核电厂电力电子化CRDM电源数字控制系统设计

为了使核电厂反应堆电力电子化控制棒驱动机构(CRDM)电源在不同工况下安全、可靠运行,研究了其数字控制系统设计方法。重点考虑了采样保持器和数字控制延时对系统稳定性的影响,并采用最佳阻尼设计方法对各级变换器控制器参数进行整定,形成了一套完整的电力电子化CRDM电源数字控制系统设计方法。仿真结果表明,系统稳态性能良好,并能够在负荷突变和故障切换等工况下快速、平稳地过渡到新稳态。该结果验证了所提设计方法的正确性和有效性。该设计方法对核电厂其他电力电子装置数字控制系统设计具有一定的指导意义。

基于改进EEMD-KELM的CRDM转子状态识别方法

控制棒驱动机构(CRDM)转子部件工作在高温高压的冷却剂中,一旦发生故障,其维修或更换的成本高、耗时长、牵连工程大。针对CRDM转子在运行过程中噪声影响过大的问题,提出一种集合经验模态分解(EEMD)结合小波阈值(WTM)的去噪方法,对CRDM转子振动信号进行去噪处理后提取时域特征、频域特征、IMF的能量和样本熵特征等信号作为标签,输入核极限学习机(KELM)分类模型中进行分类识别,并引入了鲸鱼优化算法(WOA)对KELM的重要参数进行自寻优,提高了模型的识别准确率。通过对比实验,证明了论文所提方法在CRDM转子的状态识别上具有比同类方法更高的准确率。

CRDM异种金属焊缝射线检测疑似缺陷的评定分析

控制棒驱动机构(CRDM)是核反应堆中的重要设备之一,其密封壳是构成核反应堆压力边界的一部分。密封壳是由两段不同材料(奥氏体不锈钢和镍基合金)筒体通过异种金属焊缝焊接而成的压力容器。产品生产过程中,在对此异种金属焊缝射线检测时发现了疑似缺陷的显示。通过试验验证,阐述了疑似缺陷产生的机理和过程,证明了此疑似缺陷并不影响焊缝的质量。

基于振动信号的控制棒驱动机构滚轮早期故障诊断研究

针对现有研究未充分关注控制棒驱动机构(control rod drive mechanism,CRDM)的早期故障诊断问题、很难将故障特征定位至具体部件以及人工引入的故障样本与装备实际故障特征存在差异等不足,提出了一种基于振动信号的CRDM滚轮早期故障诊断方法:首先,利用寿命考核试验时机采集了某密封磁阻马达式CRDM的滚轮全寿命振动信号,基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和Hilbert变换方法进行解调分析,获得与滚轮退化状态相关的模态成分;然后,采用时、频域分析方法获得了11个能够直接表征CRDM滚轮磨损状态的特征量,并根据退化趋势提取出与实际故障特征高度吻合的早期故障样本;最后,分别基于BP神经网络和支持向量机两种方法实现了CRDM滚轮早期故障的多特征智能诊断。结果表明:提取的滚轮早期磨损故障样本与实际运行过程保持了较好的一致性,证明所提CRDM滚轮早期故障诊断方法具有较强的工程应用价值。

控制棒驱动机构楔形迷宫密封组件设计与密封性能研究

控制棒驱动机构(CRDM)与压力容器管座之间通常采用焊接连接,针对堆芯换料导致的拆卸不便以及二次焊接时密封性能变差等问题,对控制棒驱动机构的连接形式进行了研究,提出了一种便于维修和利于拆卸的楔形迷宫密封结构。首先,引入了迷宫密封的设计理念,加入了楔形密封结构,采用钢制压力容器的设计标准,计算了工况下控制棒驱动机构所需的最小壁厚和热压载荷耦合作用下的临界屈服温度;然后,应用有限元方法模拟了C形环工作状态,研究了金属C形环的回弹特性及密封面状态;最后,针对楔形迷宫密封组件开展了泄漏率试验和热循环试验。研究结果表明:工况下的最小壁厚为10 mm,临界屈服温度为72.5℃;C形环尺寸越大,最大线比压值越小,密封面的贴合程度越高;楔形迷宫密封组件的泄露率小于1.0×10-6 Pa·m 3/s,能够满足多次拆卸工况下的密封要求。

基于PostgreSQL的CRDM数据存档系统

数据存档系统是控制棒驱动机构(Control Rod Drive Mechanism,CRDM)样机控制系统的重要组成部分,主要用于存储控制棒的实时、报警信息及其他设备信息等数据,一方面能够使运行人员对熔盐堆CRDM样机的运行、调试和维修等工况进行分析和处理,另一方面为今后基于数据分析的预警和诊断技术发展积累数据资源。本文基于开源、数据类型和接口丰富、扩展功能强大的关系型数据库Postgre SQL,设计实现了熔盐堆CRDM样机数据存档系统的数据库。为提高数据库的性能并确保安全可靠的存储数据,在数据采集上采用了双机热备技术,同时使用Java语言开发了控制棒棒位检索工具并连接数据存档系统。该系统在熔盐堆CRDM样机中的成功应用证明其是一种先进的、低成本的、稳定的数据存档系统。

“华龙一号”核电厂CRDM钩爪制造及试验研究

针对第三代压水堆核电厂对控制棒驱动机构提出的更高技术要求,"华龙一号"反应堆驱动机构钩爪零件采用了钴基合金堆焊耐磨面的双齿钩爪。针对此零件结构特点和制造工艺存在的难点,研制了堆焊用专用装置。通过试验和有限元仿真等方法对相关工艺参数进行优化,完成了钩爪零件试制,对零件进行金相检验、液体渗透检验、硬度检验和热态寿命试验。结果表明,钩爪零件具备较高的硬度和耐磨性,满足第三代压水堆核电厂对驱动机构运行寿命的要求。

核电站控制棒驱动机构Canopy焊缝组织和性能研究

试验采用专用自动TIG焊机焊接核电站控制棒驱动机构Canopy焊缝,选用机械加工Y形环作为填充材料,研究Canopy焊缝组织和性能。结果表明:通过自动TIG焊,机械加工Y形环熔成的Canopy焊缝,成形良好,宽度适中,焊缝与母材冶金熔合良好;焊缝组织主要由板条状或骨架状铁素体与快速凝固的柱状奥氏体组成;经23.1~23.3MPa水压试验,Canopy焊缝表面无渗漏,无可见变形;维氏硬度结果表明:焊缝硬度在210HV左右,焊缝硬度分布均匀。该研究为核电站控制棒驱动机构Canopy焊缝用机械加工Y形环提供了宝贵的经验。

控制棒驱动机构工作线圈在线寿命评估方法研究及算法实现

现有压水堆控制棒驱动机构通过定期测量工作线圈进行电阻或绝缘电阻的方法,只能提供有限的监测和诊断信息,无法对工作线圈的性能变化过程进行完整评估。基于现有控制棒驱动机构工作线圈热寿命方程,研究并设计一套可用于开展工作线圈在线寿命评估的方法;通过采集线圈工作电压及工作电流,获得实时的工作线圈电阻,并换算为工作线圈实时工作温度,将实际工作时长折算为工作线圈热寿命消耗时长。最终达到对控制棒驱动机构工作线圈进行在线寿命预测及评估的目的。

反应堆CRDM钩爪堆焊工艺仿真研究

基于有限元软件建立了钩爪堆焊毛坯和终形模型,采用双椭球型热源模拟氧乙炔火焰,依照先堆焊两个内孔再堆焊齿面的顺序进行了瞬态热应力场仿真;根据探索得到的堆焊最优工艺进行零件试制,对钩爪堆焊半成品及成品件进行微观组织、渗透探伤和显微硬度检验。结果表明,由此堆焊优化方案制造的钩爪堆焊件质量优良。

压水堆核电站CRDM故障诊断研究与实践

对压水堆核电站控制棒驱动机构故障诊断方法进行了研究。通过采用虚拟仪器技术,在线监测控制棒驱动机构线圈电流波形、分析波形特征、辨识驱动机构动作特征点,从而判断驱动机构及其电流调节输出回路的运行情况。分析结果实时保存到数据库,可用于驱动机构性能变化趋势的长期分析。系统对提高控制棒驱动机构运行可靠性具有重要意义,已成功应用于秦山第二核电厂,具有一定的推广价值。

基于特征放大的小波反应堆CRDM动作检测

为保障核反应堆安全运行,可靠地检测反应堆核心部件———控制棒驱动机构(CRDM)动作是极其必要的。针对控制棒驱动机构线圈电流动作点信号变化能有效反映控制棒驱动机构动作状态的特性,设计了基于特征放大的小波反应堆CRDM动作检测方法。由控制棒驱动机构电路构建无动作点电流上升段曲线模型,利用该模型对电流动作点部分特征进行放大,再对特征放大的电流动作点进行小波分解,从而实现对线圈电流动作点的检测。利用MATLAB对算法进行验证。验证结果表明:该方法对控制棒驱动机构线圈电流动作点的辨识度达到9.43。相较于小波变换,基于特征放大的小波变换检测算法对控制棒驱动机构线圈电流动作点的辨识度更高、辨识度阈值范围更大,可以更可靠地检测出控制棒驱动机构线圈电流动作点。

基于四阶矩法的CRDM承压壳体共因失效可靠性分析

针对考虑共因失效的多失效模式可靠性问题,基于分析法设计的失效准则和响应面法建立非连续的功能函数,采用点估计法计算功能函数的前四阶中心矩,并根据高阶矩标准化技术在标准正态空间中计算可靠度。通过对控制棒驱动机构(CRDM)承压壳体多失效模式可靠性建模分析,验证了该方法在核电设备结构可靠性分析中的适用性。结果表明,对于基本随机变量偏度较大的情况,点估计法比传统基于摄动理论的一次可靠性方法精度更高,也更适用于功能函数复杂的多失效模式可靠性分析。

核电站控制棒驱动机构(CRDM)钩爪国产化研究

控制棒驱动机构(CRDM)是核电厂反应堆冷却剂系统压力边界的重要组成部分。其中钩爪作为CRDM的核心零件,在较长一段时间内因技术要求严苛、研发成本较高、制造困难等因素未能实现国产制造。试验基于我国华龙一号核电项目,通过对CRDM钩爪结构、原材料、焊接工艺的研究和改进,使用国产022Cr19Ni10N材料,并结合氧乙炔火焰焊的方法,在华龙一号堆型上成功研制出CRDM钩爪样件,为我国自主研发的三代核电站CRDM钩爪制造提供支撑。

CRDM管座多道焊焊接残余应力计算方法研究

使用有限元方法,预先分析控制棒驱动机构(CRDM)管座区域过盈配合产生的预应力场,再通过依次模拟多道焊加热和冷却的过程,开展CRDM管座坡口的焊接残余应力数值模拟研究,分析冷装工艺和多道焊焊接残余应力对CRDM管座的共同作用,分析焊道之间的冷却时间的影响,为工程设计和修复提供支持。

基于UGF的CRDM任务可靠性评估模型应用

控制棒驱动机构(CRDM)作为反应堆结构中唯一的动设备,其稳定可靠运行是核反应堆安全可靠运行的有力保证,尤其是在事故工况下,控制棒驱动机构快速落棒,安全停堆尤为重要。考虑到单个部件的严重故障或多个连续部件中出现一定数量的轻度故障,也会导致CRDM失效。因此本文采用以通用生产函数为基础的CRDM任务可靠性评估模型,以保持功能为例,对CRDM任务可靠性进行了分析。

压水堆核电站CRDM钩爪振动监测装置研究与应用

介绍了压水堆核电站控制棒驱动机构的工作原理,通过软硬件平台搭建,实现控制棒驱动机构钩爪动作信号的在线采集,分析信号波形特征,复原驱动机构实际动作过程,从而对控制棒驱动机构动作特点和性能进行再鉴定。可以实时采集并保存驱动机构动作过程数据,对比驱动机构性能曲线,调整驱动机构合适的线圈电流参数,从而使其正常运行,该成果对提高驱动机构运行可靠性,缩短调试工期具有重要意义。

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。

控制棒驱动机构智能感知与自适应控制系统设计及仿真验证

控制棒驱动机构作为核反应堆控制和核安全保护系统的执行机构,对其运行状态进行有效监测是防止反应堆发生控制棒卡棒、滑棒和驱动失灵,保障核反应堆安全经济运行的必要手段;在研究分析控制棒驱动机构线圈电流和振动信号特征的基础上构建了控制棒驱动机构状态判别与故障诊断模型,并基于dSPACE实时仿真系统建立了控制棒驱动系统自适应控制数字化模型和控制棒驱动机构智能感知与自适应控制实验样机;通过功能验证,证明该系统能根据电流和振动信号实现对控制棒驱动机构正常运行工况和典型故障模式的实时判别、故障诊断与自适应控制,运行状态识别准确率达到99.2%以上,为后续核反应堆智能设备的研制提供参考。

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。