基于坐標平移法對壓水堆核電廠堆芯慢速區修正

楊發 楊鵬 胡萬有 吳海東

【摘 要】在壓水堆核電廠換料大修前必須對裝卸料機大車、小車在裝卸料期間的安全邊界進行驗證，尤其是在堆芯區域。原始的邊界區域信息是按照電廠提供的建造圖紙提供的數據得來的，與實際的數據會有差別，需要根據現場實際測量的數據進行修正。在電廠的實際工作中，已經采用了基于坐標平移法對堆芯邊界進行修正的方式，此方法能夠降低裝卸料機在堆芯磕碰導向柱的風險?；谧鴺似揭品▽核褭C組堆芯邊界進行修正是一種有效方式。

【關鍵詞】坐標平移;壓水堆;堆芯慢速區;修正

中圖分類號： TU753;P226.3 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）03-0194-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.080

0 前言

在壓水堆核電廠卸料和裝料工作開始前必須對裝卸料機進行功能再鑒定，以保證在換料期間裝卸料機具備安全吊裝組件的能力[1]。為了保證運動過程中燃料組件的安全，裝卸料機中的軟件設置了一個安全運行的區域。裝卸料機在這個區域以內運行可以保證套筒和燃料組件不會與其他物體發生碰撞。在正常操作時，裝卸料機移動至安全區域的邊界會自動停止。[2]在實際的建造完成后，堆芯設計坐標數值與實際坐標數值存在一定的差別，因此原始的慢速區與實際要求的慢速區存在差異。兩者之間的差別可能導致裝卸料機運行到實際的安全邊界意外，增大了裝卸料機套筒與導向柱碰撞的風險。因此，根據完工后實際情況，對原始的邊界區域信息進行修正很有必要。本文以M310機型60萬機組為例，介紹基于坐標平移法對堆芯慢速區修正。

1 堆芯的布局

裝卸料機的運行區域是以傾翻機垂直位置作為坐標的原點，大車的向后移動方向為X軸的正向，小車向右移動方向為Y軸的正向設立的。小車向左移動的方向定義為0°方向，其他方向以與0°方向順時針的夾角計算。在原始設計中，堆芯的中心點坐標為（15600，2550）[2.5]（單位為mm，下同）。堆芯的快速區是一個以堆芯中心點為圓心，半徑為1050mm的圓形區域。堆芯的慢速區是以堆芯中心點為圓心，內徑為1050mm，外徑為1350mm的圓環。裝卸料機不論從任何方向離開邊界，都至少要經過300mm的慢速運行，以保證不會沖出安全區域。堆芯慢速區如圖1所示。

2 慢速區的作用

當主提升在全上位的狀態下，裝卸料機在快速區（圖中未標陰影部分）時，大車以正常速度18m/min[3]運行，小車以12m/min[3]的速度運行。在進入慢速區后，大小車的速度降低為1m/min[3]，以防止由于裝卸料機司機的疏忽，導致裝卸料機的固定套筒碰到導向柱或者水池壁。如堆芯慢速區設置有誤，則會增加裝卸料機撞擊導向柱的風險。

2.1 導向柱的位置

導向柱共有三根，分別位于0°、180°、270°三個方向。導向柱的中心在距離堆芯中心2085mm的圓上。導向柱的半徑為81.5mm。[4]

2.2 裝卸料機碰撞導向柱的風險

裝卸料機在堆芯移動期間，當運行至慢速區時，裝卸料機的大、小車速度分別將會從18m/min和12m/min降至1m/min，并在安全區域的邊界停止。在距離導向柱最近的三個方向上停止的位置如圖2所示。

根據上圖可以計算出裝卸料機的固定套筒距離為d=2085-1350-554-81.5=99.5mm，即理論上裝卸料機從堆芯向邊界移動時距離導向柱的最小距離應為99.5mm。

3 慢速區的修正

由于設計時，堆芯的慢速區是按照設計的數據計算得來的。而在實際的建造中，堆芯的坐標和理論坐標不一致，導致設計的慢速區和滿足現場實際的慢速區存在差別。如果裝卸料機在原設計的慢速區內，但是在實際要求的慢速區以外運行，那么裝卸料機碰撞導向柱的風險就會增大。為降低此類事件發生的風險，必須對設計的慢速區進行修正。

4 基于坐標平移法對堆芯慢速區進行修正方法

基本假定：堆芯設計坐標和實際坐標不一致，可認為是坐標發生了平移。假設堆芯中心點得設計坐標是（X1，Y1），實際測量的堆芯中心點坐標是（X2，Y2），那么偏差向量是（X2-X1，Y2-Y1），那么設計坐標為（X，Y）的點的實際坐標應為（X+X2-X1，Y+Y2-Y1）。

假定堆芯的設計坐標是（X1，Y1），實際的堆芯坐標是（X2，Y2），慢速區的內半徑為R1，慢速區的外半徑為R2。原來設計的慢速區為：（X-X1）2+（Y-Y1）2≥R12，且（X-X1）2+（Y-Y1）2≤R22;實際的慢速區應該為：（X-X2）2+（Y-Y2）2≥R12且（X-X2）2+（Y-Y2）2≤R22。

5 基于坐標平移法對堆芯慢速區進行修正的實例

5.1 修正前與修正后堆芯慢速區的約束不等式

某核電廠的3號機組原設計的堆芯坐標為（15600，2550），建造結束后機組的實際堆芯坐標為（15580.4，2560.5）[1]。偏移向量為（-19.6，10.5）堆芯慢速區內徑R1=1050，R2=1350。

原設計的慢速區不等式組為

（X-15600）2+（Y-2550）2≥10502且（X-15600）2+（Y-2550）2≤13502（1）

修正后的不等式組為

（X-15580.4）2+（Y-2560.5）2≥10502且（X-15580.4）2+（Y-2560.5）2≤13502（2）

5.2 對修正前與修正后的碰撞風險分析

在堆芯區域最大的風險是固定套筒碰撞到導向柱，即在A、B、C三個點的風險最大。對于不等式組（1），令X=15600可得（Y-2550）2≥10502且（Y-2550）2≤13502求得1200≤Y≤1500或3600≤Y≤3900，即裝卸料機靠近A導向柱的極限位置為（15600，1200）。同理可求得裝卸料機靠近B、C三個方向移動的極限坐標為（16950，2550），（15600，3900）。修正后裝卸料機大小車向A′、B′、C′三個方向的移動極限坐標為A′（15580.4，1210.5），B′（16930.4，2560.5），C′（15580.4，3910.5）。

將修正前的A點（1200，15600）在修正后的坐標為（1200-19.6，15600+10.5）=（1180.4，15610.5）的坐標帶入到不等式組（2）中，發現

（Y-2560.5）2+（X-15580.4）2=（1180.4-2560.5）2+（15610.5-15580.4）2=1905582.02>1822500=13502，即點A在修正后的慢速區之外。

5.3 修正前后裝卸料機與導向柱距離對比

堆芯實際的中心坐標為（15580.4，2560.5），由于導向柱與堆芯中心坐標相對位置不變，可以計算出三個導向柱中心的坐標分別為A（15580.4，475.5），B（17665.4，2560.5），C（15580.4，4645.5）。在實際的驗證中，操作員控制裝卸料機從堆芯的中心（15580.4，2560.5）以高速分別向靠近A、B、C三個導向柱的位置（堆芯坐標G13，堆芯坐標A7，堆芯坐標G1），如圖3所示。

修正前裝卸料機碰撞風險最大的是導向柱B，最小距離只有83.7mm，甚至小于設計的99.5mm。修正后，裝卸料機碰撞風險做大的是導向柱C，但最小距離為100.4mm。與修正前相比，裝卸料機停止時與導向柱的距離提高了16.7mm，降低了裝卸料機撞擊導向柱的風險。

6 結論

基于坐標平移法對壓水堆核電廠堆芯慢速區進行修正，能夠調整裝卸料機自動運行停止時與導向柱的距離，使得三者中最小的距離能夠增大，降低了裝卸料機在高速狀態下撞擊導向柱的風險。

【參考文獻】

[1]鄭福亮，周金保，莫曉蔚，等.3/4號機組裝卸料前PMC系統試驗與檢查.

[2]PAR NUCLEAR.SPEC;RFM SECURE BOUDARY ZONE，QINSHAN UNITS 3，4.

[3]PAR NUCLEAR.秦山核電二期擴建工程3、4好機組裝卸料機操作手冊.

[4]中國核動力研究設計院.反應堆壓力容器頂蓋圖紙.