田灣核電站控制棒原理及運行經(jīng)驗

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出發(fā)，討論了控制棒驅(qū)動機構(gòu)，控制棒的控制與供電，并分享了田灣核電控制棒系統(tǒng)的部分運行經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞 核電站；控制棒；原理；運行經(jīng)驗

中圖分類號：TM623 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0188-02

1 田灣核電站控制棒的作用和特點

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、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行時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，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)動機構(gòu)

2.1 電磁驅(qū)動

田灣核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)采用的是步進式電磁驅(qū)動，驅(qū)動桿的上下移動是通過電磁線圈按一定的順序傳輸脈沖電流實現(xiàn)的。電磁線圈與磁極間的相互作用使可動棘爪牽引驅(qū)動桿移動。驅(qū)動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)計的步長位置指示器。驅(qū)動桿內(nèi)布置有十三個由導(dǎo)磁不銹鋼制成的分流器。在驅(qū)動機構(gòu)內(nèi)有一不隨控制棒運動的位置傳感器，傳感器上有均勻分布并由非磁隔離物相互隔離的九個線圈。每個線圈對磁是開路的。

當(dāng)控制棒上下移動時，驅(qū)動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，從而改變每個線圈的感應(yīng)電動勢，每個線圈根據(jù)其電動勢輸出“0”或“1”的信息編碼，編碼送至控制與監(jiān)測機柜進行計算。控制棒每移動一步，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)測控制棒最大范圍的移動行程，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)動機構(gòu)固定連接，隨驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動軸在堆芯內(nèi)上下運動或者保持在堆芯內(nèi)任意高度，從而實現(xiàn)反應(yīng)堆功率的控制。反應(yīng)堆控制保護系統(tǒng)通過對驅(qū)動機構(gòu)的控制和棒位的監(jiān)測，實現(xiàn)保護-預(yù)保護功能以及反應(yīng)堆功率控制。控制棒的移動主要靠兩個信號控制—地址信號和上下運動的控制信號。

控制棒的控制部分包括4個保護命令邏輯機柜、4個電源控制機柜、4個交流斷路器機柜、4個直流斷路器機柜以及2個預(yù)保護機柜。

保護命邏輯機柜接受來自安全儀控系統(tǒng)的四個通道的停堆信號，經(jīng)過“4取2”的邏輯處理后發(fā)送到電源控制機柜，電源控制機柜接收來自保護命令邏輯機柜和控制室的手動停堆信號后進行邏輯處理，處理后觸發(fā)斷開交流斷路器機柜內(nèi)地交流斷路器；斷開直流斷路器機柜內(nèi)的直流斷路器，同時關(guān)閉驅(qū)動機構(gòu)電磁線圈供電的可控硅導(dǎo)通角，全部控制棒驅(qū)動機構(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。

保護命邏輯機柜也接受來自安全儀控系統(tǒng)的四個通道的第一類預(yù)保護、第二類預(yù)保護和預(yù)保護信號，經(jīng)過“4取2”的邏輯處理后發(fā)送到預(yù)保護機柜，在預(yù)保護機柜內(nèi)進行邏輯計算后輸出至反應(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應(yīng)的地址。當(dāng)接收到加速預(yù)保護信號時，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)保護信號時，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)保護信號時，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)動機構(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)動機構(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。正常運行時，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)保護信號時驅(qū)動機構(gòu)線圈喪失電源，控制棒掉棒

4 控制棒系統(tǒng)運行經(jīng)驗

4.1 控制棒活動性試驗

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，定期進行控制棒活動性試驗。控制棒活動性試驗較好保證了控制棒系統(tǒng)的可靠運行。

4.2 控制棒執(zhí)行機構(gòu)的月度試驗

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

4.3 試驗臺架優(yōu)化

大修時需要對電源控制模件進行測試，之前都是將其從控制機柜房間取出然后運輸至專門的臺架房間進行測試，BU1模件在機組運行中故障率較高，田灣核電經(jīng)過充分分析和論證后將試驗臺架改至了控制柜房間，減少了電源模件的運輸過程，同時在測試時采取輕拿輕放，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)堆的實際運行經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，采用了國內(nèi)外先進的最新研究成果。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。由于大量的使用了單片機、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。從運行經(jīng)驗分析，獲得了較好的運行業(yè)績。

參考文獻

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

作者簡介

謝佳志（1982-），男，工程師，本科，研究方向：電廠

運行。

劉超（1984-），男，工程師，本科，研究方向：電廠

運行。endprint