一种压水堆燃料组件上管座堆内位置测量方法,本论文主要论述了压水堆论文范文相关的参考文献,对您的论文写作有参考作用。
压水堆论文参考文献：
【摘 要】介绍了压水堆燃料组件上管座堆内位置测量的目的,阐述了堆内位置测量系统的方法和原理,分析了其测量精度和改进方法,为设备研发和改进提供参考.
【Abstract】The purpose of measuring the internal reactor position of the top nozzle of a pressurized water reactor fuel assembly is introduced, and the paper expounds the method and principle of the position measurement system in the reactor, analyzes its measuring accuracy and improvement method, and provides reference for the research and improvement of the equipment.
【关键词】压水堆；燃料组件；上管座；测量
【Keywords】pressurized water reactor； fuel assembly； top nozzle； measurement
【中图分类号】TP391.7 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）07-0183-02
1 引言
2008至2009年间,法国核电站先后发生3次燃料组件和上部堆内构件粘连的事件,反应堆大修换料前,起吊上部堆内构件时,受粘连的燃料组件随上部构件一起,从堆芯内被抽起.事件存在着较大燃料组件损伤的风险,其处理过程极其困难和复杂,并造成大修工期的大量延误.为避免发生类似事件,法国核电站在反应堆装料后对堆内所有燃料组件上管座的定位情况进行测量,确保燃料组件上管座不会过度偏离理论位置.
本文对燃料组件的上管座堆内位置测量的目的和方法进行探讨.
2 上管座堆内位置测量的目的
在核电压水反应堆中,燃料组件处于堆芯下栅格板和上部堆内构件之间,燃料组件的下管座通过堆芯下栅格板的定位销钉进行定位,组件下管座之间的间隙约为1mm,而燃料组件上管座则通过上部堆内构件下部的堆芯上栅格板定位销钉进行定位,上管座之间的理论间隙为1.5mm.装料期间,上部构件被移走,装入堆芯的燃料组件仅下管座被堆芯下栅格板固定,而上管座处于自由状态.辐照后的燃料组件存在一定的变形,导致堆芯燃料组件的上管座往往偏离了理论位置,根据计算,单方向最大可能偏移22.5mm.如果上管座偏离过大,安装上部构件时,堆芯上栅格板定位销可能无法顺利进入燃料组件上管座的导向销孔.
燃料组件上管座包含2个导向销孔（S孔）和一个定位销孔,S孔的直径为22.3mm.上部堆内构件的堆芯上栅格板定位销将插入2个S孔中,根据理论分析和实际测试,当燃料组件上管座偏离理论位置（即堆芯上栅格板定位销中心线）超过8.5mm时,定位销将无法顺利进入S孔.
由于上部构件重量很大,在燃料组件上管座偏离理论位置大于8.5mm的情况下,堆芯上栅格板定位销将和燃料组件上管座S孔发生干涉和挤压,造成S孔和定位销受损.在反应堆内高温高压作用下,二者的受损部位可能相互融合,最终“焊接”在一起.为了避免这种情况的发生,在上部构件安装前,必须确保堆内所有燃料组件的上管座和理论位置的偏差不超过一定的限值.
3 上管座堆内位置测量的方法
堆内燃料组件上管座位置测量需要使用耐辐照的水下摄像机,拍摄燃料组件上管座的图像,通过对图像进行测量、分析,最终得出测量结果.
3.1系统构成
该系统一般由高耐辐照定焦水下摄像机、控制系统和测量软件组成.换料机抓取水下摄像装置,在堆芯燃料组件上方移动,对每一组燃料组件上管座进行拍摄,视频图像传输至水池上方的工控机.工控机中的测量软件从视频图形中获取上管座的位置信息,并从换料机获取摄像机位置数据,从而计算出燃料组件上管座的实际位置,再和理论位置进行比较,得出上管座的位置偏差.
3.2 测量方法和原理
在测量开始前,需要对测量系统进行标定,包括：①图像标定；②参照点标定.
图像标定目的是确定监视器视频中图像的像素尺寸和物体实际尺寸的比例,为了标定的准确性,一般选取尺寸较大、边缘清晰的目标,比如燃料组件上管座、板簧和S孔等实际尺寸已知的目标.标定前,需要调整摄像机和上管座的距离,使视频图像中能够得到完整清晰燃料组件上管座图像；图像标定完成后,整个测量过程中不允许调整摄像装置和燃料组件之间的距离.
零点标定是为了确定摄像机图像零点,即确定视频图像坐标原点和换料机坐标的对应关系,一般取堆芯边缘围板夹角处作为零点标定参考点.移动换料机,将水下摄像机定位至标定参考点上方.测量软件在视频图像上叠加显示正方形光标,用于标记图像中燃料组件上管座的位置.將光标移动至和参考组件上管座边缘完全重合,即可进行零点标定.
完成标定后,移动换料机和水下摄像机,依次拍摄堆芯所有燃料组件上管座,用光标标记上管座的位置,即可得出上管座的实际位置坐标.以图为例,X、Y为换料机大车和小车的坐标系,x,y为摄像机视频图像的坐标系,其零点为图像左上角A.通过零点标定,可确定视频图像零点A在换料机坐标系中的坐标（X0,Y0）,将其标定为换料机的大车和小车实际坐标.当摄像机移动到待测组件上方后,从换料机上读取大车和小车坐标,即为图像零点的坐标（X1,Y1）.用光标标记待测组件上管座,根据光标所在像素位置,以及图像标定的结果,测量软件可计算出待测组件上管座在视频图像坐标系中的坐标（xn,yn）.考虑到组件上管座尺寸为213.5mm×213.5mm,于是,待测组件上管座中心点的实际坐标为（X1+xn+106.75, Y1+yn+106.75）.
换料机坐标系中,堆内燃料组件中心点的理论坐标是已知的,将理论坐标输入到测量软件中,即可得到待测组件上管座在X和Y方向上的定位偏差和.于是,待测组件上管座综合定位偏差为：
3.3 测量结果输出
在完成堆芯全部燃料组件的测量后,上管座堆内位置测量系统的测量软件将生成一份堆芯上管座定位图和定位偏差列表,并自动筛选出测量结果超标的燃料组件上管座.
4 上管座堆内位置测量系统的误差分析
系统测量精度和水下摄像机和上管座的距离、摄像机的像素和分辨率有关.摄像机和上管座越近,摄像机像素和分辨率越高,每一个像元代表的实际距离越小,精度越高,而且上管座在视频图像中显示越大,上管座边缘识别越准确.以213.5mm×213.5mm的上管座占成像面积的90%计算,1/3英寸传感器,9mm定焦镜头,在未细分像素的情况下,每一像元代表实际距离为0.4mm,通过4细分模块后,每一个亚像元代表的实际距离为0.1mm.
系统误差还和零点标定精度、测量光标定位精度有关.零点标定误差将导致所有上管座偏差测量数据产生整体偏差.测量光标定位产生随机误差,假设用户测量误差为3～5个亚像元,则系统测量精度为0.3～0.5mm.为提高标定和定位精度,可采用智能识别技术,根据上管座的特征部件,首先由测量软件自动识别和定位测量光标,然后由用户进行微调.智能识别可显著提高测量效率.
实际使用中,堆芯水流扰动、换料机伸缩套筒低频晃动、燃料组件周围温度分布不均、水下光照度和光线角度等因素都会对测量精度造成影响,应采取技术手段尽量消除这些不利影响.
5 结论
上管座堆内位置测量系统,提供了一种测量核电反应堆中燃料组件上管座定位偏差的可行方法,对及时识别和处理定位超差组件,避免上部堆内构件和燃料组件上管座干涉有着重要的意义.该系统可直接利用在核电站普遍使用的高耐辐照水下摄像机,和换料机配合使用,从换料机获取理论坐标和实际坐标,系统简单,设计巧妙,操作简便.提高图像分辨率、增加软件图像抗干扰处理、改善软件智能识别,有助于提高测量精度和测量效率.
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