杨发 杨鹏 胡万有 吴海东
【摘 要】在压水堆核电厂换料大修前必须对装卸料机大车、小车在装卸料期间的安全边界进行验证，尤其是在堆芯区域。原始的边界区域信息是按照电厂提供的建造图纸提供的数据得来的，与实际的数据会有差别，需要根据现场实际测量的数据进行修正。在电厂的实际工作中，已经采用了基于坐标平移法对堆芯边界进行修正的方式，此方法能够降低装卸料机在堆芯磕碰导向柱的风险。基于坐标平移法对压水堆机组堆芯边界进行修正是一种有效方式。
【关键词】坐标平移;压水堆;堆芯慢速区;修正
中图分类号： TU753;P226.3 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）03-0194-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.080
0 前言
在压水堆核电厂卸料和装料工作开始前必须对装卸料机进行功能再鉴定，以保证在换料期间装卸料机具备安全吊装组件的能力[1]。为了保证运动过程中燃料组件的安全，装卸料机中的软件设置了一个安全运行的区域。装卸料机在这个区域以内运行可以保证套筒和燃料组件不会与其他物体发生碰撞。在正常操作时，装卸料机移动至安全区域的边界会自动停止。[2]在实际的建造完成后，堆芯设计坐标数值与实际坐标数值存在一定的差别，因此原始的慢速区与实际要求的慢速区存在差异。两者之间的差别可能导致装卸料机运行到实际的安全边界意外，增大了装卸料机套筒与导向柱碰撞的风险。因此，根据完工后实际情况，对原始的边界区域信息进行修正很有必要。本文以M310机型60万机组为例，介绍基于坐标平移法对堆芯慢速区修正。
1 堆芯的布局
装卸料机的运行区域是以倾翻机垂直位置作为坐标的原点，大车的向后移动方向为X轴的正向，小车向右移动方向为Y轴的正向设立的。小车向左移动的方向定义为0°方向，其他方向以与0°方向顺时针的夹角计算。在原始设计中，堆芯的中心点坐标为（15600，2550）[2.5]（单位为mm，下同）。堆芯的快速区是一个以堆芯中心点为圆心，半径为1050mm的圆形区域。堆芯的慢速区是以堆芯中心点为圆心，内径为1050mm，外径为1350mm的圆环。装卸料机不论从任何方向离开边界，都至少要经过300mm的慢速运行，以保证不会冲出安全区域。堆芯慢速区如图1所示。
2 慢速区的作用
当主提升在全上位的状态下，装卸料机在快速区（图中未标阴影部分）时，大车以正常速度18m/min[3]运行，小车以12m/min[3]的速度运行。在进入慢速区后，大小车的速度降低为1m/min[3]，以防止由于装卸料机司机的疏忽，导致装卸料机的固定套筒碰到导向柱或者水池壁。如堆芯慢速区设置有误，则会增加装卸料机撞击导向柱的风险。
2.1 导向柱的位置
导向柱共有三根，分别位于0°、180°、270°三个方向。导向柱的中心在距离堆芯中心2085mm的圆上。导向柱的半径为81.5mm。[4]
2.2 装卸料机碰撞导向柱的风险
装卸料机在堆芯移动期间，当运行至慢速区时，装卸料机的大、小车速度分别将会从18m/min和12m/min降至1m/min，并在安全区域的边界停止。在距离导向柱最近的三个方向上停止的位置如图2所示。
根据上图可以计算出装卸料机的固定套筒距离为d=2085-1350-554-81.5=99.5mm，即理论上装卸料机从堆芯向边界移动时距离导向柱的最小距离应为99.5mm。
3 慢速区的修正
由于设计时，堆芯的慢速区是按照设计的数据计算得来的。而在实际的建造中，堆芯的坐标和理论坐标不一致，导致设计的慢速区和满足现场实际的慢速区存在差别。如果装卸料机在原设计的慢速区内，但是在实际要求的慢速区以外运行，那么装卸料机碰撞导向柱的风险就会增大。为降低此类事件发生的风险，必须对设计的慢速区进行修正。
4 基于坐标平移法对堆芯慢速区进行修正方法
基本假定：堆芯设计坐标和实际坐标不一致，可认为是坐标发生了平移。假设堆芯中心点得设计坐标是（X1，Y1），实际测量的堆芯中心点坐标是（X2，Y2），那么偏差向量是（X2-X1，Y2-Y1），那么设计坐标为（X，Y）的点的实际坐标应为（X+X2-X1，Y+Y2-Y1）。
假定堆芯的设计坐标是（X1，Y1），实际的堆芯坐标是（X2，Y2），慢速区的内半径为R1，慢速区的外半径为R2。原来设计的慢速区为：（X-X1）2+（Y-Y1）2≥R12，且（X-X1）2+（Y-Y1）2≤R22;实际的慢速区应该为：（X-X2）2+（Y-Y2）2≥R12且（X-X2）2+（Y-Y2）2≤R22。
5 基于坐标平移法对堆芯慢速区进行修正的实例
5.1 修正前与修正后堆芯慢速区的约束不等式
某核电厂的3号机组原设计的堆芯坐标为（15600，2550），建造结束后机组的实际堆芯坐标为（15580.4，2560.5）[1]。偏移向量为（-19.6，10.5）堆芯慢速区内径R1=1050，R2=1350。
原设计的慢速区不等式组为
（X-15600）2+（Y-2550）2≥10502且（X-15600）2+（Y-2550）2≤13502（1）
修正后的不等式組为
（X-15580.4）2+（Y-2560.5）2≥10502且（X-15580.4）2+（Y-2560.5）2≤13502（2）
5.2 对修正前与修正后的碰撞风险分析
在堆芯区域最大的风险是固定套筒碰撞到导向柱，即在A、B、C三个点的风险最大。对于不等式组（1），令X=15600可得（Y-2550）2≥10502且（Y-2550）2≤13502求得1200≤Y≤1500或3600≤Y≤3900，即装卸料机靠近A导向柱的极限位置为（15600，1200）。同理可求得装卸料机靠近B、C三个方向移动的极限坐标为（16950，2550），（15600，3900）。修正后装卸料机大小车向A′、B′、C′三个方向的移动极限坐标为A′（15580.4，1210.5），B′（16930.4，2560.5），C′（15580.4，3910.5）。
将修正前的A点（1200，15600）在修正后的坐标为（1200-19.6，15600+10.5）=（1180.4，15610.5）的坐标带入到不等式组（2）中，发现
（Y-2560.5）2+（X-15580.4）2=（1180.4-2560.5）2+（15610.5-15580.4）2=1905582.02>1822500=13502，即点A在修正后的慢速区之外。
5.3 修正前后装卸料机与导向柱距离对比
堆芯实际的中心坐标为（15580.4，2560.5），由于导向柱与堆芯中心坐标相对位置不变，可以计算出三个导向柱中心的坐标分别为A（15580.4，475.5），B（17665.4，2560.5），C（15580.4，4645.5）。在实际的验证中，操作员控制装卸料机从堆芯的中心（15580.4，2560.5）以高速分别向靠近A、B、C三个导向柱的位置（堆芯坐标G13，堆芯坐标A7，堆芯坐标G1），如图3所示。
修正前装卸料机碰撞风险最大的是导向柱B，最小距离只有83.7mm，甚至小于设计的99.5mm。修正后，装卸料机碰撞风险做大的是导向柱C，但最小距离为100.4mm。与修正前相比，装卸料机停止时与导向柱的距离提高了16.7mm，降低了装卸料机撞击导向柱的风险。
6 结论
基于坐标平移法对压水堆核电厂堆芯慢速区进行修正，能够调整装卸料机自动运行停止时与导向柱的距离，使得三者中最小的距离能够增大，降低了装卸料机在高速状态下撞击导向柱的风险。
【参考文献】
[1]郑福亮，周金保，莫晓蔚，等.3/4号机组装卸料前PMC系统试验与检查.
[2]PAR NUCLEAR.SPEC;RFM SECURE BOUDARY ZONE，QINSHAN UNITS 3，4.
[3]PAR NUCLEAR.秦山核电二期扩建工程3、4好机组装卸料机操作手册.
[4]中国核动力研究设计院.反应堆压力容器顶盖图纸.
