AP1000控制棒驱动机构
AP1000控制棒棒位的数字化测量技术分析
目前 在 大多数 反 应堆 中使 用 的控制 棒棒 位 测 量 技术 是基 于角 度 式 、 声 式 、 超 电涡流 式 和电
术 ， Ａ １０ 数字化棒 位测 量技术进行分析 ， 对 Ｐ ００ 为今后 Ａ １０ Ｐ００数 字化 仪 控 技 术 的 自主化 设 计 和应用提供参考。
感式的测量传感器技术 。角度式的控制棒棒位 测量技术是根据测量 自整机的角度信号转换为
Ｒ Ｐ Ｎ Ｍ Ｌ Ｘ ， Ｈ Ｇ Ｐ Ｅ Ｄ Ｃ Ｂ Ａ
据传输等可靠性技术 的应用 ， 确保 了 Ａ １０ Ｐ ０ ０反应堆棒 位测 量精度和棒位控制 系统 的安全可靠 。 关键词 ： Ｐ ０ ０ 控制棒 ； Ａ １０ ； 棒位 ； 数字 化
中图分类 号： Ｔ ２ ． Ｍ ９ １２ 文献标识码 ： Ａ 文章编 号 ： ０５ － ３ （ ０２ ０ －６７０ ２ ８ ９ ４ ２ １ ）５０ ２ － ０ ４
超声式的控制棒棒位测量技术是根 １ 控 制 棒棒 位 测 量 的 意 义 及相 关 技 术 棒位信号 ；
的应 用现状
１ １ 控 制棒 棒位 测量 的 意义 ．
据超声 回波信号的延 时得到棒位信号 ； 电涡流
式的控制棒棒位测量技术是将控制棒的垂直运 动转 换 为水 平方 向运 动后 使 用 电涡 流传 感 器测 量距离 ， 进而转换 为棒位信号Ｌ 。基于以上类 ２ ｊ
组 Ｍ 、 Ｂ Ｍ 、 Ｄ Ｍ１ Ｍ Ａ Ｍ 、 Ｃ Ｍ 、 、 ２为功率控制棒 组 （ Ｍ棒组 ） 此类棒 组 主要用来 调节反 应堆 功 ， 率； 棒组 Ａ Ｏ为轴 向偏移棒组 ， 此棒组用来调整 堆芯轴向 的功 率分 布 ； 组 Ｓ １ Ｓ ２ Ｓ ３和 棒 Ｄ 、Ｄ 、Ｄ Ｓ 为停 堆棒 组 ， Ｉ Ｍ 运行 期 间， 此类棒 组完全 提 出， 当反应堆保护系统触发停堆时 ， 保证提供足 够 的停 堆裕 度 。上述包 含 ４个 以上控 制棒 的控 制棒组被分成两个子组 ， 这两个子组交替步进 ， 其 位置 相对偏 差 不超过 一 步 Ｊ 。
AP1000国产化控制棒驱动线落棒试验取得成功
（上接 第 ３２页）
３ 结 语
对该 电厂 ３号机 组锅炉 制粉 系统进 行调整 工况 的试 验 ，通 过调整 以及结 合现 场 的测 试结 果 ，获 得较 理想 的制 粉 系统 经 济 运行 方 式 ，进 一步 掌 握 了 超超 临界 机组锅 炉 的运行 特 性 ，提 高 锅 炉运 行 的 安全 及 经济 性 ，为 机组 日常运 行操作 和调 整 ，提 供 了科 学 的 依据 。
燃 煤 电厂在 粉煤 灰 的输送 或 类 似 工况 中 ，选 用
ＥＭ］．长沙 ：国防科 陶瓷 球 阀 ；在 粉煤 灰 排 放 调 节系 统
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渣 泵送 到脱 水仓进 行滤 水 ，脱 水后 的灰渣 ，利用 自重 物尽其用 ，达到安全高效的目的。
经 调节 阀 门进行排 放 。 由于渣 粒 比干灰 的颗粒 大 的
多 ，渣 的水力 输送 和脱 水 渣 的 调 节排 放 时建 议 使 用 参考文献 ：
气 动 闸阀 即可 。
５ 结 语
［１］杨源泉．阀门设计手册［Ｍ］．北京 ：机械 工业 出版社 ，ｌ９９２． Ｅ２３王训钜．阀门使用维修手册［Ｍ］．北京 ：中国石化 出版社 ．１９９９． ［３］张 长瑞 ，郝 元凯．陶 瓷基 复合 材料 一原理 、工 艺、性 能 和设 计
RCS系统
AP1000反应堆冷却剂系统（RCS）包括：反应堆压力容器（RPV），包括控制棒驱动机构安装接管和堆芯测量探头贯穿件；反应堆冷却机泵（RCP）。
共4台屏蔽电机泵（Canned Motor Pump），每台蒸汽发生器下部都与两台泵相连接，即每个环路由两台泵驱动；蒸汽发生器（SG）包容反应堆冷却剂的部分，包括SG的水室下封头（Channel Head）、管板（Tubesheet）和传热管束（Tubes）；稳压器（PRZ）以及与其相连接通往一条反应堆冷却剂主管道热管段的波动管线（Surge Line）；安全阀（Safety Valves）和1～3级自动降压系统（ADS）和排气管道隔离阀（Head Vent Isolation Valves）；上述主要部件之间相互连接的管道及其支承；与通往辅助系统的支持系统之间相互连接的管道及其支承。
RPV在堆芯顶部以下的位置没有贯穿孔，这样排除了RPV泄漏导致失水事故的可能性。
堆芯在压力容器内的位置尽量靠下，这样可以减少失水事故再淹没时间。
由于入口接管嘴高于出口接管嘴，这种设计允许堆芯在不卸料的情况下进行主泵检修（只要入口管，即反应堆主管道冷管段排空），而且有利于实现半管（Mid-Loop）运行。
一体化顶盖组件（IHP）由多个独立的设备组成，从而简化了反应堆的换料操作。
在停堆换料期间，反应堆压力容器顶盖组件的整体操作，减少了停堆时间和个人辐射剂量。
另外，一体化顶盖组件也减少了其相关部件在安全壳内的搁置空间。
IHP组成：围筒组件；吊装系统；驱动机构（CRDM）抗震支承结构；电缆支承结构；电缆。
IHP实现包括控制棒驱动机构电源、棒位数字指示器以及堆芯测量装置等组件电缆的快速插接与断开，使得在其内的各个部件无需单独进行连接和断开。
冷却围筒是位于RPV顶盖上方围绕在控制棒驱动机构周围的碳钢结构。
在核电厂正常运行时，冷却围筒为控制棒驱动机构磁轭线圈提供冷却气流通道。
IHP也可以使冷却围筒快速拆开。
AP1000核电设备及其国产化
AP1000核电设备及其国产化2010-08 国家能源局能源节约和科技装备司目前，AP1000核电设备进入国产化建设关键时期。
对AP1000核电设备及其国产化情况的了解有助于AP1000国产化进程的推进。
近日，我司对相关情况进行汇总，撰写了《AP1000核电设备及其国产化》一文，文章将分别从AP1000反应堆压力容器、蒸汽发生器等方面，对AP1000核电设备结构及其国产化情况进行介绍，供参考。
AP1000是美国西屋公司开发的一种双环路和百万千瓦级的先进压水堆核电机组，其反应堆一回路由1台反应堆压力容器、1台稳压器、2台大容量的蒸汽发生器、4台屏蔽式主泵、4条冷段和2条热段管道组成。
由于主泵入口直接和蒸汽发生器下封头焊接在一起，取消了第二代反应堆中蒸汽发生器与主泵入口之间的U型连接管道；同时，通过对主管道简化设计，减少了焊缝和支撑。
AP1000堆芯设计类似于西屋设计的M314堆型，其主回路设计类似于美国燃烧工程公司（CE）设计的System 80，蒸汽发生器采用Delta125，主泵采用大型屏蔽泵，专设安全设施采用了非能动技术。
AP1000是在AP600的基础上适当改进的结果，机组采用单堆布置方式，为了达到更高的电站功率，一方面加大了核蒸汽供应系统主要部件的尺寸，包括增加反应堆压力容器的高度、堆芯长度，另一方面增大蒸汽发生器、稳压器、汽轮机的尺寸和容量以及燃料组件的数目。
为了实现非能动安全系统设计，采用了带变频器的大型屏蔽泵。
近年来，国家、地方政府和企业还投入大量资金，打造核电设备研发和制造基地。
现已形成了哈尔滨电站设备集团（简称哈电）、东方电气集团（简称东电）和上海电气集团（简称上电）三大核电设备制造基地，以中国第一重型机械集团（简称一重）、中国第二重型机械制造集团（简称二重）和上海电气重型机械集团（简称上重）为重点的大型铸锻件和反应堆压力容器制造基地，以沈阳鼓风机集团（简称沈鼓）、中核苏阀科技实业股份有限公司（简称中核苏阀）和大连大高阀门有限公司（简称大连大高阀门）等一批国家级骨干企业的核级泵阀制造基地，此外，还有一批专业生产厂家具备了堆内构件、控制棒驱动机构、环吊、主管道及配套设备的批量生产条件。
第四章 AP1000反应堆结构设计(杜圣华)
设计准则： 中子吸收体最高中心温度低于熔点，棒表面不发生 体积沸腾 棒包壳在压力，高温下必须自立 控制棒包壳长期使用不发生蠕变坍塌 棒内气体压力低于冷却剂工作压力
控制组件在规定步跃及快插次数下应保持完整性 控制棒及导向管水力缓冲应吸收其能量，减少对导 向管冲击力 控制组件必须具有互换性，并在抽插过程中抽插力 在设计限值内 在事故工况下控制组件所产生的变形，不影响反应 堆的紧急停堆功能
图4.1.5 控制棒组件
图
4.1.6
图
4.1.7
表4.4控制组件参数：
每束控制棒数 吸收体下部材料
外径 长度 上部材料 外径 长度 包壳材料 包壳厚度 棒外径
黑体棒 24
Ag-In-Cd 8.53mm 1500mm B10（19.9%） 8.53mm 2610mm 304不锈钢
0.47 9.68
表4.1 国外四种型号高性能燃料组件参数比较
项目
类型
几何尺寸：
栅元排列
燃料棒直径mm
燃料棒数
中子测量管数
导向管数
棒栅元距cm
组件间距cm
组件边长cm
芯块直径mm
芯块高度mm
燃料棒长度cm
结构材料：
包壳材料
导向管材料 定位格架材料 搅混格架材料 端部格架材料 上、下管座材料
AFA－3G
17×17 9.5 ×0.57
包壳周向弹性加塑性拉伸应变不超过1% 燃料棒包壳累积应变疲劳因子低于设计应变疲劳 寿命 包壳均匀腐蚀深度或磨蚀深度小于包壳壁厚的 10% 燃料组件承受I、II类工况下流体引起振动，压力 波动流动不稳定引起作用 燃料组件为控制棒提供通道，缓冲和冲击 燃料组件为容纳相关组件并提供足够冷却 燃料组件在堆内能承受横向和轴向载荷，其变形 在限值之内不发生失稳
AP1000先进性及主回路介绍
一回路压力边界作为反应堆内产生的放射 性释放的屏障，并用来在整个电厂运行期 间提供高度的整体性。
系统参数
参数 反应堆功率 NSSS功率 电功率 净电功率 运行压力 堆出口温度 堆入口温度 环路流量 总蒸汽流量 蒸汽发生器出口蒸汽压力 蒸汽发生器出口蒸汽温度 主泵电机功率
针对安全壳旁路事故:AP1000通过改进安全壳隔离系统设 计、减少安全壳外LOCA发生等措施来减少事故的发生。
5、 采用成熟的数字化控制技术
AP1000仪控系统采用成熟的数字化技术设计，通过多样 化的安全级、非安全级仪控系统和信息提供、操作避免 发生共模失效。仪表和控制系统采用数字化的分布式控 制系统（DCS）。采用成熟的、先进的技术（如远程I／O 技术、网络通讯技术、智能诊断技术等），满足电厂各 种运行模式及事故工况下的监视和控制要求。
6、 模块化建造提高施工效率和降低建
设周期
AP1000在建造中大量采用模块化建造技术。模块 建造是电站详细设计的一部分，整个电站共分4种 模块类型，其中结构模块122个，管道模块154个， 机械设备模块55个，电气设备模块11个。模块化 建造技术使建造活动处于容易控制的环境中，在 制作车间即可进行检查，经验反馈和吸取教训更 加容易，保证建造质量。平行进行的各个模块建 造大量减少了现场的人员和施工活动。
AP1000一回路示意图
图 反应堆冷却剂系统
反应堆简介
反应堆用于实现可控的链式裂变反应并且将 反应产生的能量通过燃料棒包壳传递给一 回路冷却剂。
反应堆主要包括： 反应堆压力容器； 一体化顶盖； 堆芯； 堆内构件。
非能动安全先进核电厂AP1000问答
非能动安全先进核电厂AP1000问答第二章1、反应堆堆芯的组成（哪些组件构成）燃料组件、控制棒组件、中子源组件、可燃毒物组件、阻力塞组件2、简述燃料组件的组成（17*17，24+1，格架（底部、顶部、中间、搅混）及格架的材料）17X17方阵构成燃料组件、包括264 根燃料棒、24 根控制棒导向管、1根中央测量管、14 层结构格架（10+4）：包括顶部格架、底部格架、8层中间格架和四层中间搅混格架及一层保护格架进行支撑。
中间搅混格架放置在高热流密度区域，以利于混流。
保护格架又叫P-格架，主要起到阻止异物进入的作用。
结构格架与导向管相连。
底部结构格架和保护格架通常由防腐性、高强度的Ni-Cr-Fe合金制成。
顶部格架由Ni-Cr-Fe合金或ZIRLO制成。
其余结构格架和中间搅混格架由 ZIRLO制成。
注：选用ZIRLO材料是考虑到其固有的低中子俘获截面。
3、控制棒组件分类（调节棒组（机械补偿控制棒组、轴向偏移控制棒组）、停堆棒组；黑棒组和灰棒组（12+12））控制棒束可以分成调节棒和停堆棒。
调节棒组用于当反应堆运行条件改变，即功率和温度改变时，补偿运行过程中的反应性变化。
停堆棒组用于反应堆停堆。
黑棒的价值基本保持不变(特别是对热中子的吸收)。
调节棒分为轴向偏移控制棒和补偿棒。
轴向偏移控制棒，只有一组，由9束控制棒组件组成，用于轴向功率分布控制。
补偿棒共有六组，用于补偿由于温度、功率、和瞬时氙毒变化所引起的反应性变化。
停堆棒共有四组，每组有8束控制棒组件，用于快速停堆。
4、灰棒功能（p38, 调功率，替代改变硼浓度的负荷调节方法）①灰棒吸收中子的能力低于黑控制棒，用于在30%额定功率以上的负荷跟踪。
灰棒由驱动机构传动，进出堆芯来改变功率，以适应电网负荷变化。
②代替过去用改变冷却水的硼浓度来跟踪负荷的方法。
改变硼浓度会产生废水，采用灰棒可减少废水量。
第三章1、AP1000反应堆冷却剂系统的组成①反应堆压力容器(Reactor Pressure Vessel，RPV)，包括控制棒驱动机构安装接管②反应堆冷却剂泵(Reactor Coolant Pump，RCP)③蒸汽发生器(Steam Generator，SG)④稳压器(Pressurizer，PRZ)包括与其相连接通往一条反应堆冷却剂主管道热管段的波动管线⑤安全阀(Safety Valves) 和自动降压系统(Automatic Depressurization System，ADS)的阀门；⑥反应堆压力容器顶盖(上封头)上的排气管道(Reactor Vessel Head Vent)和排气管道隔离阀(Head Vent Isolation Valves)；⑦上述主要部件之间相互连接的管道及其支承；⑧与通往辅助系统和支持系统之间相互连接的管道及其支承。
AP1000详细介绍
50
6.厂用水系统（1）
系统功能：
在各种运行模式下带走设备冷却水系统的热 量
51
6.厂用水系统（2）
52
6.厂用水系统（3）
表 3.6.1 不同运行模式下厂用水的额定流量和热负荷 SWS 泵 正 常投入台数 1 2 2 2 CCS 泵 和热交换 器 正常运行 (满负荷) 电站冷却 换料 (全堆芯卸出) 电站启动 支持安全停堆 和乏燃料冷却 的 最 小 量 （SWS 系统供 水 温 度 90.5oF (32.5oC) 1 2 2 2 额定流量 10,800 gpm (2453 m3/hr) 21,600 gpm (4906 m3/hr) 21,600 gpm (4906 m3/hr) 21,600 gpm (4906 m3/hr) 热传输 90.4 x106 Btu/hr (26.5 MW) 303 x106 Btu/hr (88.7 MW) 73.9 x106 Btu/hr (21.6 MW) 76.1 x106 Btu/hr (22.3 MW)
16
1.反应堆（8）
17
1.反应堆（9）
控制棒设计参数： 控制捧（黑捧）： —53束，每束24根 —吸收材料：银-铟-镉合金封包在不锈钢管 内 灰棒： —16束，每束24根 —吸收材料： 12根银-铟-镉合金，12根为不 锈钢材料
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1.反应堆（10）
19
1.反应堆（11）
20
1.反应堆（12）
21
1.反应堆（13）
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2.反应堆冷却剂系统（1）
23
2.反应堆冷却剂系统（2）
主要功能： 反应堆冷却剂压力边界的完整性 堆芯冷却和反应性控制 反应堆冷却剂系统压力控制 过程监控 自动降压功能