阅读说明：本技术 用于快堆的控制棒驱动机构的驱动方法 (Driving method of control rod driving mechanism for fast reactor ) 是由 刘桂娟 段天英 张媛媛 刘勇 刘国发 靳峰雷 冯伟伟 于 2020-03-30 设计创作，主要内容包括：本发明的实施例提供一种用于快堆的控制棒驱动机构的驱动方法,所述控制棒驱动机构由电机驱动,所述驱动方法包括：获取关于所述控制棒驱动机构下一时刻运动状态的指令信号；根据所述指令信号确定电机的通电相并通电,使所述电机旋转,由所述电机带动所述控制棒驱动机构运动；当所述控制棒驱动机构运动至目标位置并保持不动,控制所述电机的当前通电相输出直流电；其中,所述电机的当前通电相为相邻两相。本发明实施例的驱动方法,能够实现控制棒驱动机构的灵活调控,降低其运行故障导致反应堆及核电厂的非计划降功率甚至停堆的概率,从而提高快堆核电厂运行可靠性。(An embodiment of the present invention provides a driving method of a control rod drive mechanism for a fast reactor, the control rod drive mechanism being driven by a motor, the driving method including: acquiring a command signal related to the motion state of the control rod drive mechanism at the next moment; determining the power-on phase of a motor according to the command signal and powering on, so that the motor rotates, and the motor drives the control rod driving mechanism to move; when the control rod driving mechanism moves to a target position and keeps still, controlling the current power-on phase of the motor to output direct current; wherein the current power-on phase of the motor is two adjacent phases. The driving method provided by the embodiment of the invention can realize flexible regulation and control of the control rod driving mechanism, and reduce the probability of unplanned power reduction and even shutdown of the reactor and the nuclear power plant caused by operation faults, thereby improving the operation reliability of the fast reactor nuclear power plant.)

用于快堆的控制棒驱动机构的驱动方法

技术领域

本发明涉及核动力控制棒驱动机构技术领域，具体涉及一种用于快堆的控制棒驱动机构的驱动方法。

背景技术

控制棒驱动机构是核反应堆的关键设备，能够按照反应堆控制和保护系统的指令，进行提升、下降、保持或快插控制棒，以完成反应堆启动、调节反应堆功率、维持反应堆功率、反应堆降功率停堆和事故情况下的快速停堆(又称事故落棒)等功能。

常见的压水堆控制棒驱动机构为磁力提升型，其包括驱动杆组件、钩爪组件、线圈组件等，工作原理为通过提升线圈、传递线圈、保持线圈三个工作线圈通/断电时产生的磁场变化，操纵钩爪使钩爪带动驱动杆及其下部连接的控制棒进行提升、插入、保持及落棒运动。

对于快中子反应堆，其控制棒驱动机构的结构、工作原理与压水堆不同；快堆的控制棒驱动机构的传动链为：电机转动经过齿轮减速机构传至链轮机构、链轮机构再将转动传递为控制棒的直线运动，由此通过控制电机按要求的方向和速度旋转，可实现控制棒驱动机构进行提升、下降或保持。

其中，电机驱动装置用于实现电机的驱动，例如包括驱动装置和步进电机，驱动装置用于接收反应堆棒控和棒位指示系统发出的控制信号并将与控制信号对应的电流提供给步进电机，从而控制步进电机旋转。

基于快堆的控制棒驱动机构的运行特性，提高其核电厂的运行安全性及可靠性丞待解决。

发明内容

本发明的实施例提出一种用于快堆的控制棒驱动机构的驱动方法，所述控制棒驱动机构由电机驱动，所述驱动方法包括：获取关于所述控制棒驱动机构下一时刻运动状态的指令信号；根据所述指令信号确定所述电机的通电相并通电，使所述电机旋转，由所述电机带动所述控制棒驱动机构运动；当所述控制棒驱动机构运动至目标位置并保持不动，控制所述电机的当前通电相输出直流电，所述电机进入电动静止状态；其中，所述电机的当前通电相为相邻两相。

在其中一些实施例中，当所述电机处于电动静止状态，所述当前通电的相邻两相中存在其中一相驱动故障时，使另外一相输出直流电，同时断开所述故障相的电源。

在其中一些实施例中，所述电机的相数为四相；当所述电机旋转时，控制所述电机在同一时间的通电相为两相。

在其中一些实施例中，所述电机的相数为三相；当所述电机旋转时，控制所述电机在同一时间的通电相为两相。

在其中一些实施例中，控制所述电机的当前通电相输出直流电时，使所述输出的直流电流大小低于所述电机旋转时输出的电流幅值大小。

根据本发明实施例的用于快堆的控制棒驱动机构的驱动方法，通过控制电机相应相通电、使电机处于不同工作状态，从而带动控制棒驱动机构运动或维持其位置不变，实现控制棒驱动机构的灵活调控，降低其运行故障导致反应堆及核电厂的非计划降功率甚至停堆的概率，从而提高快堆核电厂的运行可靠性。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1为根据本发明的一个实施例的电机结构示意图；

图2为图1中的电机与驱动装置接线示意图；

图3为根据本发明的一个实施例的电机在不同运行状态下输出电流示意图。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

具体实施方式

根据本发明实施例的用于快堆的控制棒驱动机构的驱动方法，控制棒驱动机构由电机驱动，驱动方法包括：获取关于控制棒驱动机构下一时刻运动状态的指令信号；根据指令信号确定电机的通电相并通电，使所述电机旋转，由电机带动控制棒驱动机构运动；当控制棒驱动机构运动至目标位置并保持不动，控制电机的当前通电相输出直流电，电机进入电动静止状态；其中，电机的当前通电相为相邻两相。

具体的，反应堆正常运行过程中，控制棒驱动机构涉及的动作包括提升、下降和保持(即悬停在当前位置)，以实现引入反应性变化，从而实现反应堆启动、反应堆功率调节以及反应堆功率维持等；控制棒驱动机构包括传动组件，传动组件连接控制棒组件，经由动力源提供驱动力，实现控制棒棒位调节。

电机驱动装置及电机作为控制棒驱动机构传动的动力源，反应堆棒控和棒位指示系统(例如包括各控制模块，用于实现信号采集、逻辑连锁、计算以及网络通信等功能)根据反应堆运行需求，向电机驱动装置输出指令，该电机驱动装置根据指令控制电机运行，从而驱动控制棒驱动机构执行相关的棒位调节。当反应堆需要开堆或进行功率调节时，反应堆棒控和棒位指示系统向电机驱动装置输出动作信号，该动作信号包括提升信号或下降信号，分别对应控制棒驱动机构下一时刻的提升或下降动作；当反应堆需要维持在一定功率水平时，反应堆棒控和棒位指示系统向电机驱动装置输出保持信号，其指示电机处于电动静止状态(此时电机通电但不旋转；在本申请中称为电机的保持状态)，从而电机控制控制棒驱动机构保持在当前位置不动。

进一步的，电机驱动装置根据接收的指令信号，基于电机旋转方向、电机转速等方面控制电机运行，例如电机驱动装置按一定通电顺序使电机各相轮流通电，控制电机正转或反转，从而电机驱动控制棒驱动机构提升或下降；当控制棒驱动机构需要停留在当前位置时，电机驱动装置控制电机的当前通电相输出直流电流，为电机提供合适的保持转矩，从而使电机停止转动。

其中，电机为步进电机，电机的相数例如为三相、四相或四相以上。当电机按一定顺序换相通电时电机实现旋转，此过程中，同一时间电机通电的相数为一相或两相；当电机需要由旋转状态进入保持状态时，此时，将电机当前通电相数调节为两相，并且向该两相提供直流电；由此，本申请可实现当电机处于保持状态时，电机采用相邻两相通直流电的方式，相比较电机采用单相通电保持的方式，可避免当单相通电时该单相故障(即该相无法正常输出电流)导致电机直接断电，进而导致控制棒驱动机构驱动异常(例如出现控制棒落棒迫使反应堆停堆等事故)，影响反应堆正常运行；同时，采用双相通电保持的方式相较于单相通电保持的方式，能够输出更大的保持转矩，同时减小了绕组电流幅值，有利于降低元器件的电流容量，延长电机寿命。

在其中一些实施例中，当电机处于电动静止状态，当前通电的相邻两相中存在其中一相驱动故障时，使另外一相输出直流电，同时断开故障相的电源。

为进一步提高控制棒驱动机构调控灵活性，提高反应堆运行可靠性，当电机处于保持状态时，电机具有单相通直流电保持的能力，即当通电的两相中出现其中一相故障时(此故障指的是控制该相的电机驱动装置故障，导致该相无法正常输出电流)，将故障相的电源断开，同时保持另外一相继续输出直流电(该单相直流电能够为电机提供足够的保持转矩)，此时，电机仍能够处于保持状态，从而维持控制棒驱动机构悬停在当前位置不动。

由此，当电机处于保持状态时，电机兼具两相通直流电进行保持以及单相通直流电进行保持的能力，其为驱动装置进行在线维修提供了有利条件，即当两相通直流电时若出现其中一相故障，此时，可使电机进行单相通直流电保持，而不必使电机完全断电，以降低故障对反应堆运行的影响，同时可对故障的驱动装置进行在线维修，从而提高维修效率。

在其中一些实施例中，电机的相数为四相；当电机旋转时，控制电机在同一时间的通电相为两相。

参照图1，电机例如为四相8/6极开关磁阻电机(即电机的定子极数为8，转子极数为6)，该电机包括定子10及转子11，定子10包括缠绕有电机线圈(即绕组)A、B、C、D的定子凸极，转子11包括转子凸极a、a’、b、b’、c、c’，其中，定子凸极上径向相对的两个线圈连接在一起，组成一相，由此该电机具有A、B、C、D四相。开关磁阻电机的工作原理为：电机的转子凸极趋向对应励磁磁场的最小磁阻，即转子凸极与对应的定子凸极正对。

参照图1，电机的工作原理为(以电机按单四拍方式工作为例)：开关S_A接通电源、同时S_B、S_C、S_D断开时，转子凸极a向A相绕组对应的定子凸极方向靠近，直至转子凸极a与A相绕组对应的定子凸极正对(此时，转子凸极b与B、C相绕组对应的定子凸极错开，转子凸极c与C、D相绕组对应的定子凸极错开)；此时，断开S_A接通S_B，转子凸极b向B相绕组对应的定子凸极方向靠近，直至转子凸极b与B相绕组对应的定子凸极正对；由此类推，A、B、C、D四相绕组轮流通电，实现电机转子的顺时针转动，即电机正转；类似的，当各相绕组按相反方向依次轮流通电时，可实现电机反转。

在控制棒驱动机构驱动过程中，为提高控制棒驱动机构运行状态切换的灵活性，采用上述四相电机用于驱动控制棒驱动机构时，当控制棒驱动机构需要执行提升或下降运动时，由电机驱动装置控制电机旋转，电机采用双四拍方式工作，例如，当电机按AB-BC-CD-DA的通电顺序通电时实现电机正转，当电机按AB-DA-CD-BC的通电顺序通电时实现电机反转，由此带动控制棒驱动机构运动。

电机处于旋转状态时，控制其同一时间通电的相数为两相，由此，当电机需要由旋转状态切换至保持状态时，按照当前相序的通电顺序，电机通电的相数已经为两相，此时，只需向该两相提供直流电流，同时调节电流大小，便能够使电机停止旋转从而进入保持状态，为电机运行状态的切换提供了有利条件。

然而，在另外一些实施例中，电机以单双八拍的方式工作，例如当电机按A-AB-B-BC-C-CD-D-DA的通电顺序通电时实现电机正转，即电机处于旋转状态时，其同一时间通电的相数为一相或两相，由此，当电机需要由旋转状态切换至保持状态时，若当前电机通电相数为一相，可按通电顺序换相至两相通直流电，以更好地维持电机处于保持状态，即便当两相中出现一相故障时，采用另外一相通直流电仍满足需求。

上述描述中，电机的保持状态指的是电机的转子锁定，电机不作旋转运动。对于电机的工作方式，“单”、“双”、“拍”的含义为：“单”是指每次切换前后只有一相绕组通电，“双”是指每次有两相绕组通电，“拍”即从一种通电状态转换到另一种通电状态称为一拍。

在其中一些实施例中，电机的相数为三相；当电机旋转时，控制电机在同一时间的通电相为两相。

具体的，电机具有A、B、C三相，当电机采用双三拍方式工作时，例如当电机按AB-BC-CA的通电顺序通电时实现电机正转，当电机按AB-CA-BC的通电顺序通电时实现电机反转，由此带动控制棒驱动机构运动。

电机处于旋转状态时，控制其同一时间通电的相数为两相，由此，当电机需要由旋转状态切换至保持状态时，按照当前相序的通电顺序，电机通电的相数已经为两相，此时，只需向该两相提供直流电流，同时调节电流大小，便能够使电机停止旋转从而进入保持状态，可见，为电机运行状态的切换提供了有利条件。

在其中一些实施例中，控制电机的当前通电相输出直流电时，使输出的直流电流大小低于电机旋转时输出的电流幅值大小。

电机驱动过程中，驱动装置的控制模块将运行指令转换为诸如三角波的时序脉冲信号，进而驱动装置将脉冲信号转化为步进电机的角位移，实现电机正转或反转运行。脉冲信号波形例如为三角波，当电机旋转运行时，其各相按通电顺序输出电流(具有电流幅值)，进一步的，当向通电相提供直流电流时，电机转入保持状态，为减少电机线圈发热量，在直流电流能够提供足够的保持转矩的前提下，可调节直流电流的大小，使其低于上述电流幅值，例如向通电相提供电流幅值大小一半的直流电流，使电机处于保持状态，由此，当电机需要保持较长时间时，可减少电机发热量，延长其工作寿命。

参照图1-3，本发明提供一种用于快堆的控制棒驱动机构的驱动方法的优选实施方式，其中，驱动动力源以四相8/6极开关磁阻电机为例，电机具有A、B、C、D四相，电机四相绕组线圈与电机驱动装置之间通过动力电缆连接，如图2所示，电机驱动装置20输出的电信号通过动力电缆传送至电机定子绕组21，产生电磁转矩，带动电机转子转动，从而电机将电磁能转换为机械能，驱动控制棒驱动机构；驱动方法包括如下步骤：

反应堆棒控和棒位指示系统向电机驱动装置输出动作信号“1”并指示提升操作，电机驱动装置按照相应脉冲信号，使电机按AB-BC-CD-DA的通电顺序通电，此时电机正转，电机驱动控制棒驱动机构进行提升运动；

反应堆棒控和棒位指示系统向电机驱动装置输出动作信号“1”并指示下降操作，电机驱动装置按照相应脉冲信号，使电机按AB-DA-CD-BC的通电顺序通电，此时电机反转，并驱动控制棒驱动机构进行下降运动；

当控制棒驱动机构运动至一目标位置并需要在此位置停留时，反应堆棒控和棒位指示系统向电机驱动装置输出保持信号“0”，电机驱动装置根据通电顺序，向当前相邻两相(AB/BC/CD/DA)提供直流电流，并使其他两相的电源断开，此时，电机转子不动，电机进入保持状态，从而控制棒驱动机构亦处于保持状态；

当上述相邻两相中出现其中一相驱动故障时，断开故障相的电源，使另外一相继续通直流电流，此时，电机仍处于保持状态。

由此，根据本发明实施例的驱动方法，采用使电机相邻两相通直流电的方式实现电机的保持状态，相较于单相通直流电的保持方式可以输出更大的保持转矩，提高了控制棒驱动机构的保持(悬停)能力；

进一步的，采用双相通直流电使电机处于保持状态的方式为实现电机驱动装置在线维修提供了前提条件，相较于采用单相保持方式，能够避免驱动装置故障时因电机相切换引起的电流中断造成控制棒驱动机构掉落，影响核电厂正常运行。

参照图3，为电机在不同运行状态下输出电流示意图。当电机正转或反转时，电机驱动装置向电机提供三角波脉冲信号，电流幅值为10A；当电机进入保持状态时，按照通电顺序，若此时为BC两相通电，则驱动装置提供直流电流，使B、C相均输出4A直流电流；由此，在提供足够保持转矩的同时，降低元器件电流容量，有助于减少电机发热量，提高其工作寿命。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。