控制棒驱动机构共15页文档

• 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。

M310控制棒驱动机构介绍刘少华二○一七年八月三十日第五章每节课请准时出席，课程中途离场，举手示意；请将手机及其他通讯设备设置为振动或关闭；主动参与各项讨论及活动，完成教员布置的课堂任务；敞开心胸，吸收来自同事及教员的经验、见解和意见；愿意说出自己的想法和意见，乐于与他人分享；愿意倾听别人发表的内容；将所学转化运用于工作之中。

欢迎各位前来参加本次培训，为了使培训能够达到预期目标，我们将遵守下列约定，为学习共尽一份心力：课堂公约培训是员工最大的目录学习目的控制棒驱动机构基本工作原理控制棒驱动机构功能与基本参数控制棒驱动机构主要结构与功能与控制棒驱动机构运动相关主要部件四五三二一一、学习目的一般人员了解控制棒驱动机构基本功能、结构、基本工作原理、事故情况下落棒原理技术人员基本掌握控制棒驱动机构的基本功能、结构、工作原理。

了解电流时序图、落棒曲线图。

二、控制棒驱动机构功能与基本参数见图，按照控制和保护指令带动控制棒组件在堆芯内上下运动，进行反应堆启动、调节功率、保持功率、正常停堆；事故工况下，断电释放控制棒组件，使其在重力情况下迅速插入堆芯，实现事故停堆等功能。

二、控制棒驱动机构功能与基本参数设备分级：控制棒驱动机构是核电站长周期关键设备之一，2011年前国内只有上海一机床能够制造，按照目前产能和技术从签订合同起大约需要36～42个月完成制造。

质量保证分级：QA1（主要部件）抗震等级：Ⅱ级（耐压壳）安全等级：Ⅰ级（耐压壳）二、控制棒驱动机构功能与基本参数安装位置安装在反应堆压力容器顶盖上部，见图。

从图中可以看出它的耐压壳是反应堆冷却剂系统压力边界的组成部分。

二、控制棒驱动机构功能与基本参数主要技术参数详见M310机组ML-A型CRDM主要技术参数表。

表1 M310机组ML-A型CRDM主要技术参数表名称参数单位备注WWER-1000一期备注工作压力15.5MPa绝对压力15.7设计压力17.23MPa绝对压力17.65试验压力25.8MPa工作温度293℃300设计温度343℃350行程3618mm全行程3500工作行程步距15.875mm20步速72步/min二、控制棒驱动机构功能与基本参数表1续M310机组ML-A型CRDM主要技术参数表名称参数单位备注WWER-1000一期备注额定步数225步总步数228步事故落棒≤3.2S全行程≤4缓冲段落棒≤2.1S机电延迟≤0.15S二、控制棒驱动机构功能与基本参数表1续M310机组ML-A型CRDM主要技术参数表名称参数单位备注WWER-1000一期备注电磁线圈电源260V独立发电机380/220厂用电电磁提升力≥1602N电磁线圈绝缘500MΩ500V50对壳体棒位误差8步1棒位线圈绝缘100MΩ500V设计寿命280万步钩爪组件30年总长11286.15mm数量61套/堆首次57套121首次85套安装方式61Ω焊接专用焊机法兰螺栓连接三、控制棒驱动机构主要结构与功能结构：控制棒驱动机构属于机电仪一体化设备，它由耐压壳、电磁线圈组件、钩爪组件、驱动杆组件、棒位探测器及隔热套组件等部件组成，是一种竖直方向运动并带有位置测量的电磁提升机构，如图所示。

• 当三个线圈接收到成型的顺序激发的脉冲电流后， CRDM便产生插入或提升的动作。CRDM程控供 电装置中的可控硅整流器重复上述步序，棒束便 被提出或插入堆芯。控制棒的提升依靠的是电磁 力，而下插依靠的是重力。CRDM能以114.3 厘 米每分钟（45inch/min）的速度提升或者降低最 大为181.4千克（400磅）的负重（包含驱动杆重 量）。 • 在电厂运行期间，驱动机构的夹持线圈和传递线 圈通电，保持RCCA在一个静止位置。 • 棒位通过安装在棒行程罩外的位置指示器组件内 的48个离散线圈来进行测量。当控制棒驱动杆上 部的铁磁体部分穿过线圈中心线时，每个磁性线 圈能感应到棒的移动和存在。
3其他执照许可设计基准 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。 RCCA • 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)销爪组件 销爪组件包含导向套管、夹持磁极、传递 磁极和两套销爪：分别为传递销爪和夹持 销爪；销爪与驱动杆上加工出来的凹槽进 行咬合。传递销爪在提升磁极的作用下以 每步15.9mm (5/8-inch)的步幅上升或下降， 使驱动杆提升或者下插。当驱动杆移动一 步后，夹持销爪固定驱动杆组件，然后传 递销爪复位，为下一步动作做好准备。

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。
• 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。
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。
• 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。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011437305.0(22)申请日 2020.12.11(71)申请人 中广核研究院有限公司地址 518000 广东省深圳市福田区上步中路西深圳科技大厦15层（1502-1504、1506）申请人 中国广核集团有限公司　中国广核电力股份有限公司(72)发明人 卢朝晖　陈叶青　刘青松　李泽文　靳书武　刘亚男　胡伦宝　周国丰　芮旻　唐叔建　路广遥　张超　乔建毅　苏晓炜　(74)专利代理机构 广州三环专利商标代理有限公司 44202代理人 张艳美　毛伟碧(51)Int.Cl.G21C 19/105(2006.01)G21C 7/14(2006.01)(54)发明名称控制棒驱动机构(57)摘要本发明公开一种控制棒驱动机构，包括棒位探测器组件、钩爪组件、耐压壳组件、驱动杆组件、线圈组件及径向凸起支承结构。

棒位探测器组件套装于耐压壳组件中的行程套管，钩爪组件套装于耐压壳组件中的密封壳内，钩爪组件设有各与密封壳支承定位的第一支承定位结构和第二支承定位结构；驱动杆组件安装于密封壳内，驱动杆组件还穿置于钩爪组件中并伸向行程套管，线圈组件套装于密封壳外；径向凸起支承结构设置于钩爪组件或密封壳之内壁上，径向凸起支承结构在钩爪组件的轴向位于第一支承定位结构和第二支承定位结构之间；以减少钩爪组件的弯曲变形程度对驱动杆组件的影响，从而提高运行的可靠性。

权利要求书2页 说明书7页 附图13页CN 112562875 A 2021.03.26C N 112562875A1.一种控制棒驱动机构，包括棒位探测器组件、钩爪组件、耐压壳组件、驱动杆组件及线圈组件，所述棒位探测器组件套装于所述耐压壳组件中的行程套管上，所述钩爪组件套装于所述耐压壳组件中的密封壳内，所述钩爪组件设有在该钩爪组件的轴向彼此间隔且各与所述密封壳支承定位的第一支承定位结构和第二支承定位结构，所述驱动杆组件安装于所述密封壳内，所述驱动杆组件还穿置于所述钩爪组件中并伸向所述行程套管，所述线圈组件套装于所述密封壳外，其特征在于，所述控制棒驱动机构还包括设置于所述钩爪组件或密封壳之内壁上的径向凸起支承结构，所述径向凸起支承结构在所述钩爪组件的轴向位于所述第一支承定位结构和第二支承定位结构之间。

运行线圈部件是步进磁力提升式驱动机构的步进动 力源泉， 力源泉，运行线圈部件在电源系统中的循环供电控 制器的控制下，使驱动杆完成升降运动。运行线圈 制器的控制下，使驱动杆完成升降运动。 部件中共有三个激磁线圈．， ．，每个线圈有两条引出 部件中共有三个激磁线圈．，每个线圈有两条引出 线，这些引出线通过长引线管与循环供电控制器相 循环供电控制器按设计程序对保持线圈(A)、 连。循环供电控制器按设计程序对保持线圈 、传 递线圈（ ）、提升线圈（ ） ）、提升线圈 递线圈（B）、提升线圈（C）进行通电激磁和断 电去磁，从而使钩锁抓持器投入工作状态， 电去磁，从而使钩锁抓持器投入工作状态，并使驱 动杆部件带动控制棒组件处于提升、 动杆部件带动控制棒组件处于提升、保持或下降状 三个线圈同时断电， 态。若A、B、C三个线圈同时断电，则固定的和移 、 、 三个线圈同时断电 动的钩锁机构都处于非工作状态， 动的钩锁机构都处于非工作状态，驱动杆部件失去 夹持力，于是杆、棒组合件在重力作用下自由落下， 夹持力，于是杆、棒组合件在重力作用下自由落下， 使控制棒组件迅速插入堆芯。 使控制棒组件迅速插入堆芯。
棒位置指示部件：它由 棒位置指示部件 它由 装在棒行程指示套筒周 围的一个初级线圈和一 组次级线圈组成， 组次级线圈组成，轴的 移动影响初级和次级线 圈之间的耦合， 圈之间的耦合，由此影 响次级线圈两端的电压。 响次级线圈两端的电压。 次级线圈的电压由数字 处理装置转换成棒位指 示。
步进磁力提升式驱动机构的工作原理
承压套罩： 承压套罩 它由密封罩和棒行程指示套筒组成， 它由密封罩和棒行程指示套筒组成，密封罩是个带 有环形底座的圆筒， 有环形底座的圆筒，其中装有固定的和移动的磁极 及销爪。 及销爪。密封罩永久性地固定在贯穿反应堆压力容 器顶盖的管座上。在密封罩外表面上， 器顶盖的管座上。在密封罩外表面上，沿着各线圈 的端部，有包含软铁磁环的沟槽，用作磁力线通道 的端部，有包含软铁磁环的沟槽， 并避免对相邻机构的寄生作用。 并避免对相邻机构的寄生作用。棒行程指示套筒位 于密封罩的顶部， 于密封罩的顶部，它们采用螺栓连接并用密封焊焊 于密封罩上。拆掉棒行程指示套筒后， 于密封罩上。拆掉棒行程指示套筒后，就可接近机 构的内部构件。 构的内部构件。 在密封罩内与电磁线圈位于同一高度的有下列部件： 在密封罩内与电磁线圈位于同一高度的有下列部件： 固定的提升磁铁、可移动的传递磁铁、衔铁及夹持 固定的提升磁铁、可移动的传递磁铁、 销爪和固定的传递磁铁、衔铁及夹持销爪等。 销爪和固定的传递磁铁、衔铁及夹持销爪等。 各磁铁的端部都装有隔离板以防止磁铁之间或磁铁 与衔铁之间粘贴住。销爪有复位弹簧， 与衔铁之间粘贴住。销爪有复位弹簧，而可移动的 磁铁及衔进式， 优点是 控制棒的驱动机构采用三线圈电磁步进式，其优点是: 三线圈电磁步进式 提棒精度高，不易失步 提棒精度高，不易失步; 需要紧急停堆时只须切断电源，控制棒便可由自身重力驱动， 需要紧急停堆时只须切断电源，控制棒便可由自身重力驱动， 快速插入堆芯。 快速插入堆芯。 控制棒驱动机构贯穿压力容器上封头的部分有一承压壳， 控制棒驱动机构贯穿压力容器上封头的部分有一承压壳，防 止高温冷却剂的泄漏并紧固驱动机构。若承压壳破裂， 止高温冷却剂的泄漏并紧固驱动机构。若承压壳破裂，控制 棒即有可能被压力容器内的高压弹出，称为弹棒事故 弹棒事故。 棒即有可能被压力容器内的高压弹出，称为弹棒事故。 机构上装有抗震结构以限制它在水平方向的位移。 机构上装有抗震结构以限制它在水平方向的位移。抗震结构 抗震结构以限制它在水平方向的位移 由驱动机构的限动器将反应堆压力容器顶盖吊架与反应堆换 料腔壁面相连结构的抗震拉杆等组成． 料腔壁面相连结构的抗震拉杆等组成． 机构的内部构件均接在一回路主冷却剂中运行， 机构的内部构件均接在一回路主冷却剂中运行，设计保证能 内部构件均接在一回路主冷却剂中运行 在整个电站寿期功能正常， 在整个电站寿期功能正常，并考虑到便于正常维修和彻底检 修。

１控制棒驱动机构工作原理
控制棒驱动机构部件构成：耐压壳、电磁铁组件 、移动 组件 （ 包括 ：提升磁极对 、锁紧磁极对 、固定磁极对 ） 、驱 动 杆 、步 进 式 位 置 指 示 器 。 向上 提 升 一 步 ： 初 始 状 态 ：锁 紧 线 圈 ，提 升 线 圈保 持 断 电状 态 ， 固定 线 圈保持通 电状态 ，固定棘爪 凸轮保持驱动杆不下落 。 第一步 ： 锁紧线 圈通 电， 提升棘爪 凸轮连杆 向上移动 ９ ｍ ｍ ， 使 提 升 棘 爪 凸轮 锁 紧 驱 动 杆 。 第二步 ：固定线圈断 电，固定棘爪 凸轮释放驱动杆 。 第 三 步 ：提 升 线 圈 通 电 ，驱 动 杆 被 提 升 ２ ０ ａ ｒ ｍ 。 第 四步 ：固定线圈通 电，固定棘爪 凸轮保持驱动杆不下 落。 第五步 ： 锁紧线 圈断电， 提升棘爪 凸轮连杆 向下移动 ９ ｍ ｍ ， 使提升棘爪 凸轮放松驱动杆 。 第六步 ：提升线圈断 电，固定棘爪凸轮下落 ２ ０ 一 种 竖 直 方 向步 进 的磁 力 提 升 装 置 ， 主要作用 是在 堆芯 中以特 定的速 度插入和抽 出控 制棒组件 ， 向堆芯 引入负反应性 ，实现功率调节、温度调节 、紧急停堆 等 。本 文通 过对控制棒驱动机构 的典型故障进行 分析 ，得 出 其根本原 因，提 出预防措施 。
２控制棒驱动机构的典型故障及原因
２ ． １控制棒延迟下落
通过对驱动机构移动组件的解体及晶相分析，发现马 氏 体合金钢不可动磁极和可动磁极端面上有 ｌ ￣２ ｍ ｍ直径大 小 的咬合斑痕 ，其周 围有更小 的斑点组成 的线状多条 向外延伸 ， 斑痕 的断续总长约 占磁极壁厚 的 ３ ／ ４ ，用 １ ０ ０倍 显微镜观 察
技术交流
控制棒驱动机构典型故障及原 因分析

控制棒驱动机构电源系统（RAM）发电机并列运行分析作者：许皓程王斌刘政超来源：《中国科技纵横》2017年第04期摘要：控制棒驱动机构电源（RAM）系统要求两台发电机组并列带载控制棒驱动机构（RGL）负荷，并且要求两台发电机组要平分下游负荷，所以需要对两台发电机组的无功与有功分配情况进行研究，以达到现场调试与运维需求。

本文介绍了控制棒驱动机构电源（RAM）系统的功能和作用，分析了控制棒驱动机构电源系统的特点，两机并列过程中，有功和无功功率调节的方法。

关键词：并网；并列；负载中图分类号：TL362.6 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）04-0145-021 简述容量相同的同步发电机并列运行原理以原动机转速可调的发电机组为例（RAM系统的原动机转速不可调），单台发电机独立运行时，发电机产生的无功功率与有功功率受负载容量的约束，固定等于负载容量所需的功率，并且频率和端电压随着调速器的设定点和励磁电流的改变而改变。

而发电机与电网并联运行时，发电机的频率和电压与电网系统的频率和电压相同。

调速器的设定值与励磁电流的改变会直接影响发电机的有功功率与无功功率。

当两台容量相同的同步发电机并列运行时，带载下游固定的负荷，如图1，RAM系统带载控制棒驱动机构RGL简图。

上图中要求两台发电机提供的总的有功功率和无功功率，必须等于负载（RGL）所需的有功功率P和无功功率Q。

以发电机SET2刚并入SET1带载运行的系统后为例，总的有功为两台发电机的有功之和，由于发电机的机械特性有差异，所以SET1带的有功与STE2带的有功会有差异，如果此时通过调速器增加转速，会对系统有何影响呢？见下图2，增加SET2转速对系统的影响。

SET2转速增加以后，SET2的频率特性会上移，由于系统向负载提供的总的有功功率不能改变。

如果还在50Hz的频率下运行，SET1与SET2提供的功率将会大于负载的需求，所以系统不会继续在50Hz的频率运行。

华龙一号控制棒驱动机构密封壳制造过程质量控制发布时间：2021-06-29T08:43:05.384Z 来源：《建筑学研究前沿》2020年26期作者：刘九龙[导读] 控制棒驱动机构是反应堆控制和保护系统的伺服机构，其密封壳是反应堆一回路压力边界的一部分。

本文通过对华龙一号首台控制棒驱动机构的密封壳制造过程及一些问题实例的分析，总结提出了在密封壳制造过程中的质量控制重点。

刘九龙中原运维海外工程有限公司上海 200000摘要：控制棒驱动机构是反应堆控制和保护系统的伺服机构，其密封壳是反应堆一回路压力边界的一部分。

本文通过对华龙一号首台控制棒驱动机构的密封壳制造过程及一些问题实例的分析，总结提出了在密封壳制造过程中的质量控制重点。

关键词：控制棒驱动机构；密封壳；制造；质量控制1、概述控制棒驱动机构是反应堆控制和保护系统的伺服机构，它安装在反应堆压力容器顶盖上，能够按照指令带动控制棒组件在堆芯内上下运动、保持控制棒组件在指令高度、断电释放控制棒组件并使其在重力的作用下快速插入堆芯，为完成反应堆的启动、调节功率、保持功率、正常停堆和事故停堆等功能。

其中密封壳是反应堆一回路系统压力边界组成部分。

密封壳是安全1级部件，抗震1I类部件，RCC-M 1级部件。

2、华龙一号控制棒驱动机构设计特点与传统二代加堆型CRDM勾爪相比，华龙一号ML-B型控制棒驱动机构勾爪采用双齿勾爪，同时也增加了勾爪齿部钴基合金堆焊层厚度，该结构极大的降低了勾爪每个齿部承受的作用力，同时增加了勾爪的耐磨性和耐腐蚀性，从而延长了控制棒驱动机构的使用寿命。

相比于以往二代加堆型控制棒驱动机构密封壳，采用了一体化密封壳，取消了下部Ω焊接结构（大Ω焊缝），减少了冷却剂泄露的风险。

增加了与贯穿件的异种合金对接焊及台阶深孔加工的技术难点。

相比二代加堆型控制棒驱动机构行程套管，取消了端塞和排气阀，没有了上部Ω焊缝（小Ω焊缝）。

但增加了盲孔型深孔加工的难点。