摘要：核电是未来能源发展的趋势。核电站设备分为核岛设备和常规岛设备，核岛设备是核电站的关键设备，而控制棒驱动机构又是核岛设备的核心部件，其直接与反应堆燃料棒接触，控制反应堆的运行。本文针对控制棒驱动机构在出厂前试验中，热态试验时驱动杆组件实际位置监测的问题进行了探讨和研究，提出了解决方案。
关键词：核电；控制棒驱动机构；驱动杆组件；开环系统；闭环系统；棒位指示器
核反应堆，又称为原子反应堆或反应堆，是装配了核燃料以实现大规模可控制裂变链式反应的装置。核反应堆的开、停和核功率的调节都由控制棒控制。控制棒内的材料能强烈吸收中子，可以控制反应堆内链式裂变反应的进行。反应堆不运行时，控制棒插在堆芯内。开堆时将控制棒提起，运行中根据需要调节控制棒的高度。一旦发生事故，全部控制棒会自动快速下落，使反应堆内的链式裂变反应停止。控制棒驱动机构是核电厂反应堆控制系统和安全保护系统的一种伺服机构。由于其功能是根据反应性控制系统的要求带动控制棒在堆芯范围内作提升、下降、保持或快速落棒运动以达到调节反应堆功率和安全停堆的作用，因而，其性能好坏直接影响核电厂的正常运行和安全。
一、存在的问题及原因分析
（一）存在的问题
根据《CRDM试验说明书系列试验——性能试验》，控制棒驱动机构在出厂前需要进行出厂前试验：冷态试验、热态试验、热态后冷态试验。并在试验过程中对控制棒驱动机构的电流阈值、步长、负载传递步长以及电流——噪声波形图进行测量记录，同时需要监测试验过程中控制棒驱动机构是否出现提不起、滑步、失步、卡涩等现象。
但在进行热态性能试验时，由于试验工况为高温高压（286±10℃，15.5±0.6MPa），所以必须将驱动杆密封在棒行程套管内。试验时无法判断驱动杆的实际位置，也就无法判断驱动机构是否出现提不起、滑步、失步、卡涩等现象。
（二）原因分析
第一，在进行热态性能试验时，驱动杆组件密封在棒行程套管内，无法像进行冷态和热态后冷态试验时那样可以直接观察和判断驱动机构是否出现提不起、滑步、失步、卡涩等现象。
第二，控制棒驱动机构试验用控制柜采用的开环系统。由控制柜根据设定的时序实现对电磁线圈组件的通断电，从而实现驱动杆组件的动作，并根据控制柜的时序进行步数记录，而对控制棒在实际运行中没有检测环节，所以无法有效的检测驱动机构是否出现提不起、滑步、失步、卡涩等现象。
二、解决方案
针对这类情况，需要在保证产品不受损害以及台架设备尽量避免大的改动下解决问题。解决方案的原则：既要使试验中驱动杆组件可监测，又要保护产品和减少设备改动，以节约成本。
（一）可行性分析
1、有效监测驱动杆组件的方法
方法一：采用冷态和热态后冷态试验的方案，用一个大的有机玻璃套管，替代棒行程套管，这样便于观察。
方法二：在控制棒驱动机构棒行程套管内安装一个机械计数器，在试验时，可以根据计数器的数值来判断驱动杆组件的位置。
方法三：在控制棒驱动机构棒行程套管外安装一个感应器，将感应器与控制室的一个电子计数器连接。在试验时，可以根据电子计数器的数值来判断驱动杆组件的位置。
2、可行性分析
方法一便于观察，但是热态试验是在高温高压下进行的，有机玻璃管很难满足试验要求，容易出现破裂，给操作人员带来危险。因此，该方法不宜采用。
方法二和方法三均采用了计数器来对试验过程中的驱动杆组件的位置进行监测，使得原来的开环系统变成了闭环系统。但是也存在区别：
方法二采用机械计数器，安装在棒行程套管内。这种方法改变了产品结构，同时在试验时会对驱动杆组件带来一定的损伤。因此，该方法不宜采用。
方法三采用感应器与计数器配合使用的方法。该方法是将感应器安装在棒行程套管的外壁，对产品没有任何影响。通过连线，将感应器的的数据信号传输到控制室的电子计数器上实现计数，既安全又可靠。因此，该方法可以采用。
（二）棒位指示器设计
棒位指示器是由一个固定在棒行程套管上的传感器（干簧管）和控制室的电子计数器组成。将传感器固定在棒行程套管上需要一个装夹工装。
1、装夹工装制造
图1 装夹工装制造实物图
2、传感器选型
圆柱形接近开关的触发区域有一定的要求，最小的M5型号的必须距离监测对象1～1.5mm，而且中间不允许有障碍物阻隔。但是在试验过程中，驱动杆组件是密封在棒行程套管内的，若采用接近开关的，将被棒行程套管阻隔，使其无法正常工作。因此，该传感器不宜采用。
干簧管（磁簧开关）的工作原理：当带有磁性的监测对象接近干簧管时，干簧管内的弹性片吸合，从而使干簧管闭合。驱动杆组件在试验时将会被电磁线圈磁化，在其顶部产生磁场，带有磁性。当驱动杆顶部接近干簧管时，则使其闭合从而触发电子计数器实现计数。因此，采用该传感器。
3、电子计数器选型
选用YOTO公司的CT系列多功能计数器——CT8 COUNTER
（三）安装调试
1、安装
将传感器固定在棒行程套管上部适当的位置，将传感器连接到台架上预留的接线端子上。
2、调试
热态试验时，操作人员只需记录电子计数器和控制柜上的数据并作比较即可判断控制棒驱动机构是否出现提不起、滑步、失步、卡涩等现象。
（四）效果跟踪
采用棒位指示器后，在进行热态试验时，通过比较控制柜与控制室内的电子计数器上的数值就可以很方便的判断出控制棒驱动机构是否出现提不起、滑步、失步、卡涩等现象。操作方便、直观，达到了预期的效果。
结语：
通过以上的原因分析、可行性分析、工装设计及制造到最后的安装调试，通过一系列的工作终于实现了在热态试验是驱动杆组件的位置受控，可以简单方便地判断出控制棒驱动机构是否出现提不起、滑步、失步、卡涩等现象。该项设计和实践成功的解决了问题，得到了用户和相关专家的认可，为以后试验问题的处理提供了有效方法和宝贵经验。
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作者简介：
秦海俊（1987-），男，本科，工程师，机械电子专业，现从事CRDM制造与试验工作。
论文作者:秦海俊
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/26
标签：控制棒论文; 机构论文; 组件论文; 反应堆论文; 计数器论文; 方法论文; 行程论文; 《基层建设》2019年第7期论文;