核电站控制棒驱动机构电源系统建模及故障分析

大型核电站控制棒驱动机构的电源系统由两台带飞轮的电动发电机组成,励磁方式包括自并励和相复励。某自并励机型棒电源系统曾发生一机失磁,与之并联的另一机过流保护抢先动作的严重事故。实际核电站中大量棒电源系统采用相复励机型,为了探究此次事故原因并判断棒电源系统中是否存在保护失配的共性风险,有必要对相复励棒电源系统故障特点进行研究。文中从相复励系统的全补偿公式出发,理论分析了机端短路电流变化趋势与相复励系统参数的关系,然后建立了棒电源系统的PSCAD模型。发现机端短路故障的仿真计算与理论分析相吻合,并通过动模机组单机机端短路实验共同验证了仿真模型的正确性。文中仿真分析了棒电源系统单机失磁时的故障特点,提出利用稳态等效电路估算棒电源系统失磁故障时机端电流的大小。结合制造厂家的真机实验验证了估算方法的有效性,同时说明了事故棒电源系统过流与失磁保护失配的原因,为核电棒电源系统保护装置改造奠定了基础。

某压水堆核电站控制棒驱动机构电流负载特性浅析

随着某压水堆核电站棒控棒位系统(RGL)的逐步老化及备件停产,拟采用成熟的数字化技术进行整体改进。由于主流数字化技术的控制电源功耗增大,有必要对现有系统的负载和容量进行分析论证。通过控制棒驱动机构(CRDM)和控制系统在极限负载工况下对控制棒驱动机构电源(RAM)系统的负载特性及功耗进行简化分析和仿真。仿真结果表明,随着新系统控制电容量的增大,原系统供电方案不利于RAM系统的稳定运行,存在潜在风险。为确保RGL系统整体改进后系统供电容量及品质满足RGL的正常稳定运行需求,提出可行的电源系统改进方案,将原有RGL的RAM两相控制电转移至交流不间断电源系统(LNE)。该方案在有效降低RAM发电机组三相不平衡现象的同时,有利于RAM发电机组的稳定运行,确保改进后RGL控制电源系统的可靠性。

控制棒驱动机构电源系统欠励磁保护与过电流保护配合的仿真分析

介绍了某核电站因为控制棒驱动机构的电源系统(即RAM系统)故障导致反应堆停堆,从RAM系统保护动作入手,深入分析此次RAM系统故障导致反应堆停堆的原因,通过计算分析提出了解决类似问题的建议。通过在不同负载工况下对故障过程进行仿真,复现了故障工况下的电流大小,验证了建议措施的正确性,为RAM系统保护定值的修改提供了依据。

模糊控制在核电厂棒控系统中的应用

当前,核电厂棒控系统在大幅变温工况下,存在驱动电流控制效果不佳、经常需技术人员调节控制器参数的问题。针对此问题,设计了一种模糊控制器用于驱动电流时序波形的控制方法。该方法对当前误差和误差的变化进行模糊化,并经过模糊规则计算及清晰化处理后作用于电流驱动电路。借助模糊控制对非线性系统控制效果较好的优点,可提高驱动电流在不同工况下的控制性能。通过仿真验证,相对于常规比例积分微分(PID)控制,模糊控制器在大变温工况下性能优异,无需调节控制参数即可满足现场性能指标要求。

磁悬浮控制棒驱动线抗震试验研究

为验证设备的稳定性、可靠性以及在极端条件下的安全功能,在地震模拟振动台上,采用一组控制棒驱动线实物作为足尺模型,进行了控制棒驱动线的抗震试验研究。得到了不同的地震输入对控制棒驱动线落棒时间的影响;测量了运行安全地震(SL-1)、极限安全地震(SL-2)水平下,控制棒驱动线的加速度响应值和应变值;验证了不同工况下控制棒驱动线的安全功能。试验数据表明,该驱动线在运行基准地震(OBE)、安全停堆地震(SSE)工况下,均能保持结构的完整性,并能实现运行功能。

直动电磁阀线圈温升实验研究

控制棒水压驱动技术是由清华大学核能与新能源技术研究院发明的具有自主知识产权的一项新型专利技术。组合阀是该项技术的关键部件,而组合阀是由3个直动电磁阀组成,因此,电磁阀的性能直接影响组合阀的性能,从而影响控制棒水压驱动技术的运行性能。本文就控制棒水压驱动系统运行过程中所出现的工况,对其直动电磁阀线圈进行了温升实验研究,并运用ANSYS软件进行了理论分析。分析结果表明:在电流增大情况下,线圈温度均会增大;线圈内壁温度高于外壁温度;线圈中间温度高于边缘温度。通过线圈温升研究可进一步优化直动电磁阀的设计。

直动电磁阀设计参数敏感性分析

运用ANSYS电磁场分析软件和正交实验设计方法,对直动电磁阀的参数进行了敏感性分析,并进行了部分实验验证。结果表明:输入直动电磁阀的电流取值对电磁力大小影响最大;通过对正交表中的数据分析,得到了直动电磁阀的优化设计参数。

直动电磁阀结构变化对电磁场特性的敏感性分析

控制棒水压驱动技术是清华大学核能与新能源技术研究院具有自主知识产权的一项新型发明专利技术,组合阀属于该项技术的关键部件。组合阀由3个直动电磁阀组成,电磁阀的性能直接影响组合阀的性能,从而影响控制棒水压驱动技术的运行性能。本工作运用ANSYS电磁场分析软件,变化输入电流,对直动电磁阀的8种设计结构进行了电磁场特性分析,并予以实验验证。分析结果表明:在电流增大情况下,电磁力增加,且平角铁芯吸合面电磁阀的电磁力增加较快;铁芯之间的环形密封结构对不同吸合面的电磁阀有不同的效果;分段导磁材料结构对电磁力增幅有较大的促进作用。

直动电磁阀参数设计与分析

控制棒水压驱动技术是清华大学核能与新能源技术研究院具有自主知识产权的一项新型发明专利技术,组合阀属于该项技术的关键部件。组合阀由3个直动电磁阀组成,电磁阀的性能直接影响组合阀的性能,从而影响控制棒水压驱动技术的运行性能。本工作运用二次回归正交试验拟合方法和复合形优化方法,对直动电磁阀的参数进行了设计和分析,并进行了部分实验验证。分析结果表明:输入直动电磁阀的电流数值对电磁力大小影响最大;通过优化方法可以得出直动电磁阀的优化设计参数和最大电磁力。

直动电磁阀线圈温度场特性分析

组合阀由3个直动电磁阀组成,电磁阀的性能直接影响组合阀的性能,从而影响控制棒水压驱动技术的运行性能。而电磁阀线圈的正常运行直接影响电磁阀的工作性能,因此,本文对电磁线圈发热情况进行了研究。运用ANSYS电磁场分析软件,变化输入电流,对直动电磁阀线圈进行了温度场特性分析,并予以了实验验证。结果表明,当电流增大时,温度升高;内壁温度高于外壁温度,中心温度高于边缘温度,其中内壁中心温度最高;线圈最高温度低于其破坏温度;获得了线圈等效导热系数;在考虑误差的条件下,计算分析有较高的准确性。为电磁阀工作参数设计提供了依据。

直动电磁阀磁场特性分析

控制棒水压驱动技术是清华大学核能与新能源技术研究院具有自主知识产权的一项新型发明专利技术。组合阀属于该项技术的关键部件,组合阀是由三个直动电磁阀组成,电磁阀的性能直接影响组合阀的性能,从而影响控制棒水压驱动技术的运行性能。本文就控制棒水压驱动系统运行过程中所出现的异常工况,运用ANSYS电磁场分析软件,对其直动电磁阀的多种运行工况进行了电磁场特性分析。分析结果表明:导磁材料的不当使用形成磁路的改变,引起某些工况下磁力反向,使电磁阀在特定情况下出现故障,进而造成控制棒水压驱动系统异常;通过电磁场特性分析可以进一步优化直动电磁阀的设计。

直动电磁阀阀头热态温度场实验研究

控制棒水压驱动技术是由清华大学核能与新能源技术研究院发明的具有自主知识产权的一项新型专利技术。组合阀是该项技术的关键部件,而组合阀是由3个直动电磁阀组成的,电磁阀的性能直接影响组合阀的性能,从而影响控制棒水压驱动技术的运行性能。本文就控制棒水压驱动系统运行过程中所出现的工况,对其直动电磁阀阀头进行了热态实验模拟研究,并运用FLUENT软件进行了理论分析。分析结果表明:随着线圈电流增大线圈温度将会增大,线圈内壁温度高于外壁温度,线圈中间温度高于边缘温度。提出了电磁阀高温条件正常运行的检测方法,并通过阀头热态实验模拟研究可优化直动电磁阀的电源参数。

控制棒水压驱动系统水压缸参数特性分析

控制棒水压驱动技术是清华大学核能与新能源技术研究院具有自主知识产权的一项新型发明专利技术。水压缸属于该项技术的关键部件,水压缸的性能直接影响控制棒水压驱动技术的运行性能。本文建立了水压缸理论模型并进行了实验验证,对影响水压缸运行的主要参数进行了参数特性分析。计算结果表明,泵扬程、管道长度及直径、弹簧系数、外界载荷、密封环泄漏通道宽度,直接影响水压缸内套运动时间和水压缸内套运动到终点的瞬间冲击能量。其中,泵扬程、管道长度和管道直径对水压缸运动影响较大。本文结果为水压缸和驱动机构的驱动力优化奠定了分析基础。

控制棒水压驱动系统水压缸降压过程理论分析

控制棒水压驱动技术是清华大学核能与新能源技术研究院具有自主知识产权的一项新型发明专利技术。水压缸属于该项技术的关键部件,而水压缸降压过程直接影响水压缸的复位,水压缸的性能直接影响控制棒水压驱动技术的运行性能。本文建立了水压缸降压理论模型,对该过程进行了分析;根据实验运行工况,计算得出了水压缸运行性能,并利用实验数据验证了计算结果。计算结果表明:在降压过程中,内套位移减小,速度逐步减小,直到停止运动;由于缸内压力减小,缸内和缸外的压差减小,密封环泄漏流速减小。缸内压力模型能提供所需的物理量,为水压缸和驱动机构运动机理分析提供了理论基础。

控制棒电磁阀阀头温度场特性数值研究

水压驱动控制棒是一种全新的核反应堆控制技术,直动电磁阀是其关键部件.电磁阀的性能直接影响控制棒水压驱动系统的稳定运行.运用ANSYS电磁场分析软件研究直动电磁阀阀头在不同输入电流的工况下温度场的特性.结果表明,当电流增大时,阀头温度升高;阀头中心温度高于边缘温度,中心最高温度低于阀头破坏温度;内壁温度高于外壁温度,其中内壁中心温度为最高壁温;计算结果与实验数据的对比说明,该数值计算分析有较高的准确性.

200MW核供热堆控制棒水力驱动系统安全特性

２００ＭＷ核供热堆采用控制棒水力驱动系统作为控制棒驱动机构。该系统是以非能动系统为基础设计的，并实现了传动、导向一体化。通过时系统自身固有安全特性及设计安全特性、失压事故下控制棒不发生弹棒的机理以及系统引水管破断冷印剂总丧失量不会导致堆芯裸露的计算结果的分析，表明该系统具有良好的安全特性，在任何失效事故下都能保证反应堆的安全停堆，为具有固有安全特点的２００ＭＷ核供热堆提供了重要的技术支持。

控制棒水压驱动系统落棒减速性能实验研究

控制棒水压驱动系统是清华大学为低温核供热堆发明的新型的内置式控制棒驱动技术,控制棒水力减速部件是水压驱动系统的关键部件之一,通过其对控制棒落棒过程进行减速,在保证落棒时间的前提下,降低控制棒快速落棒过程的冲击力。分析了水力减速部件组成和工作原理,确定了水力减速箱侧壁开孔方案,完成了不同开孔方案工况下控制棒水压驱动系统冷态落棒减速性能实验,在实验结果的基础上对比和分析了不同方案下的落棒减速机理和落棒过程特征参数随开孔方案的变化规律。分析结果表明:随开孔面积的增大,落棒时间逐渐减小,落棒峰值速度逐渐增大。在开孔面积大于0.004 m^2时,随开孔面积的增大,落棒峰值速度增大过程趋于平缓,落棒稳定速度和落棒延迟时间变化不大,控制棒触碰碟簧速度缓慢增大。实验研究成果为控制棒水压驱动系统落棒减速部件的理论建模和设计优化提供了基础。

控制棒水压驱动系统冷态性能实验研究

控制棒水压驱动系统是清华大学为低温核供热堆NHR200发明的新型的内置式控制棒驱动技术,该驱动系统由水压驱动机构、组合阀、控制棒和缓冲器等组成。控制棒水压驱动系统冷态性能是控制棒步进时间和系统驱动压力选取的基础。本文分析了控制棒水压驱动系统的组成和工作原理,完成了全尺寸控制棒水压驱动系统冷态性能实验,包括水压缸最小落棒压力实验、提升缸带载步进实验和快速落棒实验等。在实验结果的基础上分析了关键特性参数的变化规律和机理。结果表明:最小落棒压力是保持驱动机构销爪正常工作所需的最小驱动压力,其对应于压力时程曲线上峰值波动过程的变化起点;步升和步降过程压力拐点分别对应位移到位点,随着驱动水压的增加,水压缸充压拐点压力逐渐增加,步升时间、充压拐点时间逐渐减少。实验研究成果为控制棒水压驱动系统的设计、优化和工程应用奠定基础。

控制棒水力驱动系统的设计和研究

分析了２００ＭＷ核供热堆控制棒水力驱动系统（ＨＤＳＣＲ）的设计特点；系统中主要设备（槽孔式水力步进缸和组合阀）的设计特点及特性；旁路自调节结构的设计及其高温下的补偿作用以及系统温度特性的实验结果。经对实验结果的分析表明：ＨＤＳＣＲ和各设备的设计合理、运行可靠；各设备的设计不仅降低了设备的加工难度及安装难度，而且改善了系统的温度特性；

基于电动发电机组的核电站棒电源系统设计

介绍了改进型压水堆核电厂控制棒驱动机构电源系统的功能和作用。在对棒电源系统特点进行分析的基础上,确定了基于电动发电机组的棒电源系统的总体结构形式。提出了特殊负载条件下发电机Zigzag绕组设计方法,对机组并列采用了特殊控制方式,实现了不带实际负载(空载)条件下的双机组快速并列。