AP1000棒位系统精度测试及其分析

丁飞　张黎

摘 要：控制棒位置信息对核电站的运行起着至关重要的作用，它可以帮助操纵员预测反应性，从而进行运行决策。在全精度工作模式下，AP1000棒位系统可以提供（-5，+5）的控制棒位置精度。本文将介绍棒位探测原理、精度测试及其分析。

关键词：棒位；精度测试；精度分析；半精度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.010

1 AP1000棒位系统概述

棒位系统为核电厂操纵员提供准确可靠的控制棒位置信息。控制棒位置信息可以帮助操纵员预测反应堆临界情况，对运行决策起着至关重要的作用。AP1000棒位系统由棒位探测器、棒位数据柜、棒位逻辑柜、落棒测试机柜组成。棒位探测器是系统的测量元件；棒位数据柜接收逻辑柜的寻址信息，把选择的棒位信息转化为格雷码传给逻辑柜；逻辑柜接收数据柜的格雷码和状态信息，经计算处理后送主控室显示；落棒测试机柜用于测量控制棒的落棒时间，以保证满足技术规格书的要求。

2 棒位探测原理及精度分析

棒位探测器由48个离散线圈组成，分为A、B两组，每组24个线圈。由于控制棒驱动杆与控制棒是固定连接的，所以通过测量控制棒驱动杆相对于线圈的位置以定位控制棒在堆芯的位置。48个线圈中，一般地，相邻2个线圈之间的间距是6步（每步1.59cm）。但是，B23和A24的间距是9步，A24和B24之间的间距是3步。棒位系统能够探测到控制棒全行程（0——267步）的棒位信息，当控制棒在堆芯底部（0步）时，A1和B1总被驱动杆贯穿。此时，控制棒驱动杆顶部位置在B1和A2的正中间；当控制棒在全抽出位置（267步）时，A24和B24也不被驱动杆贯穿。此时，控制棒驱动杆顶部距离A24线圈3步。

下面介绍一下半精度模式。所谓半精度，就是仅有一列线圈工作，或仅有一个数据机柜工作。以A列线圈（A1， A2， ……A23，A24）为例，一共分23个测量区间，区间自下向上用0，1，……22表示。如果控制棒驱动杆顶部在A1和A2之间（实际控制棒的位置为0-2步区间），与A1线圈串联的感测电阻电压和与A2线圈串联的感测电阻电压经过探测器编码器卡差动放大器，会把此束控制棒的棒位信息记录为0的格雷码，经过数据I/O卡送OVATION逻辑柜，然后逻辑柜把棒位信息还原成二进制代码，乘以区间距（12步）后再修正（A组线圈减3），在主控室显示棒位0步（需保证在0-264步）；如果控制棒驱动杆顶部在A2和A3之间（实际控制棒的位置为3到15步），与A2线圈串联的感测电阻电压和与A3线圈串联的感测电阻电压经过探测器编码器卡差动放大器，会把此束控制棒的棒位信息记录为1的格雷码，经过数据I/O卡送OVATION逻辑柜，然后逻辑柜把棒位信息还原成二进制代码，乘以区间距（12步）后再修正（A组线圈减3），在主控室显示棒位9步（保证在0-264步）；当控制棒驱动杆顶部在A23和A24之间（实际控制棒的位置为255-267步），与A23线圈串联的感测电阻电压和与A24线圈串联的感测电阻电压经过测器编码器卡差动放大器，会把此束控制棒的棒位信息记录为22的格雷码，经过数据I/O卡送OVATION逻辑柜，然后逻辑柜把棒位信息还原成二进制代码，乘以区间距（12步）后再修正（A组线圈减3），在主控室显示棒位261步（保证在0-264步）。由此，我们可分析出A列的半精度为（-6，+6）步。

用同样的方法可以分析B列独立工作时的半精度，所不同的是B列的OVATION逻辑柜修正是加3。由此，我们可以分析出B列的半精度为（-5， +6）步。以上仅是从测量原件理论上考虑，还应该考虑到系统处理精度（-1， +1）步、机械制造与安装误差（-0.8，+0.8）步、热态运行（-0.2，+0.2）步。因此A列的半精度为（-8，+8）步，B列的半精度为（-7，+8）步。

如果棒位系统工作在全精度模式，经OVATION逻辑柜修正（不用限制0-264步）的A列数据和B列数据的平均值，即为全精度棒位。例如，当控制棒位置在25步时，A列数据为27步，而B列数据为21步。那么，在全精度模式下，棒位为24步。

3 出厂验收试验中的问题

在棒位系统的出厂验收过程中，最初西屋公司没有进行半精度测试，而半精度测试能够衡量棒位系统在此模式下工作时的精度问题，联合项目管理组织要求西屋做此试验。在升版的程序中，西屋半精度测试选点仍然不全，这样的选点试验仍然不能满足功能要求。例如：第2步和第3步是A列半精度测试的跳变点，第8步和第9步是B列半精度测试的跳变点……，这些都在西屋的验收测试中没有体现，西屋公司只是象征性的选择了第2步和第8步，而没有选择第3步和第9步。因此，建议增加这些跳表点的测试，这样才能验证设设备的整体功能。

关于棒位系统的设计，我们与棒位探测器厂家人员交流过以下两个问题：第一，增加线圈的数量是否会增加系统的精度？得到的结论是：如果在控制棒全行程范围布置太多线圈，那么线圈之间的间距必然变小，理论上系统精度会提高，但还应该考虑到线圈间的互感作用会降低系统精度，对于一个堆型布置多少个线圈是最优设计，这有待于试验验证。另外，系统的精度还受到控制棒驱动机构线圈（特别是提升线圈）磁场的影响；第二，数据机柜布置在安全壳内，在设计机柜时需考虑抗辐照要求，还会增加维修人员的辐射风险，是否可将数据机柜移出安全壳？厂家人员认为考虑到信号衰减问题，棒位数据机柜只能放在壳内。但我们认为，可考虑增加信号滤波器和放大器来解决信号衰减的问题。不过，数据机柜移出安全壳需要改进安全壳电气贯穿件的设计。

4 小结

从棒位探测的原理上分析AP1000棒位系统的半精度和全精度的影响因素，不仅有利于运行维护人员了解系统设备，而且有助于优化系统设计思路，提高系统测量精度。在以后的工作中，我们将重点研究如何提高系统的测量精度以及如何提高系统的可靠性。

参考文献：

[1]张佑杰.一种基于自感式原理的单级线圈控制棒棒位测量传感器[P].2009.

[2]李蔚，吴帆，王峰.AP1000 全数字化仪控系统安全分析[J].电力安全技术，2006（06）：45-46.endprint