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中国核动力院AP1000控制棒驱动线抗震试验纪实

   2013-04-09 中国核电网60
“全体试验人员注意!SSE(安全停堆地震)地震试验开始!”

  AP1000反应堆控制棒驱动线抗震试验现场,现场总指挥孙磊果断地下达了试验指令。

  顿时,“地震”袭来,孙磊感受到了脚底下大功率作动器所传递来的能量。AP1000控制棒驱动线试验件在他眼前不停晃动,似乎要被这突袭的地震撕裂开。

  2月26日,四川成都,在中国核动力研究设计院力学试验大厅,现场观摩的领导和专家凝神屏气,目光都投射在竖立在试验井架内的控制棒驱动线上。

  晃动30秒,短暂而又漫长。每1秒都被分割成无数晃动的画面,在孙磊眼前流动。

  30秒之后,现场鸦雀无声。“位移响应正常”、“加速度响应正常”、“落棒成功”……试验数据监控人员相继传来的报告声,刺破了现场的沉静。所有的监控数据表明:试验装置完全模拟了预先设定的SSE地震——烈度相当于10度以上地震。

  在确认一切数据正常后,孙磊紧张的心终于平静下来,并大声宣布“试验成功!”。

  雷鸣般的掌声爆发。大家纷纷起立,紧绷的脸上绽开了笑容——共同见证了这个影响我国三代核电技术应用的重要时刻。这是让人舒心与自豪的一刻,也为核动力院AP1000控制棒驱动线抗震试验画上了圆满的句号。

  赢得试验合同

  此前,对引进的AP1000技术文件进行审核时,国家核安全局发现AP1000控制棒驱动线没有经过地震试验的鉴定。AP1000技术拥有者西屋公司认为AP1000控制棒驱动线采用成熟技术,无需进行地震试验鉴定。但控制棒驱动线的抗震性能是反应堆在地震来临时能够实现安全停堆的关键所在。于是,AP1000控制棒驱动线抗震性能进行试验,不仅受到了核安全局高度重视,也成为了三门、海阳核电站取得运行许可证的先决条件之一。

  当时,在国内开展过控制棒驱动线抗震鉴定试验的只有中国核动力院和中国水利科学研究院。此项任务最终会花落谁家呢?

  中国核动力院虽拥有国内唯一的、专为控制棒驱动线抗震试验设计建造的竖井多点激励地震试验装置,以及有完成了秦山二期和中国试验快堆的控制棒驱动线抗震鉴定任务良好业绩,但也不敢掉以轻心。对对竖井试验装置能否顺利施加垂向地震载荷提出的质疑,更是小心论证,专门成立了以核级设备鉴定中心主任李朋洲为首的方案论证小组,对试验装置考察组调研时提出的如何有效施加垂向地震载荷等课题进行攻关。经过两个月努力,现有试验装置加装垂向作动器的可行性得到详细论证,并且设计满足苛刻试验要求的试验台架的可行性也利用数值仿真手段得到了证明。

  功夫不负有心人。在8月19日试验方案专家审查会上,竖井多点激励抗震试验方案优越性赢得了专家认可。最终在2011年12月11日签订了试验合同。

  方案顺利通过

  AP1000核电技术对设备抗震性能的要求超越了以往任何的商用反应堆堆型。此次抗震鉴定试验要求在竖井试验装置上首次采用绝对位移控制方式,首次采用双向同时地震激励,并且伴有很大的加速度值以及较高截止频率——如此苛刻的试验要求在世界范围内都无先例可循。时间要求也很近,试验必须在2013年4月前完成,试验方案专家审查会安排在2012年3月召开。距正式合同签订,不到三个月。这短短的三个月时间内,需要完成竖井装置改造设计、双向激励解耦问题研究、载荷论证、试验台架设计等众多技术难题。

  如此高的技术难度和试验进度压力,谁来担当?任务落到了鉴定中心的主力单位二所力学室肩上。但该室承担着众多的驱动线抗震鉴定试验任务,且每个都有刚性进度节点。为此,力学室主任李锡华、副主任孙磊充分挖掘每个时间节点利用率,重排进度,终于解决了档期问题。

  档期排定,各项课题研究紧锣密鼓开始了。鉴定中心大胆创新,制定了以虚拟仿真技术辅助试验的技术路线,充分利用虚拟仿真来模拟真实的试验工况。

  经过大家共同努力,课题攻关捷报频传。在技术负责人李天勇带领下,系统改造组完成了竖井多点激励装置液压系统和控制系统的改造设计方案;数值仿真组利用有限元仿真模型模拟试验过程,通过数值优化方法设计出满足多方面苛刻要求的试验台架主要参数,还精细设计了地震载荷处理方法……

  2012年3月16日,抗震试验方案专家审查会上,项目组用令人信服的方案和数据解答了与会专家的疑问,试验方案顺利通过。

  试验一次成功

  试验方案审查后,竖井试验装置改造、试验台架的加工、抗震试验规程编制以及跑合试验等工作,便如火如荼地开始了。2013年新年前夕,进入到最后的试验台架与多点激励作动器联合调试阶段——检验装置的可靠性与试验台架设计合理性。新改造的试验装置采用了国外最新的控制系统,试验所需的控制方法需依靠国外专家进行培训。然而,外国专家却因故无法在联合调试阶段提供培训和技术支持服务。

  为了试验的顺利开展,课题负责人杜建勇承接起了调试控制任务。他将自己泡在数百页的控制系统英文说明书里,借鉴以往大型地震台的控制经验以及试验台架耦合效应仿真结果,研究总结出了适合此次试验的耦合控制方法。

  2013年1月5日,联合调试正式开始。随着控制指令的输入,试验台架在多个作动器下按照预期的载荷作双向联合运动,监测数据表明:LLSE(低水平地震)地震模拟成功。

  真正的大考是SSE地震。SSE地震载荷已经达到了作动器与试验台架的最大承载能力。这是大家最担心的环节。尽管项目组做了最大的努力,从各方面确保调试的成功,但面对如此大的载荷,大家仍然忐忑。当试验台架经历过一番惊心动魄的晃动后,试验台架和监测数据一切正常,SSE地震得到完美模拟。

  联合调试成功后,AP1000控制棒驱动线被正式装入试验台架,并开展了相关的附加试验以及调试工作。2月25日,所有工作准备就绪。26日上午10点,鉴定试验正式开始。5次LLSE地震和1次SSE地震试验均成功实现。AP1000控制棒驱动线抗震鉴定试验在大家热烈的掌声中圆满结束。(乔红威)
 
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