基于坐標(biāo)平移法對壓水堆核電廠堆芯慢速區(qū)修正

楊發(fā) 楊鵬 胡萬有 吳海東

【摘 要】在壓水堆核電廠換料大修前必須對裝卸料機(jī)大車、小車在裝卸料期間的安全邊界進(jìn)行驗證，尤其是在堆芯區(qū)域。原始的邊界區(qū)域信息是按照電廠提供的建造圖紙?zhí)峁┑臄?shù)據(jù)得來的，與實際的數(shù)據(jù)會有差別，需要根據(jù)現(xiàn)場實際測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。在電廠的實際工作中，已經(jīng)采用了基于坐標(biāo)平移法對堆芯邊界進(jìn)行修正的方式，此方法能夠降低裝卸料機(jī)在堆芯磕碰導(dǎo)向柱的風(fēng)險?；谧鴺?biāo)平移法對壓水堆機(jī)組堆芯邊界進(jìn)行修正是一種有效方式。

【關(guān)鍵詞】坐標(biāo)平移;壓水堆;堆芯慢速區(qū);修正

中圖分類號： TU753;P226.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）03-0194-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.080

0 前言

在壓水堆核電廠卸料和裝料工作開始前必須對裝卸料機(jī)進(jìn)行功能再鑒定，以保證在換料期間裝卸料機(jī)具備安全吊裝組件的能力[1]。為了保證運(yùn)動過程中燃料組件的安全，裝卸料機(jī)中的軟件設(shè)置了一個安全運(yùn)行的區(qū)域。裝卸料機(jī)在這個區(qū)域以內(nèi)運(yùn)行可以保證套筒和燃料組件不會與其他物體發(fā)生碰撞。在正常操作時，裝卸料機(jī)移動至安全區(qū)域的邊界會自動停止。[2]在實際的建造完成后，堆芯設(shè)計坐標(biāo)數(shù)值與實際坐標(biāo)數(shù)值存在一定的差別，因此原始的慢速區(qū)與實際要求的慢速區(qū)存在差異。兩者之間的差別可能導(dǎo)致裝卸料機(jī)運(yùn)行到實際的安全邊界意外，增大了裝卸料機(jī)套筒與導(dǎo)向柱碰撞的風(fēng)險。因此，根據(jù)完工后實際情況，對原始的邊界區(qū)域信息進(jìn)行修正很有必要。本文以M310機(jī)型60萬機(jī)組為例，介紹基于坐標(biāo)平移法對堆芯慢速區(qū)修正。

1 堆芯的布局

裝卸料機(jī)的運(yùn)行區(qū)域是以傾翻機(jī)垂直位置作為坐標(biāo)的原點(diǎn)，大車的向后移動方向為X軸的正向，小車向右移動方向為Y軸的正向設(shè)立的。小車向左移動的方向定義為0°方向，其他方向以與0°方向順時針的夾角計算。在原始設(shè)計中，堆芯的中心點(diǎn)坐標(biāo)為（15600，2550）[2.5]（單位為mm，下同）。堆芯的快速區(qū)是一個以堆芯中心點(diǎn)為圓心，半徑為1050mm的圓形區(qū)域。堆芯的慢速區(qū)是以堆芯中心點(diǎn)為圓心，內(nèi)徑為1050mm，外徑為1350mm的圓環(huán)。裝卸料機(jī)不論從任何方向離開邊界，都至少要經(jīng)過300mm的慢速運(yùn)行，以保證不會沖出安全區(qū)域。堆芯慢速區(qū)如圖1所示。

2 慢速區(qū)的作用

當(dāng)主提升在全上位的狀態(tài)下，裝卸料機(jī)在快速區(qū)（圖中未標(biāo)陰影部分）時，大車以正常速度18m/min[3]運(yùn)行，小車以12m/min[3]的速度運(yùn)行。在進(jìn)入慢速區(qū)后，大小車的速度降低為1m/min[3]，以防止由于裝卸料機(jī)司機(jī)的疏忽，導(dǎo)致裝卸料機(jī)的固定套筒碰到導(dǎo)向柱或者水池壁。如堆芯慢速區(qū)設(shè)置有誤，則會增加裝卸料機(jī)撞擊導(dǎo)向柱的風(fēng)險。

2.1 導(dǎo)向柱的位置

導(dǎo)向柱共有三根，分別位于0°、180°、270°三個方向。導(dǎo)向柱的中心在距離堆芯中心2085mm的圓上。導(dǎo)向柱的半徑為81.5mm。[4]

2.2 裝卸料機(jī)碰撞導(dǎo)向柱的風(fēng)險

裝卸料機(jī)在堆芯移動期間，當(dāng)運(yùn)行至慢速區(qū)時，裝卸料機(jī)的大、小車速度分別將會從18m/min和12m/min降至1m/min，并在安全區(qū)域的邊界停止。在距離導(dǎo)向柱最近的三個方向上停止的位置如圖2所示。

根據(jù)上圖可以計算出裝卸料機(jī)的固定套筒距離為d=2085-1350-554-81.5=99.5mm，即理論上裝卸料機(jī)從堆芯向邊界移動時距離導(dǎo)向柱的最小距離應(yīng)為99.5mm。

3 慢速區(qū)的修正

由于設(shè)計時，堆芯的慢速區(qū)是按照設(shè)計的數(shù)據(jù)計算得來的。而在實際的建造中，堆芯的坐標(biāo)和理論坐標(biāo)不一致，導(dǎo)致設(shè)計的慢速區(qū)和滿足現(xiàn)場實際的慢速區(qū)存在差別。如果裝卸料機(jī)在原設(shè)計的慢速區(qū)內(nèi)，但是在實際要求的慢速區(qū)以外運(yùn)行，那么裝卸料機(jī)碰撞導(dǎo)向柱的風(fēng)險就會增大。為降低此類事件發(fā)生的風(fēng)險，必須對設(shè)計的慢速區(qū)進(jìn)行修正。

4 基于坐標(biāo)平移法對堆芯慢速區(qū)進(jìn)行修正方法

基本假定：堆芯設(shè)計坐標(biāo)和實際坐標(biāo)不一致，可認(rèn)為是坐標(biāo)發(fā)生了平移。假設(shè)堆芯中心點(diǎn)得設(shè)計坐標(biāo)是（X1，Y1），實際測量的堆芯中心點(diǎn)坐標(biāo)是（X2，Y2），那么偏差向量是（X2-X1，Y2-Y1），那么設(shè)計坐標(biāo)為（X，Y）的點(diǎn)的實際坐標(biāo)應(yīng)為（X+X2-X1，Y+Y2-Y1）。

假定堆芯的設(shè)計坐標(biāo)是（X1，Y1），實際的堆芯坐標(biāo)是（X2，Y2），慢速區(qū)的內(nèi)半徑為R1，慢速區(qū)的外半徑為R2。原來設(shè)計的慢速區(qū)為：（X-X1）2+（Y-Y1）2≥R12，且（X-X1）2+（Y-Y1）2≤R22;實際的慢速區(qū)應(yīng)該為：（X-X2）2+（Y-Y2）2≥R12且（X-X2）2+（Y-Y2）2≤R22。

5 基于坐標(biāo)平移法對堆芯慢速區(qū)進(jìn)行修正的實例

5.1 修正前與修正后堆芯慢速區(qū)的約束不等式

某核電廠的3號機(jī)組原設(shè)計的堆芯坐標(biāo)為（15600，2550），建造結(jié)束后機(jī)組的實際堆芯坐標(biāo)為（15580.4，2560.5）[1]。偏移向量為（-19.6，10.5）堆芯慢速區(qū)內(nèi)徑R1=1050，R2=1350。

原設(shè)計的慢速區(qū)不等式組為

（X-15600）2+（Y-2550）2≥10502且（X-15600）2+（Y-2550）2≤13502（1）

修正后的不等式組為

（X-15580.4）2+（Y-2560.5）2≥10502且（X-15580.4）2+（Y-2560.5）2≤13502（2）

5.2 對修正前與修正后的碰撞風(fēng)險分析

在堆芯區(qū)域最大的風(fēng)險是固定套筒碰撞到導(dǎo)向柱，即在A、B、C三個點(diǎn)的風(fēng)險最大。對于不等式組（1），令X=15600可得（Y-2550）2≥10502且（Y-2550）2≤13502求得1200≤Y≤1500或3600≤Y≤3900，即裝卸料機(jī)靠近A導(dǎo)向柱的極限位置為（15600，1200）。同理可求得裝卸料機(jī)靠近B、C三個方向移動的極限坐標(biāo)為（16950，2550），（15600，3900）。修正后裝卸料機(jī)大小車向A′、B′、C′三個方向的移動極限坐標(biāo)為A′（15580.4，1210.5），B′（16930.4，2560.5），C′（15580.4，3910.5）。

將修正前的A點(diǎn)（1200，15600）在修正后的坐標(biāo)為（1200-19.6，15600+10.5）=（1180.4，15610.5）的坐標(biāo)帶入到不等式組（2）中，發(fā)現(xiàn)

（Y-2560.5）2+（X-15580.4）2=（1180.4-2560.5）2+（15610.5-15580.4）2=1905582.02>1822500=13502，即點(diǎn)A在修正后的慢速區(qū)之外。

5.3 修正前后裝卸料機(jī)與導(dǎo)向柱距離對比

堆芯實際的中心坐標(biāo)為（15580.4，2560.5），由于導(dǎo)向柱與堆芯中心坐標(biāo)相對位置不變，可以計算出三個導(dǎo)向柱中心的坐標(biāo)分別為A（15580.4，475.5），B（17665.4，2560.5），C（15580.4，4645.5）。在實際的驗證中，操作員控制裝卸料機(jī)從堆芯的中心（15580.4，2560.5）以高速分別向靠近A、B、C三個導(dǎo)向柱的位置（堆芯坐標(biāo)G13，堆芯坐標(biāo)A7，堆芯坐標(biāo)G1），如圖3所示。

修正前裝卸料機(jī)碰撞風(fēng)險最大的是導(dǎo)向柱B，最小距離只有83.7mm，甚至小于設(shè)計的99.5mm。修正后，裝卸料機(jī)碰撞風(fēng)險做大的是導(dǎo)向柱C，但最小距離為100.4mm。與修正前相比，裝卸料機(jī)停止時與導(dǎo)向柱的距離提高了16.7mm，降低了裝卸料機(jī)撞擊導(dǎo)向柱的風(fēng)險。

6 結(jié)論

基于坐標(biāo)平移法對壓水堆核電廠堆芯慢速區(qū)進(jìn)行修正，能夠調(diào)整裝卸料機(jī)自動運(yùn)行停止時與導(dǎo)向柱的距離，使得三者中最小的距離能夠增大，降低了裝卸料機(jī)在高速狀態(tài)下撞擊導(dǎo)向柱的風(fēng)險。

【參考文獻(xiàn)】

[1]鄭福亮，周金保，莫曉蔚，等.3/4號機(jī)組裝卸料前PMC系統(tǒng)試驗與檢查.

[2]PAR NUCLEAR.SPEC;RFM SECURE BOUDARY ZONE，QINSHAN UNITS 3，4.

[3]PAR NUCLEAR.秦山核電二期擴(kuò)建工程3、4好機(jī)組裝卸料機(jī)操作手冊.

[4]中國核動力研究設(shè)計院.反應(yīng)堆壓力容器頂蓋圖紙.