謝佳志+劉超

摘 要 控制棒是核電廠反應(yīng)堆的重要組成部分，對(duì)核電廠反應(yīng)堆的反應(yīng)性控制和事故工況處理都有非常重要的作用。文章從田灣核電站控制棒的作用和特點(diǎn)出發(fā)，討論了控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制棒的控制與供電，并分享了田灣核電控制棒系統(tǒng)的部分運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞 核電站；控制棒；原理；運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）13-0188-02

1 田灣核電站控制棒的作用和特點(diǎn)

1.1 控制棒的作用

控制棒作用有：堆芯剩余反應(yīng)性的控制、反應(yīng)堆啟動(dòng)、反應(yīng)堆停堆、反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)，展平堆芯軸向功率分布以及抑制氙振蕩等。與國內(nèi)其他核電相比，田灣核電控制棒在正常運(yùn)行時(shí)控制棒的位置基本保持不變，第1～7組停堆棒組位于反應(yīng)堆的頂部，第8、9組調(diào)節(jié)棒組位于反應(yīng)堆的頂部，第10組控制棒位于堆芯高度70%～90%推薦區(qū)間內(nèi)?？刂瓢舻奈恢每梢员ＷC在給定功率水平下的停堆深度，防止局部功率峰和展平堆芯內(nèi)的中子通量密度分布。

1.2 控制棒用材料

目前，國內(nèi)外控制棒采用的控制材料有：碳化硼、銀-銦-鎘、鉿。田灣核電站控制棒高度為4.215米，吸收體的總長度為3.5米。吸收體的上端3.2米采用碳化硼，吸收體下端為0.3米的鏑鈦合金。田灣核電采用碳化硼與鏑鈦合金混合體。鏑鈦合金抗輻照性能好，輻照穩(wěn)定性強(qiáng)，延長了控制棒的使用壽命，純碳化硼控制棒使用壽命約5年，而碳化硼與鏑鈦合金混合體控制棒使用壽命可達(dá)10年。另外，鏑鈦合金中子吸收截面比碳化硼小，提高了反應(yīng)堆的中子利用率。

2 控制棒的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

2.1 電磁驅(qū)動(dòng)

田灣核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用的是步進(jìn)式電磁驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)桿的上下移動(dòng)是通過電磁線圈按一定的順序傳輸脈沖電流實(shí)現(xiàn)的。電磁線圈與磁極間的相互作用使可動(dòng)棘爪牽引驅(qū)動(dòng)桿移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)桿的位置信息傳給位置指示器。

2.2 步長位置指示器

田灣核電采用了俄羅斯設(shè)計(jì)的步長位置指示器。驅(qū)動(dòng)桿內(nèi)布置有十三個(gè)由導(dǎo)磁不銹鋼制成的分流器。在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)有一不隨控制棒運(yùn)動(dòng)的位置傳感器，傳感器上有均勻分布并由非磁隔離物相互隔離的九個(gè)線圈。每個(gè)線圈對(duì)磁是開路的。

當(dāng)控制棒上下移動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)桿上磁化了的不銹鋼區(qū)段將導(dǎo)致傳感器線圈的磁路閉合或開路，從而改變每個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，每個(gè)線圈根據(jù)其電動(dòng)勢(shì)輸出“0”或“1”的信息編碼，編碼送至控制與監(jiān)測(cè)機(jī)柜進(jìn)行計(jì)算?？刂瓢裘恳苿?dòng)一步，將使若干線圈的磁路閉合或打開，從而形成唯一的信息編碼，由位置信息編碼便可確定棒位。步長位置指示器可監(jiān)測(cè)控制棒最大范圍的移動(dòng)行程，提供控制棒組件在堆芯每20 mm行程的位置指示。

3 控制棒的控制與供電

3.1 控制棒的控制

每束控制棒的上端與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)固定連接，隨驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)軸在堆芯內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)或者保持在堆芯內(nèi)任意高度，從而實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆功率的控制。反應(yīng)堆控制保護(hù)系統(tǒng)通過對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制和棒位的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)-預(yù)保護(hù)功能以及反應(yīng)堆功率控制。控制棒的移動(dòng)主要靠?jī)蓚€(gè)信號(hào)控制—地址信號(hào)和上下運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)。

控制棒的控制部分包括4個(gè)保護(hù)命令邏輯機(jī)柜、4個(gè)電源控制機(jī)柜、4個(gè)交流斷路器機(jī)柜、4個(gè)直流斷路器機(jī)柜以及2個(gè)預(yù)保護(hù)機(jī)柜。

保護(hù)命邏輯機(jī)柜接受來自安全儀控系統(tǒng)的四個(gè)通道的停堆信號(hào)，經(jīng)過“4取2”的邏輯處理后發(fā)送到電源控制機(jī)柜，電源控制機(jī)柜接收來自保護(hù)命令邏輯機(jī)柜和控制室的手動(dòng)停堆信號(hào)后進(jìn)行邏輯處理，處理后觸發(fā)斷開交流斷路器機(jī)柜內(nèi)地交流斷路器；斷開直流斷路器機(jī)柜內(nèi)的直流斷路器，同時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電磁線圈供電的可控硅導(dǎo)通角，全部控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電磁鐵失電，控制棒在重力的作用下掉入堆芯底部，從而使反應(yīng)堆停堆。

保護(hù)命邏輯機(jī)柜也接受來自安全儀控系統(tǒng)的四個(gè)通道的第一類預(yù)保護(hù)、第二類預(yù)保護(hù)和預(yù)保護(hù)信號(hào)，經(jīng)過“4取2”的邏輯處理后發(fā)送到預(yù)保護(hù)機(jī)柜，在預(yù)保護(hù)機(jī)柜內(nèi)進(jìn)行邏輯計(jì)算后輸出至反應(yīng)堆棒控棒位系統(tǒng)。棒控棒位系統(tǒng)中每一組控制棒都有對(duì)應(yīng)的地址。當(dāng)接收到加速預(yù)保護(hù)信號(hào)時(shí)，預(yù)定的6束控制棒組掉入堆芯底部，從而快速降低反應(yīng)堆功率。當(dāng)接收到第一類預(yù)保護(hù)信號(hào)時(shí)，控制棒從工作棒組開始以工作速率依次向下插入控制棒，從而降低反應(yīng)堆功率。當(dāng)接收到第二類預(yù)保護(hù)信號(hào)時(shí)，禁止控制棒組的提升限制反應(yīng)堆功率的上升。

3.2 控制棒的供電

控制棒的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)供電原理分交流和直流。交流電源來自400 V正常供電系統(tǒng)，田灣核電設(shè)置了兩段專用母線為控制棒供電。直流電源來自110直流不間斷供電系統(tǒng)，設(shè)置了專用的BUA母線。交流電源為控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主用電源，兩路交流電源可以互為備用，直流電源為交流電源的備用電源。正常運(yùn)行時(shí)，由交流電源保證控制棒的提升和下插，直流電源只能用于控制棒保持。當(dāng)安全儀控系統(tǒng)觸發(fā)反應(yīng)堆停堆和快速預(yù)保護(hù)信號(hào)時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)線圈喪失電源，控制棒掉棒

4 控制棒系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)

4.1 控制棒活動(dòng)性試驗(yàn)

控制棒由于長期保證位置不變，為了防止控制棒和套管出現(xiàn)粘連，定期進(jìn)行控制棒活動(dòng)性試驗(yàn)?？刂瓢艋顒?dòng)性試驗(yàn)較好保證了控制棒系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

4.2 控制棒執(zhí)行機(jī)構(gòu)的月度試驗(yàn)

控制棒系統(tǒng)每月都要進(jìn)行定期試驗(yàn)以保證動(dòng)作可靠性。試驗(yàn)中測(cè)試交直流斷路器能否正確斷開，試驗(yàn)中設(shè)備的可靠性。

4.3 試驗(yàn)臺(tái)架優(yōu)化

大修時(shí)需要對(duì)電源控制模件進(jìn)行測(cè)試，之前都是將其從控制機(jī)柜房間取出然后運(yùn)輸至專門的臺(tái)架房間進(jìn)行測(cè)試，BU1模件在機(jī)組運(yùn)行中故障率較高，田灣核電經(jīng)過充分分析和論證后將試驗(yàn)臺(tái)架改至了控制柜房間，減少了電源模件的運(yùn)輸過程，同時(shí)在測(cè)試時(shí)采取輕拿輕放，故障率大大的降低。

5 結(jié)束語

田灣核電站使用的控制棒系統(tǒng)在廣泛吸收WWER100（B-320）型反應(yīng)堆的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用了國內(nèi)外先進(jìn)的最新研究成果。該系統(tǒng)具有控制靈活，可靠性高，控制精準(zhǔn)，使用壽命長等特點(diǎn)。由于大量的使用了單片機(jī)、微處理和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使得系統(tǒng)的集成化、數(shù)字化水平大大提高。從運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)分析，獲得了較好的運(yùn)行業(yè)績(jī)。

參考文獻(xiàn)

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[3]俞高偉.核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電源系統(tǒng)[J].發(fā)電設(shè)備，2012（07）.

作者簡(jiǎn)介

謝佳志（1982-），男，工程師，本科，研究方向：電廠

運(yùn)行。

劉超（1984-），男，工程師，本科，研究方向：電廠

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