AP1000控制棒驱动机构解析

• 对于操纵员来说，棒束控制组 件是最有效的控制反应性的方 式。可以移动棒束控制组件和 灰棒控制组件在堆内的相对位 置来达到控制堆内反应性的目 的。
控制棒驱动机构概述
• 用于反应性控制的控制棒驱动机构(CRDM) 和控制棒是AP1000反应堆系统(RXS)的一 部分。每个控制棒驱动机构由四个独立的 子组件组成。分别为承压壳体，励磁线圈 组件，销爪组件，以及驱动杆组件。位于 反应堆压力容器顶盖上的一体化顶盖组件 内。CRDM承压壳体构成一回路压力边界， 并提供其他设备的支撑。CRDM外壳的顶 部支撑了棒位置指示器线圈组件。棒行程 罩的上部密封是一个坚固的，一体式结构， 通过与一体化顶盖相连来提供地震情况下 的支撑。
• 控制棒安装于控制棒束组件(RCCA)和灰棒 控制组件（GRCA）下面。RCCA由24根吸 收体棒组成，顶部端塞固定到一个公共连 接件（星型架）上，用来控制相对较快的 反应性变化和轴向功率分布。同样的， GRCA由24根顶部端塞固定到星型架上的 细棒组成，用于负荷跟踪。这些控制组件 提供了一种机械补偿(MSHIM)策略，能减 少反应堆冷却剂系统的调硼操作。控制棒 束组件和灰棒束组件由堆内导向机构支撑。 RCCA和 GRCA的末端与燃料组件的导向 管相接触。
2非安全相关设计基准 • 在反应堆压力容器顶盖移开时，CRDM驱 动杆下端的设计允许维修人员用长柄工具 进行驱动杆和控制棒组件间的远距离连接 或解锁操作。 • 棒位指示系统能提供RCCA 和 GRCA的轴 向位置监测手段。 • RCCA 和GRCA提供了堆芯反应性控制手 段，以维持堆芯功率在所需水平。
3非安全相关的纵深防御功能 无
4 与执照许可相关的其他功能 无
3.3.2 设计基准
1 安全相关设计基准 • CRDM的壳体提供了一个高度一体化的压 力边界，用以包容一回路冷却剂以及溶于 冷却剂或出现在压力容器上封头内部的燃 料裂变产物，承压壳体属于一回路冷却剂 压力边界的一部分。 • CRDM的设计使其在反应堆冷却剂的压力 和温度以及预期的安全壳内部环境之下运 行仍然能够维持自身的功能和结构的完整 性。
• CRDM,RCCA和GRCA的设计保证了在正常运行， 中等频率事件，稀有事故，极限事故工况下都能 够履行他们的安全功能。另外，他们的设计能够 在安全停堆地震情况下仍然能履行预期的安全功 能。 • CRDM,RCCA和GRCA的设计限制了反应性引入 的大小和速度，加上反应堆保护系统的动作，即 使如弹棒这样的反应性事故也不会造成燃料损坏、 反应堆冷却剂压力边界破损或者堆芯充分冷却能 力的降低。 • CRDM,RCCA和GRCA的设计使得反应堆能在其 具有最大后备反应性且处于热态时，当最大价值 控制棒处于全部提出位置时，仍然能够维持至少 1％△K/K的次临界度。
2非安全相关功能 在电厂正常运行期间，RCCA,GRCA,和 CRDM还需执行一些反应性控制方面的非 安全相关功能：CRDM通过调整RCCA和 GRCA的位置，可以在不进行调硼的情况下 实现负荷调整(如调峰运行)。控制棒还要提 供足够的反应性来弥补从满功率到零功率 时所产生的功率亏损，并要提供必须的停 堆裕量。
3.3 反应性控制和控制棒驱 动系统
2008年11月 海阳
反应性控制概述
为了控制堆芯的反应性，采用了控制棒、 可燃毒物棒和硼酸等控制手段。 其中改变硼浓度用来控制反应性的长期变 化，例如： 燃耗和裂变产物积累 零功率条件下温度的变化 氙或制以下反应性的变化： 停堆 功率运行阶段冷却剂温度的变化 功率变化引起的反应性变化 空泡效应 在第一个燃料循环期间，由于燃料为新料， 后备反应性很大，如果堆芯采用高浓度硼 来平衡反应性，可能引入正的慢化剂温度 系数。为了保证负的慢化剂温度系数，保 持反应堆自稳定特性，需要加入可燃毒物 组件。
• 为了能使所有的控制棒组一起协同工作，CRDM 须进行统一控制。每个CRDM都隶属于一个特定 的控制棒组，利用这些控制棒组来进行反应性控 制，轴向功率分布控制，或实现反应堆停堆。每 组RCCA或者GRCA中的CRDM动作时能够保持步 调一致。 • CRDM和控制棒组件的设计允许在堆芯寿期的大 部分时间里不调硼地进行负荷跟踪。在电厂正常 运行期间，CRDM的设计允许RCCA和GRCA处于 棒行程内的任何位置。 • CRDM是一种磁力提升机构，当它接收到控制系 统发出的指令序列后，三个励磁线圈即按照相应 的次序励磁，使控制棒组件做步进式的插入或提 起动作。在任何步序循环中，如果线圈的励磁电 流中断，CRDM的设计能保证驱动杆释放，继而， 驱动杆和与之相联的棒束依靠自身的重力全部落 入堆芯。
3其他执照许可设计基准 无
• 3.3.3 系统描述
1 控制棒驱动机构
• AP1000的CRDM设计是基于西屋公司经过验证的 成熟设计，已经运用于许多运行中的核电站。 CRDM位于反应堆压力容器顶部，他们与含有中 子吸收材料的RCCA和用于负荷跟踪的GRCA联 在一起。GRCA除了中子吸收能力较弱外，几何 形状和RCCA是一样的。 • CRDM的主要功能是以设计速度提升或下插53个 RCCA和16个GRCA中的一个指定的组，以此来 控制流过堆芯冷却剂的平均温度(Tavg)――堆芯 功率控制关键参数，同时维持堆芯具有可接受的 中子通量分布。在启动和停堆期间，控制组件的 插入和提出，与反应堆冷却剂硼浓度一起控制堆 芯反应性变化。
3.3.1 功能
1安全相关功能
• CRDM, RCCA, 和GRCA连同RXS和反应堆冷却 剂系统一起执行和/或支持以下安全相关功能 • 反应堆冷却剂压力边界：在电厂所有运行工况下， 控制棒驱动机构（CRDM）外壳属于一回路压力 边界，用来包容反应堆冷却剂和/或堆芯应急冷却 流量，限制放射性释放到安全壳(通过限制冷却剂 泄漏)。 • 堆芯冷却和反应性控制：在偏离正常及故障和异 常工况下，CRDM提供了RCCA和 GRCA提升和 下插的手段，用以控制反应堆功率。堆芯的反应 性依赖于控制棒、冷却剂内溶解硼浓度以及其它 毒物。当反应堆手动或自动触发停堆时，CRDM 断电，RCCA和GRCA依靠重力以所需要的速度 插入堆芯，保障燃料的完整性。