反應堆控制棒控制系統

《反應堆控制棒控制系統》是中科華核電技術研究院有限公司、中國廣核集團有限公司、中國廣核電力股份有限公司於2015年1月9日申請的專利，該專利的公布號為CN104616705A，授權公布日為2015年5月13日，發明人是李濤、許育周、周琦、王春生、吳日升、穆昌洪、李騰龍。該發明涉及一種核電領域。

《反應堆控制棒控制系統》其包括控制模組、與所述電磁線圈對應的數個電流轉換模組以及電源模組，每一電流轉換模組對應連線一所述電磁線圈，所述控制模組分別與數個所述電流轉換模組相連並分別向數個所述電流轉換模組輸出相應的線圈控制信號，所述電流轉換模組將所述線圈控制信號轉換為相應的驅動電流，並依據所述驅動電流控制對應的電磁線圈動作。與2015年1月之前的技術相比，該發明每一電流轉換模組對應控制一電磁線圈，控制穩定、性能優越，系統結構簡單。另一方面，該發明三種電磁線圈可使用相同的電流轉換模組，通用性高、可維護性高。

2021年11月，《反應堆控制棒控制系統》獲得第八屆廣東專利獎金獎。

（概述圖為《反應堆控制棒控制系統》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：反應堆控制棒控制系統
• 申請人：中科華核電技術研究院有限公司、中國廣核集團有限公司、中國廣核電力股份有限公司
• 申請日：2015年1月9日
• 申請號：2015100128989
• 發明人：李濤、許育周、周琦、王春生、吳日升、穆昌洪、李騰龍
• 公布號：CN104616705A
• 公布日：2015年5月13日
• 地址：廣東省深圳市福田區上步中路西深圳科技大廈15層（1502-1504、1506）
• 分類號：G21C7/14(2006.01)I
• 代理機構：廣州三環專利代理有限公司
• 代理人：張艷美、郝傳鑫
• 類別：發明專利

專利背景

在核電站啟堆、功率轉換和停堆過程中，通過控制控制棒的提升、插入和保持運動，從而控制反應堆的反應性，保證反應堆始終工作在受控狀態。根據控制棒在堆芯中的不同位置和功能，通常將控制棒分組（如溫度棒組、功率棒組、停堆棒組等等），同一子組內的4根控制棒在堆芯中對稱布置（堆芯中心的控制棒單獨為1個子組），且在運行時聯動。

控制棒的提升、插入和保持運動是通過控制棒驅動機構（磁性線圈，CRDM）來實現的，控制棒驅動機構通過驅動桿組件與控制棒連線。當前中國、法國、美國運行的壓水堆核電站，控制棒驅動機構一般採用步進式磁力提升型，其線圈組件一般包含3個電磁線圈，即：提升線圈、移動線圈、保持線圈。線圈組件的電磁線圈和磁軛與鉤爪組件對應的鐵芯部件構成了3個“電磁鐵”，從上到下分別是“提升電磁鐵”、“移動電磁鐵”和“保持電磁鐵”。其作用如下：提升線圈激磁，使提升銜鐵吸合，帶動移動鉤爪提升一個步距；去磁使提升銜鐵打開，帶動移動鉤爪復位。移動線圈激磁，使移動銜鐵吸合，帶動連桿向上移動，使移動鉤爪擺入驅動桿環形槽中，與驅動桿環形齒嚙合；去磁使移動銜鐵打開，帶動連桿下降，使移動鉤爪擺出驅動桿環形槽，與驅動桿環形齒脫離嚙合。保持線圈激磁，使保持銜鐵吸合，帶動連桿向上移動，使保持鉤爪擺入驅動桿環形槽中，與驅動桿環形齒嚙合；去磁使保持銜鐵打開，帶動連桿下降，使保持鉤爪擺出驅動桿環形槽，與驅動桿環形齒脫離嚙合。

控制棒控制系統按照設定好的順序分別給3個電磁線圈傳送不同的電流從而控制線圈的激磁和去磁，就可以使與之對應的鉤爪組件中的3個“電磁鐵”鐵芯部件投入運行，從而控制驅動桿組件的運動帶動控制棒提升、插入或者保持。當3個線圈都斷電時，驅動桿組件失去夾持力，驅動桿組件和控制棒在重力作用下自由下落，使控制棒快速插入堆芯。

驅動機構從保持狀態（驅動桿掛在保持鉤爪上）開始提升一步的程式如下：1、移動線圈通電，移動銜鐵吸合。移動鉤爪擺入驅動桿環形槽中。2、保持線圈斷電，保持銜鐵打開。保持銜鐵打開過程中，保持鉤爪隨驅動桿一起下降（此過程中移動鉤爪只作直線運動不作擺動），下降到驅動桿掛到移動鉤爪上，再繼續下降一段距離後，擺出驅動桿環形槽。3、提升線圈通電，提升銜鐵吸合。提升銜鐵吸合時，通過移動鉤爪帶動驅動桿提升一個步距。4、保持線圈通電，保持銜鐵吸合。保持銜鐵吸合時，保持鉤爪先擺入驅動桿環形槽中呈豎直狀態，再繼續作向上的直線運動，運動到驅動桿掛在保持鉤爪上，再繼續運動一段距離使移動鉤爪齒處於驅動桿環形槽中間。5、移動線圈斷電，移動銜鐵打開。移動銜鐵打開時，移動鉤爪擺出驅動桿環形槽。6、提升線圈斷電，提升銜鐵打開。提升銜鐵打開時，移動鉤爪隨提升銜鐵一起，下降到初始位置。移動銜鐵和移動鉤爪回復到初始位置後，機構又可以進行下一步提升程式。

驅動機構從保持狀態（驅動桿掛在保持鉤爪上）開始下插一步的程式如下：

1、提升線圈通電，提升銜鐵吸合。提升銜鐵吸合時，移動鉤爪隨提升銜鐵一起，提升一個步距。2、移動線圈通電，移動銜鐵吸合。移動銜鐵吸合時，移動鉤爪擺入驅動桿環形槽中。3、保持線圈斷電，保持銜鐵打開。保持銜鐵打開過程中，保持鉤爪隨驅動桿一起下降（此過程中移動鉤爪只作直線運動不作擺動），下降到驅動桿掛到移動鉤爪上，再繼續下降一段距離後，擺出驅動桿環形槽。4、提升線圈斷電，提升銜鐵打開。提升銜鐵打開時，驅動桿隨提升銜鐵一起，下降一個步距。5、保持線圈通電，保持銜鐵吸合。保持銜鐵吸合時，保持鉤爪先擺入驅動桿環形槽中呈豎直狀態，再繼續作向上的直線運動，運動到驅動桿掛在保持鉤爪上，再繼續運動一段距離使移動鉤爪齒處於驅動桿環形槽中間。6、移動線圈斷電，移動銜鐵打開。移動銜鐵打開時，移動鉤爪擺出驅動桿環形槽。移動鉤爪擺出驅動桿環形槽後，機構可以進行下一步的下插程式。

控制棒控制系統通過產生不同等級的電流來控制驅動機構電磁線圈的激磁和去磁，每個電磁線圈需要3種電流：ZC：零電流，使電磁線圈去磁；RC：半電流，以減少的電流保持電磁線圈激磁，減少線圈的發熱量；FC：全電流，使電磁線圈激磁（全電流不能長時間保持，否則會燒壞電磁線圈）。

2015年前用於許多核電站的控制棒控制系統設計是在20世紀60、70年代開發的，這些系統仍然使用傳統的可控矽作為電流控制元件，而且一套電流控制電路同時控制四個電磁線圈，此種“一拖四”結構容易發生由於驅動機構線圈加工的離散性導致電流分配不均而引起控制棒滑步或者掉棒現象，而且每種線圈需要不同的控制模組，系統結構複雜，控制方式較繁瑣，數位化程度低，性能指標差，而且可維護性差，維護成本高。

發明內容

專利目的

《反應堆控制棒控制系統》的目的是提供一種控制穩定、性能優越、可維護性高的反應堆控制棒控制系統。

技術方案

《反應堆控制棒控制系統》用於控制反應堆內控制棒驅動機構中的電磁線圈動作，其包括控制模組、與數個所述電磁線圈對應的數個電流轉換模組以及電源模組，每一電流轉換模組對應連線一所述電磁線圈，所述控制模組分別與數個所述電流轉換模組相連並分別向數個所述電流轉換模組輸出相應的線圈控制信號，所述電流轉換模組將所述線圈控制信號轉換為相應的驅動電流，並依據所述驅動電流控制對應的電磁線圈動作，所述電源模組對所述控制模組和電流轉換模組供電。

與2015年1月之前的技術相比，該發明每一電流轉換模組對應控制一電磁線圈，避免一套電流控制電路同時控制四個電磁線圈引起控制棒滑步或者掉棒問題，控制穩定，系統結構簡單、性能優越。另一方面，任一電流轉換模組故障後，只需換掉該電流轉換模組即可，可維護性高。

較佳地，所述控制模組的輸入端接邏輯櫃以接收所述邏輯櫃的控制棒控制命令，並依據所述控制棒控制命令生成所述線圈控制信號，所述控制模組獲取反應堆控制棒控制系統的系統狀態信息並依據所述系統狀態信息生成故障報警信號，且向所述邏輯櫃傳送所述系統狀態信息和故障報警信號。

具體地，所述反應堆控制棒控制系統還包括操作顯示模組，所述操作顯示模組輸入外部的手動操作命令以及顯示系統狀態信息和故障報警信號；所述控制模組還接所述操作顯示模組並依據所述操作命令生成所述線圈控制信號，所述控制模組還獲取反應堆控制棒控制系統的系統狀態信息並依據所述系統狀態信息生成故障報警信號，並向所述操作顯示模組傳送所述系統狀態信息和故障報警信號。

較佳地，所述控制模組的輸入端還接反應堆保護系統以接收所述反應堆保護系統輸出的停堆信號，並依據所述停堆信號生成相應的線圈控制信號，依據所述停堆信號對應的線圈控制信號控制相應的電磁線圈動作以觸發控制棒落棒。

較佳地，所述電磁線圈按類型分為提升線圈、移動線圈和保持線圈，所述每一電流轉換模組對應連線一所述電磁線圈，並且包含分別與所述提升線圈、移動線圈和保持線圈相關聯的三組參數，所述電流轉換模組通過插拔接口自動識別與所述電流轉換模組相連線的電磁線圈類型，並根據所述電磁線圈類型自動選擇相應的參數組。該方案使得該發明三種電磁線圈可使用相同的電流轉換模組，通用性高、套用範圍廣，並進一步提高了系統的可維護性。

在該方案中，所述電流轉換模組包括定值電路、調節電路、電流感測器和電流驅動電路，所述定值電路接收所述控制模組輸出的線圈控制信號並將所述線圈控制信號處理轉換為對應的電平信號，所述電流感測器採集所述電磁線圈的電流信號，所述調節電路接收所述電平信號和所述電流信號，並對所述電平信號和電流信號進行差分放大處理以產生方波驅動信號，所述電流驅動電路依據所述方波驅動信號生成所述驅動電流以驅動所述電磁線圈動作。

具體地，所述電流驅動電路包括第一絕緣柵雙極型電晶體和第二絕緣柵雙極型電晶體，所述第一絕緣柵雙極型電晶體和第二絕緣柵雙極型電晶體的柵極分別接所述方波驅動信號，所述第一絕緣柵雙極型電晶體的集電極接一直流電的正極，所述第二絕緣柵雙極型電晶體的發射級接所述直流電的負極，所述電磁線圈的兩端分別接所述第一絕緣柵雙極型電晶體的發射極和所述第二絕緣柵雙極型電晶體的集電極。該發明採用絕緣柵雙極型電晶體（IGBT）作為電流控制元件，使得電流轉換電路結構簡單、提高了電路的可靠性，而且電流上升、下降時間短，電流紋波小，系統發熱量少。

具體地，所述電流轉換模組還包括電流檢測電路和顯示模組，所述定值電路還判斷所述線圈控制信號是否正常並在所述線圈控制信號異常時輸出定值故障信息，所述定值電路還將所述線圈控制信號中的電流定值信號輸送至電流檢測電路，所述電流檢測電路分別與所述電流感測器和所述定值電路相連以接收所述電流信號和所述電流定值信號，且所述電流檢測電路依據所述電流定值信號判斷所述電磁線圈的預定工作狀態，依據所述電流信號判斷所述電磁線圈的實際工作狀態，並依據所述預定工作狀態和電流信號判斷所述電流信號是否故障以生成電流故障信息，從而輸出相應的狀態信息，所述狀態信息包括所述預定工作狀態、實際工作狀態和電流故障信息；所述顯示模組分別與所述定值電路和電流檢測電路相連並顯示所述狀態信息和定值故障信息。

更具體地，所述電流檢測電路獲取所述狀態信息的方法為：所述電流檢測電路依據所述電流定值信號判斷所述電磁線圈的預定工作狀態並調用對應的預設閾值和預設延遲時間，並在當前預定工作狀態和前一預定工作狀態不同時依據調用的預設延遲時間生成跳轉狀態信息，所述跳轉狀態信息為判斷所述電流信號處於跳轉狀態的信息；所述電流檢測電路依據所述電流信號判斷所述電磁線圈的實際工作狀態，且所述電流檢測電路在電流信號未處於跳轉狀態時將所述電流信號與預設閾值進行比較，並在所述電流信號超出預設閾值範圍時生成電流故障信息；所述電流檢測電路在電流信號處於跳轉狀態時延遲預設時間後將所述電流信號與預設閾值進行比較，並在所述電流信號超出預設閾值範圍時生成電流故障信息；所述狀態信息還包括所述跳轉狀態信息；與電磁線圈相關聯的每組參數均包括所述預設閾值和所述延遲預設時間。

更具體地，所述顯示模組依據所述電流故障信息和定值故障信息鎖定顯示狀態，所述反應堆控制棒控制系統還包括故障清除按鈕，所述故障清除按鈕輸出故障清除命令，所述顯示模組依據所述故障清除命令解除顯示狀態的鎖定。

具體地，所述顯示模組還包括測試接口和通訊接口，所述測試接口用於測試所述電磁線圈的實際電流值，所述通訊接口用於外接控制終端設備以線上調節控制參數。

較佳地，所述控制模組獲取反應堆控制棒控制系統的系統狀態信息並依據所述系統狀態信息生成故障報警信號，並依據所述故障報警信號的類型產生包含雙保持命令的線圈控制信號，所述電流轉換模組依據所述包含雙保持命令的線圈控制信號控制電磁線圈中的移動線圈和保持線圈處於雙保持狀態。

較佳地，所述反應堆控制棒控制系統還包括安裝櫃，所述安裝柜上設有安裝架和設於所述安裝架上的插拔接口，所述反應堆控制棒控制系統內各個模組以模組化的結構分別安裝於所述安裝架上並與對應的插拔接口對接，所述插拔接口用於連線所述反應堆控制棒控制系統內各個模組，且所述電流轉換模組對應的插拔接口還連線所述電磁線圈並識別所述電磁線圈類型，依據所述電磁線圈類型調用相應的控制程式和控制參數。該方案使得該發明實現了模組化設計，某一模組故障時，可直接帶電插拔故障模組進行線上更換，便於維修。

較佳地，所述電源模組包括動力電源模組和控制電源模組，所述動力電源模組將260伏交流電通過三相半波整流轉換為220伏的直流電，並與所述電流轉換模組相連以向電流轉換模組提供動力電源（如果核電站直接提供220伏直流動力電，所述動力電源模組可以去掉三相半波整流電路，僅保留濾波電路；或者直接去掉動力電源模組，由所述核電站220伏直流動力電直接與所述電流轉換模組相連）；所述控制電源模組將220伏交流電轉換為24伏直流電，並與所述電流轉換模組和控制模組相連以向所述電流轉換模組和控制模組提供控制電源。該方案使得該發明適用範圍廣，可針對不同核電站使用不同等級的動力電源。

附圖說明

圖1是《反應堆控制棒控制系統》所述電流轉換模組的結構框圖。

圖2是該發明所述電流驅動電路的電路圖。

圖3是該發明所述反應堆控制棒控制系統的結構框圖。

圖4是該發明所述電流檢測電路檢測原理圖。

圖5是該發明所述顯示模組的結構示意圖。

圖6是該發明所述反應堆控制棒控制系統的布局圖。

權利要求

1.《反應堆控制棒控制系統》用於控制反應堆內控制棒驅動機構內的數個電磁線圈動作，其特徵在於，所述反應堆控制棒控制系統包括控制模組、與數個所述電磁線圈對應的數個電流轉換模組以及電源模組，每一電流轉換模組對應連線一所述電磁線圈，所述控制模組分別與數個所述電流轉換模組相連並分別向數個所述電流轉換模組輸出相應的線圈控制信號，所述電流轉換模組將所述線圈控制信號轉換為相應的驅動電流，並依據所述驅動電流控制對應的電磁線圈動作，所述電源模組對所述控制模組和電流轉換模組供電。

2.如權利要求1所述的反應堆控制棒控制系統，其特徵在於，所述控制模組的輸入端接邏輯櫃以接收所述邏輯櫃的控制棒控制命令，並依據所述控制棒控制命令生成所述線圈控制信號，所述控制模組獲取反應堆控制棒控制系統的系統狀態信息並依據所述系統狀態信息生成故障報警信號，且向所述邏輯櫃傳送所述系統狀態信息和故障報警信號。

3.如權利要求1所述的反應堆控制棒控制系統，其特徵在於，所述反應堆控制棒控制系統還包括操作顯示模組，所述操作顯示模組輸入外部的手動操作命令以及顯示反應堆控制棒控制系統的系統狀態信息和故障報警信號；所述控制模組還接所述操作顯示模組並依據所述操作命令生成所述線圈控制信號，所述控制模組還獲取反應堆控制棒控制系統的系統狀態信息並依據所述系統狀態信息生成故障報警信號，並向所述操作顯示模組傳送所述系統狀態信息和故障報警信號。

4.如權利要求1所述的反應堆控制棒控制系統，其特徵在於，所述控制模組的輸入端還接反應堆保護系統以接收所述反應堆保護系統輸出的停堆信號，並依據所述停堆信號生成相應的線圈控制信號，依據所述停堆信號對應的線圈 控制信號控制相應的電磁線圈動作以觸發控制棒落棒。

5.如權利要求1所述的反應堆控制棒控制系統，其特徵在於，所述電磁線圈按類型分為提升線圈、移動線圈和保持線圈，所述每一電流轉換模組包含分別與所述提升線圈、移動線圈和保持線圈相關聯的三組參數，所述電流轉換模組通過插拔接口自動識別與所述電流轉換模組相連線的電磁線圈類型，並根據所述電磁線圈類型自動選擇相應的參數組。

6.如權利要求5所述的反應堆控制棒控制系統，其特徵在於，所述電流轉換模組包括定值電路、調節電路、電流感測器和電流驅動電路，所述定值電路接收所述控制模組輸出的線圈控制信號並將所述線圈控制信號處理轉換為對應的電平信號，所述電流感測器採集所述電磁線圈的電流信號，所述調節電路接收所述電平信號和所述電流信號，並對所述電平信號和電流信號進行差分放大處理以產生方波驅動信號，所述電流驅動電路依據所述方波驅動信號生成所述驅動電流並驅動所述電磁線圈動作。

7.如權利要求6所述的反應堆控制棒控制系統，其特徵在於，所述電流驅動電路包括第一絕緣柵雙極型電晶體和第二絕緣柵雙極型電晶體，所述第一絕緣柵雙極型電晶體和第二絕緣柵雙極型電晶體的柵極分別接所述方波驅動信號，所述第一絕緣柵雙極型電晶體的集電極接一直流電的正極，所述第二絕緣柵雙極型電晶體的發射級接所述直流電的負極，所述電磁線圈的兩端分別接所述第一絕緣柵雙極型電晶體的發射極和所述第二絕緣柵雙極型電晶體的集電極。

8.如權利要求6所述的反應堆控制棒控制系統，其特徵在於，所述電流轉換模組還包括電流檢測電路和顯示模組，所述定值電路還判斷所述線圈控制信號是否正常並在所述線圈控制信號異常時輸出定值故障信息，所述定值電路還 將所述線圈控制信號中的電流定值信號輸送至所述電流檢測電路，所述電流檢測電路分別與所述電流感測器和所述定值電路相連以接收所述電流信號和所述電流定值信號，且所述電流檢測電路依據所述電流定值信號判斷所述電磁線圈的預定工作狀態，依據所述電流信號判斷所述電磁線圈的實際工作狀態，並依據所述預定工作狀態和電流信號判斷所述電流信號是否故障以生成電流故障信息，從而輸出相應的狀態信息，所述狀態信息包括所述預定工作狀態、實際工作狀態和電流故障信息；所述顯示模組分別與所述定值電路和所述電流檢測電路相連並顯示所述定值故障信息和所述狀態信息。

9.如權利要求8所述的反應堆控制棒控制系統，其特徵在於，所述電流檢測電路獲取所述狀態信息的方法為：所述電流檢測電路依據所述電流定值信號判斷所述電磁線圈的預定工作狀態並調用對應的預設閾值和預設延遲時間，並在當前預定工作狀態和前一預定工作狀態不同時依據調用的預設延遲時間生成跳轉狀態信息，所述跳轉狀態信息為判斷所述電流信號處於跳轉狀態的信息；所述電流檢測電路依據所述電流信號判斷所述電磁線圈的實際工作狀態，且所述電流檢測電路在電流信號未處於跳轉狀態時將所述電流信號與預設閾值進行比較，並在所述電流信號超出預設閾值範圍時生成電流故障信息；所述電流檢測電路在電流信號處於跳轉狀態時延遲預設時間後將所述電流信號與預設閾值進行比較，並在所述電流信號超出預設閾值範圍時生成電流故障信息；所述狀態信息還包括所述跳轉狀態信息；與電磁線圈相關聯的每組參數均包括所述預設閾值和所述延遲預設時間。

10.如權利要求8或9所述的反應堆控制棒控制系統，其特徵在於，所述顯示模組依據所述電流故障信息和定值故障信息鎖定顯示狀態，所述反應堆控制棒控制系統還包括故障清除按鈕，所述故障清除按鈕輸出故障清除命令，所述顯示模組依據所述故障清除命令解除顯示狀態的鎖定。

11.如權利要求8所述的反應堆控制棒控制系統，其特徵在於，所述顯示模組還包括測試接口和通訊接口，所述測試接口用於測試所述電磁線圈的實際電流值，所述通訊接口用於外接控制終端設備以線上調節控制參數。

12.如權利要求1所述的反應堆控制棒控制系統，其特徵在於，所述控制模組獲取反應堆控制棒控制系統的系統狀態信息並依據所述系統狀態信息生成故障報警信號，並依據所述故障報警信號的類型產生包含雙保持命令的線圈控制信號，所述電流轉換模組依據所述包含雙保持命令的線圈控制信號控制電磁線圈中的移動線圈和保持線圈處於雙保持狀態。

13.如權利要求1所述的反應堆控制棒控制系統，其特徵在於，所述反應堆控制棒控制系統還包括安裝櫃，所述安裝柜上設有安裝架和設於所述安裝架上的插拔接口，所述反應堆控制棒控制系統內各個模組以模組化的結構分別安裝於所述安裝架上並與對應的插拔接口對接，所述插拔接口用於連線所述反應堆控制棒控制系統內各個模組，且所述電流轉換模組對應的插拔接口還連線所述電磁線圈並識別所述電磁線圈類型，依據所述電磁線圈類型調用相應的控制程式和控制參數。

14.如權利要求1所述的反應堆控制棒控制系統，其特徵在於，所述電源模組包括動力電源模組和控制電源模組，所述動力電源模組將260伏交流電通過三相半波整流轉換為220伏的直流電，並與所述電流轉換模組相連以向電流轉換模組提供動力電源；所述控制電源模組將220伏交流電轉換為24伏直流電，並與所述電流轉換模組和控制模組相連以向所述電流轉換模組和控制模組提供控制電源。

實施方式

《反應堆控制棒控制系統》用於控制反應堆內控制棒驅動機構動作，所述控制棒驅動機構包括數個線圈組件和對應的驅動桿組件（圖中未示），參考圖1和圖3，每一所述線圈組件包括三個電磁線圈（CRDM線圈）200，三個所述電磁線圈200按類型分為提升線圈201、移動線圈202和保持線圈203。所述線圈組件與所述驅動桿組件相連，並依據電磁線圈200的動作控制驅動桿組件動作，從而控制對應的控制棒進行相應的提升、下插或保持。

參考圖1和圖3，所述反應堆控制棒控制系統100包括控制模組11、與數個所述電磁線圈200對應的數個電流轉換模組12、對所述電流轉換模組12供電的電源模組，每一電流轉換模組12對應連線一所述電磁線圈200，所述控制模組11分別與數個所述電流轉換模組12相連並分別向數個所述電流轉換模組12輸出相應的線圈控制信號U_C，所述電流轉換模組12將所述線圈控制信號U_C轉換為相應的驅動電流I_O，並依據所述驅動電流I_O控制對應的電磁線圈200動作，所述電源模組對所述控制模組11和電流轉換模組12供電。與2015年1月之前的技術相比，該發明每一電流轉換模組12對應控制一電磁線圈200，避免一套電流控制電路同時控制四個電磁線圈引起控制棒滑步或者掉棒問題，控制穩定，系統結構簡單；且該發明在任一電流轉換模組12故障時，只需換掉故障的電流轉換模組12即可，可維護性高。

較佳者，所述電流轉換模組12採用標準化設計，每一電流轉換模組12均包含分別與提升線圈201、移動線圈202和保持線圈203的每種相關聯的三組參數，所述電流轉換模組12通過插拔接口自動識別與所述電流轉換模組12相連線的電磁線圈201、202、203類型，並根據所述電磁線圈類型201、202、203自動選擇相應的參數組。該方案使三種電磁線圈均可使用相同的電流轉換模組12，通用性高、適用範圍廣，進一步提高可維護性。

其中，參考圖3，所述電源模組包括動力電源模組151和控制電源模組152，所述動力電源模組151將260伏交流電通過三相半波整流轉換為220伏的直流電，並與所述電流轉換模組12相連以向電流轉換模組12提供動力電源；所述控制電源模組152將220伏交流電轉換為24伏直流電，並與所述電流轉換模組12和控制模組11相連以向所述電流轉換模組12和控制模組11提供控制電源。

較佳者，繼續參考圖1，所述電流轉換模組12包括定值電路21、調節電路22、電流感測器24和電流驅動電路23。所述定值電路21接收所述控制模組11輸出的線圈控制信號U_C，所述定值電路21將所述線圈控制信號U_C處理並轉換為對應的電平信號U_d。所述電流感測器24採集所述電磁線圈200的電流以生成電流信號I_f，所述調節電路22接收所述電平信號U_d和所述電流信號I_f，並對所述電平信號U_d和電流信號I_f進行差分放大處理以產生方波驅動信號U_n，所述電流驅動電路23依據所述方波驅動信號U_n生成所述驅動電流I_o，所述驅動電流I_o驅動所述電磁線圈200激磁和去磁，使得控制棒驅動機構（CRDM）動作帶動控制棒動作。其中，在該實施例中，所述電流感測器24有兩個。

其中，所述定值電路21包括數字電位器，該發明通過數字電位器調節所述定值電路輸出的電平信號U_d，從而對所述驅動電流進行調節，避免了機械電位器氧化漂移、精度低、誤操作等問題，實現了數位化控制。

參考圖2，所述電流驅動電路23包括第一絕緣柵雙極型電晶體伏T1和第二絕緣柵雙極型電晶體伏T2，所述第一絕緣柵雙極型電晶體伏T1和第二絕緣柵雙極型電晶體伏T2的柵極分別接所述方波驅動信號U_n（G1-S1、G2-S2），所述第一絕緣柵雙極型電晶體伏T1的集電極接一直流電正極，所述第二絕緣柵雙極型電晶體伏T2的發射級接所述直流電的負極，所述電磁線圈CRDM的兩端分別接所述第一絕緣柵雙極型電晶體的發射極和所述第二絕緣柵雙極型電晶體的集電極。該發明採用絕緣柵雙極型電晶體（IGBT）作為電流控制元件，使得電流轉換電路結構簡化、提高了電路的可靠性，而且電流上升、下降時間短，電流紋波小，系統發熱量少。其中，該實施例中，所述直流電由動力電源模組151提供。

較佳者，所述電流驅動電路23還包括濾波電容C3、第一二極體伏D1、第二二極體伏D2，所述濾波電容C3接於三相直流電的正極和所述第二絕緣柵雙極型電晶體伏T2的發射極之間，所述第一二極體伏D1和第二二極體伏D2均為快恢復二極體。較佳者，所述電流驅動電路23還包括保護電路，所述保護電路包括相互串聯的第一電阻R1和第一電容C1、相互串聯接的第二電阻R2和第二電容C2，所述第一電阻R1和第一電容C1串接於第一絕緣柵雙極型電晶體伏T1的集電極和發射極之間，避免第一絕緣柵雙極型電晶體伏T1的集電極和發射極之間的電壓由某種原因而快速升高，所述第二電阻R2和第二電容C2串接於第二絕緣柵雙極型電晶體伏T2的集電極和發射極之間，避免第二絕緣柵雙極型電晶體伏T2的集電極和發射極之間的電壓由某種原因而快速升高。

較佳者，繼續參考圖1，所述電流轉換模組12還包括電流檢測電路25和顯示模組26，所述定值電路21還判斷所述線圈控制信號U_C是否正常並在所述線圈控制信號U_C異常時輸出定值故障信息Sw（例如同時出現2個電流定值信號、3個電流定值信號或者無電流定值信號等等），所述定值電路21還將所述線圈控制信號U_C中的電流定值信號輸送至電流檢測電路25內，所述電流檢測電路25分別與所述電流感測器24和定值電路21相連以接收所述電流信號I_f和所述電流定值信號，且所述電流檢測電路25依據所述電流定值信號判斷所述電磁線圈200的預定工作狀態，依據所述電流信號I_f判斷所述電磁線圈200的實際工作狀態，依據所述預定工作狀態和電流信號I_f判斷所述電流信號是否故障以生成電流故障信息，輸出相應的狀態信息Sv，所述狀態信息Sv包括預定工作狀態、實際工作狀態和電流故障信息，所述顯示模組26分別與所述定值電路21和電流檢測電路25相連，並顯示所述狀態信息Sv和定值故障信息Sw。

較佳者，所述電流檢測電路25獲取所述狀態信息Sv的方法為：所述電流檢測電路25依據所述電流定值信號判斷所述電磁線圈200的預定工作狀態並調用對應的預設閾值和預設延遲時間，並在當前預定工作狀態和前一預定工作狀態不同時依據調用的預設延遲時間生成跳轉狀態信息，所述跳轉狀態信息為判斷所述電流信號處於跳轉狀態的信息，與電磁線圈相關聯的每組參數均包括所述預設閾值和所述延遲預設時間。所述電流檢測電路25依據所述電流信號I_f判斷所述電磁線圈200的實際工作狀態，在電流信號I_f處於穩定狀態時（未處於跳轉狀態時），將所述電流信號I_f與預設閾值進行比較並在所述電流信號I_f超出預設閾值範圍時生成電流故障信息，在電流信號I_f處於跳轉狀態時延遲預設時間後將所述電流信號I_f與預設閾值進行比較並在所述電流信號I_f超出預設閾值範圍時生成電流故障信息，所述狀態信息Sv還包括跳轉狀態信息。其中，所述電流檢測電路25判斷當前預定工作狀態和前一預定工作狀態是否相同時，可以依據電流定值信號進行判斷：比較當前的電流定值信號和前一電流定值信號是否相同，也可以依據預定工作狀態進行判斷：比較當前的預定工作狀態和前一預定工作狀態是否相同。電流信號I_f處於穩定狀態（非跳轉狀態）/跳轉狀態並非指電流信號I_f實際處於穩定狀態/跳轉狀態，而是指預計電流信號I_f處於穩定狀態/跳轉狀態，電流信號I_f處於穩定狀態/跳轉狀態是依據跳轉狀態信息判斷的，在未生成跳轉狀態信息時判斷所述電流信號I_f處於穩定狀態，生成跳轉狀態信息時判斷所述電流信號I_f處於跳轉狀態。

其中，電流定值信號代表控制電磁線圈200的電流信號I_f處於某一狀態（例如“全電流”、“半電流”或“零電流”）的信號，故所述電流檢測電路25可依據電流定值信號判斷電磁線圈200的預定工作狀態，預定工作狀態為控制電磁線圈200所要達到的工作狀態，包括“全電流”狀態、“半電流”狀態和“零電流”狀態。參考圖5，所述顯示模組26顯示電磁線圈的預定工作狀態：所述顯示模組26上設有“全電流”、“半電流”、“零電流”三個指示燈，分別指示電磁線圈的預定工作狀態處於“全電流”狀態、“半電流”狀態還是“零電流”狀態。當電流定值信號控制電流信號I_f在“全電流”、“半電流”和“零電流”中任一兩狀態之間轉變時（例如電流定值信號控制預定工作狀態從“全電流”狀態轉換為“半電流”狀態的這一轉變），所述電流檢測電路25調用對應的延遲預設時間，判斷電流信號I_f在延遲預設時間內處於跳轉狀態，故在跳轉的起始時間直至延遲預設時間內生成跳轉狀態信息。參考圖5，所述顯示模組26上包括代表電流信號I_f處於跳轉狀態的“定值變化”指示燈，例如當電流定值信號控制電流信號I_f進行跳轉時，所述電流檢測電路25在預定的轉換時間內生成跳轉狀態信息，顯示模組26依據跳轉狀態信息控制“定值變化”指示燈亮。

其中，電磁線圈200的實際工作狀態為電磁線圈200的電流信號I_f實際大小所在區域，參考圖5，所述顯示模組26依據狀態信息Sv中的實際工作狀態和電流故障信息顯示所述電磁線圈200的實際工作情況，為了便於操作人員準確了解電磁線圈200的實際工作狀態，故所述顯示模組26上包括“全電流大”、“全電流小”、“半電流大”、“半電流小”、“零電流大”、“插接正常”6個代表電流信號I_f實際大小的指示燈，代表電流信號I_f超出預設閾值範圍的“電流故障”指示燈。例如當電流信號I_f達到顯示模組26上“全電流大”（超出對應閾值FC_max）、“全電流小”（超出對應閾值FC_min）、“半電流大”（超出對應閾值RC_max）、“半電流小”（超出對應閾值RC_min）、“零電流大”（超出對應閾值ZC_max）、“插接正常”（超出對應閾值ZC_min）相應的預設閥值時，相應指示燈亮，未到達相應預設閥值時相應的指示燈滅,以顯示所述電磁線圈200的實際電流大小；當電流信號I_f超出預設閾值範圍時，顯示模組26上的“電流故障”指示燈亮。

較佳者，所述顯示模組26還依據所述電流故障信息鎖定顯示狀態，例如當電流檢測電路25判斷電流信號I_f超出預設閾值範圍時，“電流故障”指示燈亮，並且“全電流大”、“全電流小”、“半電流大”、“半電流小”、“零電流大”、“插接正常”、“定值變化”7個指示燈的狀態被鎖定，以便維修人員確認哪個階段的電流發生故障以及該故障是發生在電流跳轉期間還是電流穩定期間。所述反應堆控制棒控制系統100還包括故障清除按鈕（圖中未示），所述故障清除按鈕輸出故障清除命令，所述顯示模組26依據所述故障清除命令解除顯示狀態的鎖定，當然，解除報警狀態的前提是所述電流故障信息已消失，當所述電流故障信息未消失時，所述顯示模組26依然依據所述電流故障信息鎖定顯示狀態。

繼續參考圖5，所述顯示模組26還顯示所述定值故障信息Sw：所述顯示模組26上設有“定值故障”指示燈，從而依據所述定值故障信息Sw指示定值故障。

較佳者，所述顯示模組26還依據所述定值故障信息Sw鎖定顯示狀態，所述反應堆控制棒控制系統100還包括故障清除按鈕（圖中未示），所述故障清除按鈕輸出故障清除命令，所述顯示模組26依據所述故障清除命令解除顯示狀態的鎖定，當然，解除報警狀態的前提是所述定值故障信息Sw已消失，當所述定值故障信息Sw未消失時，所述顯示模組26依然依據所述定值故障信息Sw鎖定顯示狀態。

繼續參考圖5，所述顯示模組26還設有“內部故障”、“熔絲燒斷”、“雙重保持”指示燈，“內部故障”指示燈用來指示所述電流轉換模組12的內部硬體故障；“熔絲燒斷”指示燈用來指示所述電磁線圈200的動力保險是否燒斷；“雙重保持”指示燈用來指示所示電磁線圈200是否處於雙保持狀態（即移動鉤爪和保持鉤爪同時抓住了驅動桿，防止控制棒掉棒）。

繼續參考圖5，所述顯示模組26上還設有“波形”檢測孔，所述“波形”檢測孔與電磁線圈200的兩端相連，可測量所述電磁線圈200的實際電流值。所述顯示模組26上還設有“通訊接口”，所述“通訊接口”與電流轉換模組12相連，所述“通訊接口”可通過外接的控制終端設備以線上修改控制參數。所述控制參數包括所述電流轉換模組12中的數字電位器的參數和所述電磁線圈200相關聯的參數組，從而調節所述定值電路21輸出的電平信號U_d和修改所述電磁線圈200相關聯的參數組（如所述電流檢測電路25的預設閾值和延遲預設時間）

參考圖4和圖5，電磁線圈的控制狀態舉例說明所述電流檢測電路25和顯示模組26的工作過程：

當電流信號I_f處於全電流穩定狀態時：例如，所述電流檢測電路25依據電流定值信號獲得的預定工作狀態為FC（“全電流”狀態），顯示模組26依據所述預定工作狀態控制“全電流”指示燈亮。所述電流檢測電路25依據電流定值信號或預定工作狀態調用預設閾值和預設延遲時間，由於當前電流定值信號和前一電流定值信號對應的預定工作狀態均為FC，調用全電流（FC）的預設閾值FC_max和FC_min，當前預定工作狀態和前一預定工作狀態相同，故不產生跳轉狀態信息，電流信號I_f處於穩定狀態（未跳轉狀態），顯示模組26“定值變化”指示燈滅，所述電流檢測電路25將電流信號I_f與預設閾值FC_max和FC_min進行比較，在電流信號I_f超出預設閾值範圍時生成電流故障信息，假設此時電流信號I_f處於預設閾值FC_max和FC_min之間，即電流信號I_f處於預設閾值範圍內，所述電流檢測電路25不生成電流故障信息，顯示模組26的“電流故障”指示燈滅，由於電流信號超出了預設閾值FC_min且未超出預設閾值FC_max，故顯示模組26的“全電流小”、“半電流大”、“半電流小”、“零電流大”、“插接正常”指示燈亮，“全電流大”指示燈滅。

當電流信號I_f處於跳轉狀態時（包括從ZC-FC、從ZC-RC、從RC-FC、從FC-RC、從FC-ZC、從RC-ZC六種跳轉狀態），例如當電流信號I_f處於RC-FC跳轉狀態（如圖4中A部分所示），所述電流檢測電路25依據電流定值信號獲得當前的預定工作狀態為FC（“全電流”狀態），顯示模組26依據所述預定工作狀態控制“全電流”指示燈亮。所述電流檢測電路25依據電流定值信號或預定工作狀態調用預設閾值和預設延遲時間：由於當前的預定工作狀態為FC，前一預定工作狀態為RC，故調用的預設閾值為FC_max和FC_min，調用的預定延遲時間為t_RC-FC，當前的預定工作狀態和前一預定工作狀態有變動，所述電流檢測電路25還在預定延遲時間t_RC-FC內生成跳轉狀態信息，顯示模組26依據所述跳轉狀態信息控制“定值變化”指示燈亮，所述電流檢測電路25經過預定延遲時間t_RC-FC後將電流信號I_f與預設閾值FC_max和FC_min進行比較，在電流信號I_f超出預設閾值範圍時生成電流故障信息，假設電流信號I_f此時低於FC_min，電流檢測電路25生成電流故障信息，顯示模組26依據所述電流故障信息控制“電流故障”指示燈亮，由於電流信號I_f處於預設閾值RC_max和FC_min之間，故表示實際工作狀態的“半電流大”、“半電流小”、“零電流大”、“插接正常”指示燈亮，“全電流大”、“全電流小”指示燈滅。

與RC-FC跳轉狀態相似，對於FC-ZC跳轉狀態（如圖4中B部分所示），所述電流檢測電路25依據電流定值信號判斷預定工作狀態為ZC，前一預定工作狀態為FC，調用零電流（ZC）的預設閾值ZC_max和ZC_min、預定延遲時間t_FC-ZC，在預定延遲時間t_FC-ZC內生成跳轉狀態信息，經過預定延遲時間t_FC-ZC後將電流信號I_f與預設閾值ZC_max進行比較，在電流信號I_f超出預設閾值範圍時生成電流故障信息；對於FC-RC跳轉狀態（如圖4中D部分所示），所述電流檢測電路25依據電流定值信號判斷預定工作狀態為RC，前一預定工作狀態為FC，調用半電流（RC）的預設閾值RC_max和RC_min、預定延遲時間t_FC-RC，在預定延遲時間t_FC-RC內生成跳轉狀態信息，經過預定延遲時間t_FC-RC後將電流信號I_f與預設閾值RC_max和RC_min進行比較，在電流信號I_f超出預設閾值範圍時生成電流故障信息；對於RC-ZC跳轉狀態（如圖4中E部分所示），所述電流檢測電路25依據電流定值信號判斷預定工作狀態為ZC，前一預定工作狀態為RC，調用零電流（ZC）的預設閾值ZC_max和ZC_min、預定延遲時間t_RC-ZC，在預定延遲時間t_RC-ZC內生成跳轉狀態信息，經過預定延遲時間t_RC-ZC後將電流信號I_f與預設閾值ZC_max進行比較，在電流信號I_f超出預設閾值範圍時生成電流故障信息；對於ZC-RC跳轉狀態（如圖4中F部分所示），所述電流檢測電路25依據電流定值信號判斷預定工作狀態為RC，前一預定工作狀態為ZC，調用半電流（RC）的預設閾值RC_max和RC_min、預定延遲時間t_ZC-RC，在預定延遲時間t_ZC-RC內生成跳轉狀態信息，經過預定延遲時間t_ZC-RC後將電流信號I_f與預設閾值RC_max和RC_min進行比較，在電流信號I_f超出預設閾值範圍時生成電流故障信息。監視原理對所有電磁線圈200都相同。

當處於ZC-FC跳轉狀態時，如圖4中C部分所示，所述電流檢測電路25依據電流定值信號判斷預定工作狀態為FC，前一預定工作狀態為ZC，調用半電流（RC）的預設閾值RC_max、全電流（FC）的預設閾值FC_max和FC_min、第一預定延遲時間t_ZC-FC-1和第二預定延遲時間t_ZC-FC-2，在第二預定延遲時間t_ZC-FC-2內生成跳轉狀態信息，所述電流檢測電路25經過第一預定延遲時間t_ZC-FC-1後，將電流信號I_f與預設閥值RC_max進行比較，在電流信號I_f未達到預設閥值RC_max（超出預設閾值範圍）時生成電流故障信息，經過第二預定延遲時間t_ZC-FC-2後，將電流信號I_f與預設閥值FC_max和FC_min進行比較，在電流信號I_f不處於預設閥值FC_max和FC_min之間（超出預設閾值範圍）時生成電流故障信息。

較佳者，繼續參考圖1，所述反應堆控制棒控制系統還包括操作顯示模14，所述操作顯示模組14用於輸入外部的操作命令以及顯示系統狀態信息Sm和故障報警信號，所述控制模組11還接所述操作顯示模組14並依據所述操作命令生成所述線圈控制信號，所述控制模組11獲取系統狀態信息Sm並依據所述系統狀態信息Sm生成故障報警信號，且向所述操作顯示模組14傳送系統狀態信息Sm和故障報警信號。其中，在該實施例中，所述系統狀態信息Sm包括電磁線圈200的狀態信息Sv、定值故障信息S_w，以及反應堆控制棒控制系統的其他故障信息，例如所述電源模組（151、152）產生並輸出的故障信息和所述控制模組11自身產生的故障信息，所述控制模組11分別與所述電源模組（151、152）、定值電路21、電流檢測電路25相連以接收所述狀態信息Sv、定值故障信息S_w和所述電源模組（151、152）產生並輸出的故障信息。

繼續參考圖1，所述控制模組11的輸入端接邏輯櫃301以接收所述邏輯櫃301的控制棒控制命令，並依據所述邏輯櫃301的控制命令生成所述線圈控制信號，同時所述控制模組11向所述邏輯櫃301傳送控制棒控制系統的系統狀態信息Sm和故障報警信號。其中，邏輯櫃301是控制模組11的上位機，用於對控制模組11提供相應的控制棒控制命令，以及監控、分析、處理控制棒控制系統的系統狀態信息Sm和故障報警信號。

較佳者，所述控制模組11還依據所述故障報警信號的類型產生包含雙保持命令的線圈控制信號Uc，所述電流轉換模組12依據所述包含雙保持命令的線圈控制信號Uc控制電磁線圈200中的移動線圈202和保持線圈203處於雙保持狀態。此時，所述顯示模組26依據所述雙保持命令控制“雙重保持”指示燈亮。

較佳者，所述控制模組11的輸入端還接反應堆保護系統302以接收所述反應堆保護系統302以接收所述反應堆保護系統302輸出的停堆信號，並依據所述停堆信號生成相應的線圈控制信號U_C，依據所述停堆信號對應的線圈控制信號U_C控制相應的電磁線圈200動作以觸發控制棒落棒。

較佳者，參考圖6，所述反應堆控制棒控制系統100還包括安裝櫃31，所述安裝櫃31上設有安裝架和設於所述安裝架上的插拔接口，所述反應堆控制棒控制系統100內各個模組以模組化的結構分別安裝於所述安裝架上並與對應的插拔接口對接，所述插拔接口用於連線所述反應堆控制棒控制系統內各個模組，且所述電流轉換模組12對應的插拔接口還連線所述電磁線圈200並識別所述電磁線圈200類型，依據所述電磁線圈200類型調用相應的控制程式（例如依據保持線圈命令控制保持線圈203動作）和控制參數（例如對應電磁線圈工作狀態的具體電平信號的大小、預設比較閾值和預定延遲時間等的大小等等）。其中，在該實施例中，所述控制模組11安裝於安裝櫃31內並位於所述操作顯示模組14後面。

較佳者，參考圖6，所述安裝櫃31上還設有電源模組32和開關模組33，所述電源模組32接收所述控制電源模組152傳送的24伏電源，為所述電流轉換模組12提供±15伏、10伏、±5伏等直流電源；所述開關模組33主要作用是控制所述電源模組32傳送給所述電流轉換模組12的直流電的通斷。

榮譽表彰

2021年11月，《反應堆控制棒控制系統》獲得第八屆廣東專利獎金獎。