輕水堆抗震棒的設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試與運(yùn)行

付子明

摘 要：輕水反應(yīng)堆控制棒的抗震問題，是各級核安全部門和我們十分關(guān)注的老大難問題。因多方面的問題原因，多年來一直處于研究解決之中，對于一個(gè)老的研究堆來說，解決的途徑與方法的確受到諸多方面影響，難度很大。文章就介紹了輕水堆抗震棒的設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試與運(yùn)行以及期間遇到的一系列問題。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)；安裝；調(diào)試

1 方案與設(shè)計(jì)

1.1 抗震棒設(shè)置與安全棒改造的理由

基于地震可能的破壞，增設(shè)二根（與安全棒效率相當(dāng)）控制棒。因?yàn)榘踩魝鲃?dòng)裝置被固置于厚度為1米的鋼筋混凝土墻內(nèi)的鋼梁架上（強(qiáng)地震也不會被破壞），是較安全的?？紤]到強(qiáng)地震（7級以上強(qiáng)度）的破壞，可能致使裝置于控制間內(nèi)間的各補(bǔ)償棒（9根）傳動(dòng)裝置的支座地板塌落，使得各補(bǔ)償棒被傳動(dòng)鋼絲繩從堆內(nèi)活性區(qū)拔出，只剩下原二根安全棒插入（滯留）堆內(nèi)。而原有二根安全棒反應(yīng)性當(dāng)量為3%△k/k。不足以克服反應(yīng)堆的后備反應(yīng)性，所以必須增設(shè)二根反應(yīng)性當(dāng)量與安全棒相當(dāng)?shù)亩刂瓢簦?%△k/k），方可以克服堆的后備反應(yīng)性。此外，因?yàn)榘踩舻膶?dǎo)向滑輪原設(shè)計(jì)是與補(bǔ)償棒的滑輪一同緊固于控制間內(nèi)室的地板上，仍存在著被滑輪固定地板塌落時(shí)使安全棒拔出堆芯的危險(xiǎn)。因此，對安全棒傳動(dòng)滑輪的安裝板予以更改，使之脫離控制間地板（分離），這項(xiàng)改造也是必須的。

1.2 設(shè)計(jì)（抗震棒與原安全棒傳動(dòng)改造設(shè)計(jì)）

抗震棒設(shè)計(jì)：根據(jù)停堆反應(yīng)性的要求，決定在反應(yīng)堆活性區(qū)通量較高的區(qū)域，裝置兩根控制棒作為抗震棒，通量較高的區(qū)域位置的中子通量與原二根安全棒所處區(qū)域中子通量相近。為使新增棒的反應(yīng)性當(dāng)量與原安全棒相當(dāng)，仍參考選用原安全棒的設(shè)計(jì)?？拐鸢舳?，總反應(yīng)性當(dāng)量為3%△k/k（裝載吸收體略多于原安全棒，使之保證反應(yīng)性當(dāng)量≥3%）。經(jīng)實(shí)際刻度兩根抗震棒的反應(yīng)性當(dāng)量為3.2%△k/k。

原安全棒與抗震棒傳動(dòng)滑輪的變更設(shè)計(jì)：原二根安全棒的控制間中的導(dǎo)向輪固定于地板的丁字槽上（丁字槽與地板緊連）。現(xiàn)將丁字槽脫離地板，使之固定于與金屬斜孔道焊接為一體的與地面平行厚度為12mm的鋼板上（鋼板不與地面連接）。為加固其強(qiáng)度，鋼板兩端各加焊一塊三角形鋼板與斜孔道側(cè)面的金屬板焊接。新增設(shè)的二根抗震棒，其傳動(dòng)滑輪和原安全棒一樣，裝置在脫離控制間地板的丁字槽上。其他補(bǔ)償棒的導(dǎo)向輪也全部裝置在新的丁字槽上。

抗震棒的傳動(dòng)設(shè)計(jì)：為了達(dá)到抗御大地震的功能，抗震棒除了安裝在脫離控制間地板的加固墻體外，另外一個(gè)重要的措施是盡可能地簡化其機(jī)械傳動(dòng)，以防地震致使機(jī)械裝置失靈，引發(fā)的無法落棒或使棒無法滯留堆內(nèi)。因此：省去電機(jī)傳動(dòng)與減速裝置的提升系統(tǒng)，直接人力手動(dòng)提升二根抗震棒。落棒時(shí)機(jī)械減速聯(lián)接裝置也全部省去，直接用彈簧聯(lián)接減速裝置。棒行程設(shè)定為Hmax=600mm。采用簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

1.3 抗震棒的控制邏輯（設(shè)計(jì)）

抗震棒的控制，除滿足常規(guī)的核安全與運(yùn)行要求外，更重要的是地震發(fā)生后引發(fā)堆內(nèi)的異常工況，它能有效地完成落棒。因此控制邏輯的設(shè)計(jì)上必須滿足：反應(yīng)堆的工況，當(dāng)出現(xiàn)功率大于120%，應(yīng)能自動(dòng)快速落棒。當(dāng)反應(yīng)堆出現(xiàn)功率倍增周期≤10秒，應(yīng)自動(dòng)快速落棒。安全電源是失電時(shí)，自動(dòng)快速落棒。落棒時(shí)間≤1秒（全程600mm）。能進(jìn)行功能與安全試驗(yàn)檢查。

抗震棒控制邏輯與電路：把二根抗震棒，分別稱之為抗震棒1#和2#。它們分別對應(yīng)接至原安全系統(tǒng)通道的兩套停堆驅(qū)動(dòng)器。即原停堆驅(qū)動(dòng)器中的停堆繼電器的剩余觸點(diǎn)接入抗震棒的脫扣電路。原系統(tǒng)中的緊急停堆鈕中的常閉觸點(diǎn)接入脫扣電路。電磁鐵電源與原安全棒電源共用。形成抗震棒的控制邏輯電路。該邏輯中兩個(gè)通道完全彼此對稱?？拐鸢?#、2#投入運(yùn)行的條件（提升）與原安全棒相同。當(dāng)超功率定值事故信號120%或T≤10S周期信號來到時(shí)，4號開關(guān)動(dòng)作而使與其相關(guān)的繼電器斷開從而驅(qū)動(dòng)脫扣電路，使電磁鐵失電落棒。按下緊急停堆按鈕或就地按鈕時(shí)棒快速下落。當(dāng)安全電源消失時(shí)，也會引起電磁鐵失電，抗震棒快速下落。與原安全棒不同之處：只是脫扣電路增加一個(gè)就地常閉按鈕，其目的是便于某些試驗(yàn)與操縱員的操作方便。此外抗震棒未設(shè)電力驅(qū)動(dòng)提升與上下部位置顯示（簡化設(shè)備，增加安全性）。因此開堆時(shí)須人力提升，停堆時(shí)須人為查視棒底部狀態(tài)。

2 設(shè)備制做、安裝與調(diào)試

2.1 抗震棒電磁鐵參數(shù)測試與試驗(yàn)

直流電阻：200Ω；工作電壓：35V；電流：180mA；吸力：>5Kg（所加負(fù)重>滿足工作要求，當(dāng)電壓降低至22V時(shí)，吸力仍大于5Kg）；工作溫度：≤55℃ （8小時(shí)連續(xù)加電壓35V）。

2.2 機(jī)械組裝與模擬試驗(yàn)

按設(shè)計(jì)方案，加上電磁吸盤片（軟鐵性材料），聯(lián)接與阻尼用彈簧，鋼絲繩緊固聯(lián)接件和支架、配重（3.5Kg）等組裝成抗震棒模擬裝置。該裝置組裝好后電磁鐵供35V工作電壓，主要試驗(yàn)項(xiàng)目：電磁鐵吸力（3.5Kg），工作電壓：22V～36V；彈簧阻力調(diào)試（最大形變長、阻力、確定工作形變等）；棒提升高度與連接件的長度確定；鋼絲繩緊固方式檢驗(yàn)；斷電落棒試驗(yàn)。

2.3 控制棒的制做與試驗(yàn)

抗震棒的制做。按照安全棒的尺寸與裝載（吸收體）及工藝要求制做與試驗(yàn)。裝置抗震棒的管道。也仍采用安全棒管道的制做安裝工藝（管道為防滲漏的無水管道）。

2.4 抗震棒系統(tǒng)調(diào)試

機(jī)械安裝檢測：確定棒的裝置孔道位置無誤（最后確認(rèn)）。棒在管道中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：上下行程1500～2000運(yùn)動(dòng)無礙。手動(dòng)提棒阻力應(yīng)小。否則應(yīng)查明原因解決。確定棒的底部位置（高度）。鋼繩處做標(biāo)記。確定棒下落終端位置。（上升）離開底部30mm，標(biāo)示并裝置保護(hù)卡。棒體鋼繩與電磁鐵裝置聯(lián)接。調(diào)整好彈簧的變形長度和鋼絲繩長度。保證棒的提升行程為h=600mm。彈簧的形變≤6cm（阻尼力合適）。在通電的狀況下，手動(dòng)提升棒行程600時(shí)，多次落棒。調(diào)試：阻尼力，終端位置，落棒時(shí)間，行程等。結(jié)果：阻尼略大（1號抗震棒），做適當(dāng)調(diào)整彈簧長度。終端位置：1#偏離，2#合適。落棒時(shí)間：0.9～1.0秒。要求T≤1秒）下落正常。行程：多次落棒后，發(fā)現(xiàn)棒的行程變小。原因?yàn)榘翡摻z繩與吸盤體聯(lián)接欠佳，進(jìn)一步緊固。

通電邏輯控制試驗(yàn)，如表1。

其他各棒的檢測：因?yàn)榇舜窝b置抗震棒于堆內(nèi)，堆內(nèi)同時(shí)還進(jìn)行了控制棒系統(tǒng)的機(jī)械改造加固等工作。各棒均有拆裝相關(guān)操作。為了檢查上述各項(xiàng)工作結(jié)束后，堆內(nèi)各棒的狀態(tài)恢復(fù)狀況，對各棒進(jìn)行了下述各項(xiàng)檢測：活性區(qū)棒位置檢查（堆內(nèi)布置）正確；各管道有否變形。（阻力，擦卡否）（正常）；提升各棒到頂及下棒的狀況試驗(yàn)（正常）；下降速度阻力狀況試驗(yàn)（正常）；安全棒的提升下降檢查。2#棒正常，1#棒提升正常，下降阻力增大，根據(jù)狀況分析，管道已進(jìn)水，后經(jīng)檢修人員將管道更換后試驗(yàn)正常。

3 運(yùn)行

抗震棒自安裝調(diào)試完成，并投入運(yùn)行。在使用前，專門制定了抗震棒的操作規(guī)程。抗震棒在停堆狀態(tài)時(shí)，應(yīng)檢查是否落到底部（有底部限位卡）。待提升安全棒的條件滿足后，即保護(hù)投入后，先去控制間手動(dòng)提升好抗震棒（頂部吸合）。爾后再提升安全棒和進(jìn)行其他操作。當(dāng)除抗震棒外的其他11根棒不在底部位置（即堆在啟動(dòng)或運(yùn)行）時(shí)，發(fā)現(xiàn)抗震棒仍在底部位置，此時(shí)不準(zhǔn)提升抗震棒！抗震棒插入堆內(nèi)的條件也與安全棒相同，“緊急停堆”、“手動(dòng)停堆”、“就地”按鈕均可使抗震棒下落。

4 結(jié)束語

二根抗震棒在堆上裝置完成后，堆內(nèi)共有安全棒和補(bǔ)償棒13根。棒的總效率可達(dá)16.5%。新增設(shè)的二根抗震棒，其傳動(dòng)和安裝設(shè)計(jì)都充分地考慮了強(qiáng)地震發(fā)生時(shí)可能的破壞。同時(shí)對原二根安全棒傳動(dòng)滑輪裝置位置也都做了重新設(shè)計(jì)，加之堆內(nèi)的抗震機(jī)械加固，這些措施對強(qiáng)地震發(fā)生時(shí)抗震棒和安全棒能安全可靠地插入（滯留）堆內(nèi)，提供了更安全可靠的保障。同時(shí)，通過這一年的運(yùn)行，抗震棒未發(fā)生卡棒，失電等現(xiàn)象，證明其是安全可靠的。通過這次抗震棒的抗震改造，我們認(rèn)為，設(shè)置抗震棒和安全棒的改造工作的實(shí)施完成，標(biāo)志著輕水反應(yīng)堆控制棒停堆系統(tǒng)抗震老大難問題基本得到解決。

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