AP1000棒位系統(tǒng)精度測(cè)試及其分析

丁飛　張黎

摘 要：控制棒位置信息對(duì)核電站的運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，它可以幫助操縱員預(yù)測(cè)反應(yīng)性，從而進(jìn)行運(yùn)行決策。在全精度工作模式下，AP1000棒位系統(tǒng)可以提供（-5，+5）的控制棒位置精度。本文將介紹棒位探測(cè)原理、精度測(cè)試及其分析。

關(guān)鍵詞：棒位；精度測(cè)試；精度分析；半精度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.010

1 AP1000棒位系統(tǒng)概述

棒位系統(tǒng)為核電廠操縱員提供準(zhǔn)確可靠的控制棒位置信息?？刂瓢粑恢眯畔⒖梢詭椭倏v員預(yù)測(cè)反應(yīng)堆臨界情況，對(duì)運(yùn)行決策起著至關(guān)重要的作用。AP1000棒位系統(tǒng)由棒位探測(cè)器、棒位數(shù)據(jù)柜、棒位邏輯柜、落棒測(cè)試機(jī)柜組成。棒位探測(cè)器是系統(tǒng)的測(cè)量元件；棒位數(shù)據(jù)柜接收邏輯柜的尋址信息，把選擇的棒位信息轉(zhuǎn)化為格雷碼傳給邏輯柜；邏輯柜接收數(shù)據(jù)柜的格雷碼和狀態(tài)信息，經(jīng)計(jì)算處理后送主控室顯示；落棒測(cè)試機(jī)柜用于測(cè)量控制棒的落棒時(shí)間，以保證滿足技術(shù)規(guī)格書的要求。

2 棒位探測(cè)原理及精度分析

棒位探測(cè)器由48個(gè)離散線圈組成，分為A、B兩組，每組24個(gè)線圈。由于控制棒驅(qū)動(dòng)桿與控制棒是固定連接的，所以通過測(cè)量控制棒驅(qū)動(dòng)桿相對(duì)于線圈的位置以定位控制棒在堆芯的位置。48個(gè)線圈中，一般地，相鄰2個(gè)線圈之間的間距是6步（每步1.59cm）。但是，B23和A24的間距是9步，A24和B24之間的間距是3步。棒位系統(tǒng)能夠探測(cè)到控制棒全行程（0——267步）的棒位信息，當(dāng)控制棒在堆芯底部（0步）時(shí)，A1和B1總被驅(qū)動(dòng)桿貫穿。此時(shí)，控制棒驅(qū)動(dòng)桿頂部位置在B1和A2的正中間；當(dāng)控制棒在全抽出位置（267步）時(shí)，A24和B24也不被驅(qū)動(dòng)桿貫穿。此時(shí)，控制棒驅(qū)動(dòng)桿頂部距離A24線圈3步。

下面介紹一下半精度模式。所謂半精度，就是僅有一列線圈工作，或僅有一個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)柜工作。以A列線圈（A1， A2， ……A23，A24）為例，一共分23個(gè)測(cè)量區(qū)間，區(qū)間自下向上用0，1，……22表示。如果控制棒驅(qū)動(dòng)桿頂部在A1和A2之間（實(shí)際控制棒的位置為0-2步區(qū)間），與A1線圈串聯(lián)的感測(cè)電阻電壓和與A2線圈串聯(lián)的感測(cè)電阻電壓經(jīng)過探測(cè)器編碼器卡差動(dòng)放大器，會(huì)把此束控制棒的棒位信息記錄為0的格雷碼，經(jīng)過數(shù)據(jù)I/O卡送OVATION邏輯柜，然后邏輯柜把棒位信息還原成二進(jìn)制代碼，乘以區(qū)間距（12步）后再修正（A組線圈減3），在主控室顯示棒位0步（需保證在0-264步）；如果控制棒驅(qū)動(dòng)桿頂部在A2和A3之間（實(shí)際控制棒的位置為3到15步），與A2線圈串聯(lián)的感測(cè)電阻電壓和與A3線圈串聯(lián)的感測(cè)電阻電壓經(jīng)過探測(cè)器編碼器卡差動(dòng)放大器，會(huì)把此束控制棒的棒位信息記錄為1的格雷碼，經(jīng)過數(shù)據(jù)I/O卡送OVATION邏輯柜，然后邏輯柜把棒位信息還原成二進(jìn)制代碼，乘以區(qū)間距（12步）后再修正（A組線圈減3），在主控室顯示棒位9步（保證在0-264步）；當(dāng)控制棒驅(qū)動(dòng)桿頂部在A23和A24之間（實(shí)際控制棒的位置為255-267步），與A23線圈串聯(lián)的感測(cè)電阻電壓和與A24線圈串聯(lián)的感測(cè)電阻電壓經(jīng)過測(cè)器編碼器卡差動(dòng)放大器，會(huì)把此束控制棒的棒位信息記錄為22的格雷碼，經(jīng)過數(shù)據(jù)I/O卡送OVATION邏輯柜，然后邏輯柜把棒位信息還原成二進(jìn)制代碼，乘以區(qū)間距（12步）后再修正（A組線圈減3），在主控室顯示棒位261步（保證在0-264步）。由此，我們可分析出A列的半精度為（-6，+6）步。

用同樣的方法可以分析B列獨(dú)立工作時(shí)的半精度，所不同的是B列的OVATION邏輯柜修正是加3。由此，我們可以分析出B列的半精度為（-5， +6）步。以上僅是從測(cè)量原件理論上考慮，還應(yīng)該考慮到系統(tǒng)處理精度（-1， +1）步、機(jī)械制造與安裝誤差（-0.8，+0.8）步、熱態(tài)運(yùn)行（-0.2，+0.2）步。因此A列的半精度為（-8，+8）步，B列的半精度為（-7，+8）步。

如果棒位系統(tǒng)工作在全精度模式，經(jīng)OVATION邏輯柜修正（不用限制0-264步）的A列數(shù)據(jù)和B列數(shù)據(jù)的平均值，即為全精度棒位。例如，當(dāng)控制棒位置在25步時(shí)，A列數(shù)據(jù)為27步，而B列數(shù)據(jù)為21步。那么，在全精度模式下，棒位為24步。

3 出廠驗(yàn)收試驗(yàn)中的問題

在棒位系統(tǒng)的出廠驗(yàn)收過程中，最初西屋公司沒有進(jìn)行半精度測(cè)試，而半精度測(cè)試能夠衡量棒位系統(tǒng)在此模式下工作時(shí)的精度問題，聯(lián)合項(xiàng)目管理組織要求西屋做此試驗(yàn)。在升版的程序中，西屋半精度測(cè)試選點(diǎn)仍然不全，這樣的選點(diǎn)試驗(yàn)仍然不能滿足功能要求。例如：第2步和第3步是A列半精度測(cè)試的跳變點(diǎn)，第8步和第9步是B列半精度測(cè)試的跳變點(diǎn)……，這些都在西屋的驗(yàn)收測(cè)試中沒有體現(xiàn)，西屋公司只是象征性的選擇了第2步和第8步，而沒有選擇第3步和第9步。因此，建議增加這些跳表點(diǎn)的測(cè)試，這樣才能驗(yàn)證設(shè)設(shè)備的整體功能。

關(guān)于棒位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我們與棒位探測(cè)器廠家人員交流過以下兩個(gè)問題：第一，增加線圈的數(shù)量是否會(huì)增加系統(tǒng)的精度？得到的結(jié)論是：如果在控制棒全行程范圍布置太多線圈，那么線圈之間的間距必然變小，理論上系統(tǒng)精度會(huì)提高，但還應(yīng)該考慮到線圈間的互感作用會(huì)降低系統(tǒng)精度，對(duì)于一個(gè)堆型布置多少個(gè)線圈是最優(yōu)設(shè)計(jì)，這有待于試驗(yàn)驗(yàn)證。另外，系統(tǒng)的精度還受到控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)線圈（特別是提升線圈）磁場(chǎng)的影響；第二，數(shù)據(jù)機(jī)柜布置在安全殼內(nèi)，在設(shè)計(jì)機(jī)柜時(shí)需考慮抗輻照要求，還會(huì)增加維修人員的輻射風(fēng)險(xiǎn)，是否可將數(shù)據(jù)機(jī)柜移出安全殼？廠家人員認(rèn)為考慮到信號(hào)衰減問題，棒位數(shù)據(jù)機(jī)柜只能放在殼內(nèi)。但我們認(rèn)為，可考慮增加信號(hào)濾波器和放大器來(lái)解決信號(hào)衰減的問題。不過，數(shù)據(jù)機(jī)柜移出安全殼需要改進(jìn)安全殼電氣貫穿件的設(shè)計(jì)。

4 小結(jié)

從棒位探測(cè)的原理上分析AP1000棒位系統(tǒng)的半精度和全精度的影響因素，不僅有利于運(yùn)行維護(hù)人員了解系統(tǒng)設(shè)備，而且有助于優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，提高系統(tǒng)測(cè)量精度。在以后的工作中，我們將重點(diǎn)研究如何提高系統(tǒng)的測(cè)量精度以及如何提高系統(tǒng)的可靠性。

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