时，要保证在正常时序过程中，销爪 传递磁极正确动作，以避免棒位偏离引起不必要的降功率运行或停堆。为了保 证CRDM的正确动作，压水堆核电站在调试或大修期间，需要检查CRDM的正确 运行。

目前大多数在役在建压水堆核电站普遍采用在行程套管上安装震动传感 器，同时采集CRDM线圈电流及震动传感器信号来通过震动信号与电流信号变化 的对应时间，判断CRDM动作的正确性。

对大多数在役在建压水堆核电站，在热试及大修期间反复安装及拆卸震动 传感器无疑增加了工作人员的工作量，增加了工作时间及额外的辐射剂量。而 对于电厂日常运行及定期试验时，由于没有震动传感器，而棒位探测器的分辨 率在约8步内无法分辨，从而导致控制棒潜在失步风险在试验及运行过程中无 法监测。

当控制棒驱动机构(CRDM)的保持线圈与传递线圈通过经SCR整流后的直流 电，线圈电流上升到一定值后，引起保持销爪与移动销爪的啮合，当线圈电流 下降到一定值后，相应销爪依靠弹簧力保持在释放状态；当移动线圈通过经SCR 整流后的直流电，线圈电流上升到一定值后，引起传递磁极的提升一步动作， 当线圈电流下降到一定值后，传递磁极依靠重力向下移动一步动作。在CRDM运 行过程中，对于保持线圈与传递线圈而言，销爪的动作会改变线圈中气隙的大 小，从而改变线圈系统的电感变化，而瞬间的电感变化，在控制系统来不及补 偿该线圈电流之前，会在线圈电流趋势图上形成很明显的电流波形变化，利用 此电流变化，就可以判断销爪的啮合过程。

如果以震动传感器确定CRDM动作，需要人为判断震动或声音信号的性质。 由于声音信号记录的是CRDM动作声音，但无法区分到底是由保持销爪、传递销 爪还是由传递磁极引起，定性的判断是根据电流趋势图，人为推测的定性结果， 且只能检测动作点，不能确定电流变化的开始与结束的时间点，需要结合电流 趋势图来确定CRDM的动作时间。

类似的，对于提升线圈而言，当传递磁极提升一步后，销爪距离提升线圈 的变化，引起了线圈附近的电感变化，在线圈电流趋势图上也会形成电流的细 小变化，用于判断传递磁极的提升过程。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于电流变化判断控 制棒驱动机构动作的方法，该方法能够自动判断控制棒驱动机构的动作是否 正确,辨识控制棒动作故障及潜在的失步风险。

本发明的技术方案如下：一种基于电流变化判断控制棒驱动机构动作的方 法,包括如下步骤：

(1)采集控制棒驱动机构的保持线圈、传递线圈、提升线圈的电流信号；

(2)将采集到的电流信号进行小波变换数据处理；

(3)根据处理的结果确定每束控制棒的三个线圈的动作时刻，从而判断控 制棒驱动机构的动作是否正确。

进一步，如上所述的基于电流变化判断控制棒驱动机构动作的方法,步骤 (1)中采集的电流信号包括电流的幅值、频率及采样。

进一步，如上所述的基于电流变化判断控制棒驱动机构动作的方法,步骤 (2)中采用正交二分小波基函数，根据实际电流的幅值、频率及采样，确定小 波基函数的时域支集与频域支集，并在4阶尺度上对线圈信号进行正交分解； 根据线圈电流信号在不同尺度上的分解处理结果，确定线圈电流的基波电流、 信号幅度变化及其变化持续时间、信号奇异值点的位置。

进一步，如上所述的基于电流变化判断控制棒驱动机构动作的方法,步骤 (3)中根据信号奇异值点的位置确定电源切换时间、销爪状态改变时间、磁轭 位置改变时间，从而根据每束控制棒的三个线圈电流，确定了控制棒驱动机构 控制时间与动作时间，并根据系统制定的控制棒动作时间要求，判断控制棒驱 动机构的动作是否正确。

更进一步，步骤(3)中，通过奇异值点及保持线圈电流趋势图确定保持销 爪的啮合时间点；通过奇异值点及传递线圈电流趋势图确定移动销爪的啮合时 间点；通过奇异值点及提升线圈电流趋势图确定传递磁极的提升时间点；通过 相邻周期奇异值点及保持线圈电流趋势图判断保持销爪是否正确释放；通过相 邻周期奇异值点及传递线圈电流趋势图判断移动销爪是否正确释放；通过相邻 周期奇异值点及提升线圈电流趋势图判断传递磁极是否正确释放；通过各线圈 电流趋势图和奇异值点，确定加能动作的时间。

本发明的有益效果如下：本发明的实施，将完全取代现有技术的震动传 感器，从而减少工作人员拆装震动传感器带来的工作量，节省试验设备，减 少工作人员辐射剂量；同时通过本发明的实施实现了现有震动传感器无法实 现的对控制棒日常运行状态的监测功能，以辨识控制棒动作故障及潜在的失 步风险。小波变换分解结果给出了奇异点电流变化的幅值、持续时间以及基 波电流，因此同时也为故障分析提供辅助手段。本发明在现有电厂设计基础 上，不改变现有电厂任何硬件设施，不影响电厂设备、系统的运行，可在线 分析也可离线分析。

附图说明

图1为单相投切电容器仿真电路示意图；

图2为暂态信号正交二分小波基的分析结果示意图；

图3为CRDM动作电流趋势图；

图4为小波变换奇异值检测效果图；

图5为我国一在役核电机组的电流趋势图；

图6为我国另一在役核电机组的电流趋势图；

图7为非能动压水堆电站电流趋势图。

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。

本发明所提供的基于电流变化判断控制棒驱动机构(CRDM)动作的方法， 通过现有设备采集保持线圈、传递线圈、提升线圈的电流信号，将采集的线圈 电流信号送小波变换功能处理模块进行处理，通过处理确定每束控制棒三个线 圈的动作时刻，从而判断CRDM动作是否正确。本发明选择最简单常用的正交二 分小波基函数，根据实际电流的幅值、频率及采样，确定小波基函数的时域支 集与频域支集，并在4阶尺度上对线圈信号进行正交分解，目前工程应用上， 小波变换有相应的标准模块，在基函数的选择及阶次确定的基础上，本领域的 技术人员可以自行实现该方案；根据线圈电流信号在不同尺度上的分解处理结 果，确定线圈电流的基波电流、信号幅度变化及其变化持续时间、信号奇异值 点的位置，其中，基波电流用于确定正常的线圈电流是否在技术要求范围，信 号幅度变化及其变化持续时间用于确定暂态过程是否在要求范围内，这是系统 故障分析的依据之一；奇异值点位置确定了电源切换时间、销爪状态改变时间、 磁轭位置改变时间，从而根据每束控制棒的三个线圈电流，确定了CRDM控制时 间与动作时间，并根据系统制定的控制棒动作时间要求，判断CRDM动作是否正 确。小波变换功能处理模块是可移动的计算机软硬件模块，其并行处理能力， 具有同时处理8束控制棒的24个线圈电流信号的能力，满足电厂的实际运行要 求。

在控制棒动作过程中，由于CRDM的动作，导致线圈电流瞬间的波动，另外 当电源机柜接受上游控制信号，而电流按控制要求变化可控硅控制角变化时， 导致电流的变化点，这些都是奇异值点，直观上可以理解为电流信号扰动或变 化的点；奇异值点是对线圈电流信号进行小波变化分析的基础上确定的；在数 学分析上，根据分析结果进行数学处理确定，但小波变换处理后的奇异值点， 在图形上是可以进行直观观察的。

本发明通过奇异值点及保持线圈电流趋势图确定保持销爪的啮合时间点； 通过奇异值点及传递线圈电流趋势图确定移动销爪的啮合时间点；通过奇异值 点及提升线圈电流趋势图确定传递磁极的提升时间点；通过相邻周期奇异值点 (系统由控制棒指令的棒束确定控制棒每一步的动作时间即动作周期，相邻周 期奇异值点，就是相邻的两个动作周期内电流信号的奇异值点)及保持线圈电 流趋势图判断保持销爪是否正确释放；通过相邻周期奇异值点及传递线圈电流 趋势图判断移动销爪是否正确释放；通过相邻周期奇异值点及提升线圈电流趋 势图判断传递磁极是否正确释放；通过各线圈电流趋势图和奇异值点，确定加 能动作的时间。

首先通过对仿真的一个模拟电力系统投切电容器时线路中产生的暂态电流 信号的小波分解结果，来说明小波分析过程，实际CRDM动作过程是电感投切的 类似过程，仿真电路如图1所示。如图2所示，根据正交二分小波基的分解结 果，在尺度a＝2^-3上反映了电容器投切时产生的高频振荡信号幅值变化及持续时 间，在尺度a＝2²上则反映了电网的基波电流，在a＝2^-1,2^-2,2^-4上反映了奇异点的 位置，给出了突变发生的时刻。

由于电流投切，销爪闭合及传递磁极提升带来的电感变化(相当于电感投入) 所引起了线路电流突变，根据对仿真电路的分析结果，小波变换很容易甄别出 这些信号。小波分解结果给出了各奇异值点的具体时刻，因此也很容易确定CRDM 各加能动作的时间。对于如图3所示震动传感器的电流趋势图与声音信号，用 本发明公开的用于确定CRDM动作时间点的方法，传递线圈电流趋势图小波变换 奇异值检测结果如图4所示。由于小波变换在奇异值检测方面优异的特性，不 仅能检测出肉眼可见的电流突变奇异值，而且对那些隐藏在杂波中的奇异值， 也有非常优异的检测特性。

比较图3与图4，图4线圈电流确定CRDM动作，是针对某一线圈进行判断， 不需要人为判断就能确定CRDM动作性质，而检测的奇异值包含了电流变化的开 始与结束时间点，简化了CRDM的动作时间的确定。另外，小波变换奇异值检测 结果，会比传感器声音信号的持续时间要尖锐得多，对于时间点的确定更精确。

图5、图6分别为我国两个在役的核电机组调试过程中，实测的电流趋势图， 从图中的电流趋势，肉眼就能很明显的判断保持销爪与传递销爪的啮合时间点， 对于提升线圈而言，能看到由于传递磁极的提升，线圈电流的细小变化，应用 小波变换奇异值检测方法，该类奇异值将非常明显。需要说明一点的是，由于 所示电流趋势图是经TestBench平滑处理后的结果，一些信号细节已经丢失或 衰减，如果采用采集的原始电流趋势图，这些变化将更明显。

图7为非能动压水堆电站CRDM电流趋势图，从图中不仅能如上所述明显看 到销爪啮合时间点，以及传递磁极提升时细小变化，而且能看到销爪释放时的 细小变化。由于电流趋势图中未涉及传递磁极释放时的电流趋势段，因此尚不 能确定小波变换是否能检测到传递磁极释放信号。

根据对图7所示电流的目视检查，小波变换在很大可能性上，具有处理CRDM 释能过程的能力，但基于不确定性及处理过程完整性的原因，这里介绍一种根 据相邻两组小波分解结果判断CRDM释能过程正确性的判断方法。

由于释能后，CRDM的动作发生在电流几乎为零的阶段，小波变换分解结果 很可能检测不到此电流奇异值，因此用本周期内小波分析结果无法判断CRDM动 作是否正确。为预防此种结果的发生，考虑到前一动作周期的释能过程故障， 会影响到后一动作周期内加能过程中奇异值的检测结果，可以采用相邻两组小 波分解结果来判断CRDM释能过程的正确性。这是小波变换不能检测到释能过程 中电流奇异值的一种后备方案。具有一个动作周期的延迟。

对于保持线圈而言，失能故障表现为销爪不释放和释放时间长。对于销爪 不释放情况，表现为保持线圈电流在相邻的加能过程中检测不到啮合信号，同 时提升线圈检测不到提升信号；对于销爪释放时间过长情况，表现为保持线圈 电流能检测到啮合信号，但提升线圈检测不到提升信号。

对于传递线圈而言，失能故障表现为销爪不释放和释放时间长。对于销爪 不释放情况，表现为传递线圈电流在相邻的加能过程中检测不到啮合信号，同 时提升线圈检测不到提升信号；对于销爪释放时间过长情况，提升线圈电流在 相邻的加能过程中不能检测到提升信号，同时线圈电流能间歇检测到提升信号。

对于提升线圈而言，失能故障表现为传递磁极不释放和释放时间长。对于 传递磁极不释放情况，表现为传递线圈电流在相邻的加能过程中检测不到啮合 信号，同时提升线圈电流在相邻的加能过程中检测不到提升信号；对于传递磁 极释放时间过长情况，传递线圈电流及提升线圈电流在相邻加能过程中不能检 测到相应的啮合或提升信号，同时线圈电流能检测检测到相应加能信号。

需要注意的是，上述描述仅仅是示例性的，在本发明的上述教导下，本领 域技术人员可以在上述示例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变 形落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是 为了解释本发明方法，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。