一种用于核电站棒控棒位系统的堆顶电缆组件的制作方法

1.本技术属于核电技术领域，具体涉及一种用于核电站棒控棒位系统的堆顶电缆组件。


背景技术：

2.某核电机组最多可以使用121束控制棒，每束控制棒的上端与控制棒驱动机构内部的驱动杆相连接，控制棒驱动机构带动驱动杆及控制棒在反应堆堆芯内上下运动或保持在堆芯的任意高度，从而实现反应堆的功率调节及控制。
3.棒控棒位系统分为控制棒控制系统和控制棒棒位监测系统。
4.控制棒控制系统和控制棒棒位监测系统的供电都是通过棒控棒位系统的堆顶电缆组件实现的。如果堆顶电缆组件出现异常，则会导致控制棒意外落棒、棒位信号丢失等重大后果，使得反应堆功率发生变化，严重威胁着核电机组的安全稳定运行。


技术实现要素：

5.本技术目的是提供一种用于核电站棒控棒位系统的堆顶电缆组件，解决堆顶电缆组件出现异常，导致控制棒意外落棒、棒位信号丢失等重大后果，使得反应堆功率发生变化，严重威胁着核电机组的安全稳定运行的问题。
6.实现本技术目的的技术方案：
7.本技术实施例提供了一种用于核电站棒控棒位系统的堆顶电缆组件，包括：电缆和插头；
8.所述电缆与所述插头焊接，所述插头用于连接所述控制棒控制系统的供电插座和/或控制棒棒位监测系统的供电插座；
9.所述电缆，包括：镀锡软铜导体、绝缘层和耐辐射绕包带；
10.所述镀锡软铜导体为多个；所述绝缘层包裹在每个所述镀锡软铜导体外侧，所述多个镀锡软铜导体成缆绞合形成中心结构；
11.所述耐辐射绕包带包裹在所述中心结构外侧的。
12.可选的，所述电缆，还包括：第一外护套；
13.所述第一外护套挤包所述耐辐射绕包带。
14.可选的，
15.所述绝缘层具体为辐照交联聚烯烃绝缘层，所述第一外护套具体为辐照交联聚烯烃护套；
16.使用光子加速器对聚烯烃进行绝缘辐照交联，通过双层挤塑机将绝缘辐照交联的聚烯烃进行绝缘挤塑，形成所述聚烯烃绝缘层和/或所述辐照交联聚烯烃护套。
17.可选的，所述电缆，还包括：第二外护套；
18.所述第二外护套套设在所述第二外护套的外侧。
19.可选的，
20.所述第二外护套为不锈钢波纹管或不锈钢织套。
21.可选的，所述电缆，还包括：填充条；
22.所述填充条与所述镀锡软铜导体匹配，用于配合所述多个镀锡软铜导体成缆绞合。
23.可选的，所述堆顶电缆组件，还包括：波纹管；
24.所述电缆从所述波纹管中穿过后与所述插头焊接。
25.可选的，所述插头，包括：插头壳体部件、绝缘体部件和螺纹挡圈；
26.所述插头壳体部件为中空结构，所述插头的一端内部安装有绝缘体部件，所述螺纹挡圈用于固定所述绝缘体部件；
27.所述绝缘体部件的第一端面漏出所述插头壳体部件的一端，所述绝缘体部件的第二端面在所述插头壳体部件的内部；
28.所述绝缘体部件内部设置有插针，所述第一端面上设置有透出所述插针的孔；所述电缆从所述插头壳体部件穿过，与所述第二端面焊接使得所述电缆与所述插针连接。
29.可选的，
30.所述电缆与所述第二端面焊接的焊点采用环氧胶灌胶防护。
31.可选的，所述插头，还包括：单压板；
32.所述单压板设置在所述插头壳体部件的另一端，用于固定所述电缆。
33.本技术的有益技术效果在于：
34.(1)本技术提供的一种用于核电站棒控棒位系统的堆顶电缆组件，实现了设计寿命60年，并且能够在反应堆冷却剂泄漏工况、高辐照环境、高温高湿高压环境下执行正常的功能，实现了核电机组运行全寿期内不需更换棒控棒位系统堆顶电缆组件，减少了大量放射性固体废物，在保证核电机组安全稳定运行的前提下有效节约了电站的运行成本。
35.(2)本技术提供的一种用于核电站棒控棒位系统的堆顶电缆组件，护套结构设计为不锈钢波纹管，全方位保护电缆绝缘层，便与连接器进行焊接，提高整体的密封性能
36.(3)本技术提供的一种用于核电站棒控棒位系统的堆顶电缆组件，不含有卤素，具有更优越的环保性能。具有优良的弯曲性能。
附图说明
37.图1为本技术实施例提供的一种用于核电站棒控棒位系统的堆顶电缆组件的结构示意图；
38.图2为本技术实施例提供的一种核电站棒控棒位系统的堆顶电缆组件中电缆的结构示意图；
39.图3为本技术实施例提供的另一种核电站棒控棒位系统的堆顶电缆组件中电缆的结构示意图；
40.图4为本技术实施例提供的一种核电站棒控棒位系统的堆顶电缆组件中插头的结构示意图。
41.图中：
42.1-电缆；11-镀锡软铜导体，12-绝缘层，13-耐辐射绕包带；14-填充条；
43.15-第一外护套；16-第二外护套；
44.2-插头；21-插头壳体部件，22-绝缘体部件，221-接触件，23-螺纹挡圈；
45.24-单压板；25-环氧胶灌胶；
46.3-波纹管。
具体实施方式
47.为了使本领域的技术人员更好地理解本技术，下面将结合本技术实施例中的附图对本技术实施例中的技术方案进行清楚-完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本技术实施例中的一部分，而不是全部。基于本技术记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本技术保护的范围内。
48.为了便于理解，下面首先介绍下控制棒驱动机构和控制棒棒位监测系统的工作原理。
49.控制棒控制系统，用于向位于反应堆堆顶的控制棒驱动机构内部的电磁铁线圈提供时序电流，通过控制棒驱动机构三个电磁铁线圈及两个移动棘爪的相互配合实现控制驱动机构带动控制棒在堆芯内的移动。
50.控制棒棒位监测系统，向位于反应堆堆顶的控制棒棒位传感器供电，接收来自控制棒棒位传感器的棒位信号，并进行处理和显示，监测控制棒在堆芯内的实际位置。
51.具体的，控制棒驱动机构的驱动杆上不同位置布置有磁化区域，控制棒棒位传感器上均匀布置有九个磁感线圈。控制棒棒位传感器安装时将插入控制棒驱动机构的驱动杆内。当控制棒驱动机构带动驱动杆及控制棒在堆芯内上下运动或静止时，控制棒驱动机构驱动杆的磁化区域将与控制棒棒位传感器上的九个磁感线圈产生感应电动势。
52.由于控制棒驱动机构驱动杆的高度发生变化，从而改变了每个线圈的感应电动势。每个线圈根据其感应出的电压，通过控制棒棒位传感器的堆顶电缆组件输送至控制棒棒位监测机柜中，形成控制棒棒位传感器磁感线圈的九个高低电平编码。
53.控制棒在任一位置对应的高低电平编码是唯一的，控制棒棒位监测机柜根据不同的高低电平编码计算显示出控制棒位置，从而实现控制棒在反应堆堆芯内位置高度的监测。由于某核电机组控制棒位置精度高，所以控制棒棒位信号不仅用于控制棒位置的监测，还将直接参与反应堆功率的调节及控制。
54.因为，控制棒驱动机构内电磁铁线圈的供电、控制棒棒位传感器的供电以及棒位传感器磁感线圈感应电压的传输都是通过棒控棒位系统的堆顶电缆组件实现的。如果堆顶电缆组件出现异常则会导致控制棒意外落棒、棒位信号丢失等重大后果，使得反应堆功率发生变化，严重威胁着核电机组的安全稳定运行。
55.目前某核电机组棒控棒位系统的堆顶电缆组件为非安全级设备，设计寿命只有15年，按照核电机组60年寿期计算，需对堆顶电缆组件的电缆至少进行3次更换。由于电缆数量多、价格高、更换工期长，增加了电站生产成本、产生大量放射性固体废物及工作人员的辐照剂量。同时堆顶电缆组件的电缆存在耐辐射性能差、绝缘阻燃性能差等缺点。
56.为此，本技术实施例提供了一种用于核电站棒控棒位系统的堆顶电缆组件，选用的绝缘材料为双层复合有机绝缘材料，内层选用电气性能优的绝缘材料，外层选用阻燃性能较优的绝缘材料，内外层按照一定的比例，采用双层共挤的工艺，既可保证电气性能，又能兼顾阻燃性能，所选材料都具有低烟无卤阻燃特性，以满足核安全局对核电厂电缆提出
的低烟无卤的要求。
57.基于上述内容，为了清楚、详细的说明本技术的上述优点，下面将结合附图对本技术的具体实施方式进行说明。
58.参见图1，该图为本技术实施例提供的一种用于核电站棒控棒位系统的堆顶电缆组件的结构示意图。
59.本技术实施例提供的一种用于核电站棒控棒位系统的堆顶电缆组件，包括：电缆1和插头2；
60.电缆1与插头2焊接，插头2用于连接控制棒控制系统的供电插座和/或控制棒棒位监测系统的供电插座；
61.其中，如图2所示，电缆1，包括：镀锡软铜导体11、绝缘层12和耐辐射绕包带13；
62.镀锡软铜导体11为多个；绝缘层12包裹在每个镀锡软铜导体11外侧，多个镀锡软铜导体11成缆绞合形成中心结构；
63.耐辐射绕包带13包裹在中心结构外侧的。
64.在一个例子中，如图2所示，镀锡软铜导体11有12个，每个镀锡软铜导体11均包裹有绝缘层12。12根镀锡软铜导体11按图2所示结构成缆绞合，形成中心结构；在中心结构侧直接绕包耐辐射绕包带13形成电缆1。
65.在另一个例子中，如图3所示，镀锡软铜导体11有6个，每个镀锡软铜导体11均包裹有绝缘层12。为了实现成缆绞合，在本技术实施例一些可能的实现方式中，如图3所示，电缆1还可以包括：填充条14；填充条14与镀锡软铜导体11匹配，用于配合多个镀锡软铜导体11成缆绞合。
66.则，6根镀锡软铜导体11和1根填充条14按图3所示结构成缆绞合，形成中心结构；在中心结构侧直接绕包耐辐射绕包带13形成电缆1。
67.在实际应用中，镀锡软铜导体11可以通过管绞机、束丝机将镀锡铜丝制成。
68.在本技术实施例一些可能的实现方式中，如图2和图3所示，电缆1，还可以包括：第一外护套15；
69.第一外护套15挤包耐辐射绕包带13。
70.作为一个示例，绝缘层12具体为辐照交联聚烯烃绝缘层，第一外护套15具体为辐照交联聚烯烃护套；
71.使用光子加速器对聚烯烃进行绝缘辐照交联，通过双层挤塑机将绝缘辐照交联的聚烯烃进行绝缘挤塑，形成聚烯烃绝缘层和/或辐照交联聚烯烃护套。
72.在本技术实施例中，所选材料都具有低烟无卤阻燃特性，以满足核安全局对核电厂电缆提出的低烟无卤的要求。并且，绝缘层12和第一外护套15选用的绝缘材料为双层复合有机绝缘材料，内层绝缘层12选用电气性能优的绝缘材料，外层第一外护套15选用阻燃性能较优的绝缘材料，内外层按照一定的比例，采用双层共挤的工艺，既可保证电气性能，又能兼顾阻燃性能。
73.在本技术实施例一些可能的实现方式中，电缆1还可以包括：第二外护套16；
74.第二外护套16套设在第二外护套15的外侧。
75.在一个例子中，第二外护套15为不锈钢波纹管或不锈钢织套。实际应用中，不锈钢波纹管可通过波纹管制造设备制造出，不锈钢织套可使用高速编织机将不锈钢编织丝制
成。
76.在本技术实施例一些可能的实现方式中，如图1所示，堆顶电缆组件，还可以包括：波纹管3；
77.电缆1从波纹管3中穿过后与插头2焊接。
78.可以理解的是，波纹管3与插头2采用套焊的方式密封连接，避免引入密封薄弱环节。波纹管3可以为不锈钢材质。
79.在本技术实施例一些可能的实现方式中，如图4所示，插头2，具体可以包括：插头壳体部件21、绝缘体部件22和螺纹挡圈23；
80.插头壳体部件21为中空结构，插头2的一端内部安装有绝缘体部件22，螺纹挡圈23用于固定绝缘体部件22；
81.绝缘体部件22的第一端面漏出插头壳体部件21的一端，绝缘体部件22的第二端面在插头壳体部件21的内部；
82.绝缘体部件22内部设置有插针，第一端面上设置有透出插针的孔；电缆从插头壳体部件21穿过，与第二端面焊接使得电缆1与插针连接。
83.在实际应用中，电缆1与第二端面焊接的焊点采用环氧胶灌胶防护。
84.在本技术实施例一些可能的实现方式中，如图4所示，插头2，还可以包括：单压板24；
85.单压板24设置在插头壳体部件21的另一端，用于固定电缆1。
86.在具体实施时，如图1所示，将电缆1从波纹管3中穿过，然后旋开插头2的螺纹挡圈23取出绝缘体部件22，将电缆1从插头壳体部件21中穿过。对电缆2进行端头剥线，并与插,2的绝缘体部件22中的接触件221尾部使得电缆1与插针连接焊接，焊接后采用环氧胶灌胶25进行焊点防护。另一端同样的方式处理接线，接线完毕后将绝缘体部件22装入插头壳体部件21中，然后旋紧螺纹挡圈23，将绝缘体部件22固定在插头壳体部件21中。最后使用单压板24压紧电缆1，将插头壳体部件21尾部与波纹管3端头采用焊接的方式连接。
87.经试验验证，本技术实施例提供的一种核电站棒控棒位系统的堆顶电缆组件可以达到如下效果：
88.1)等效60年加速热老化试验：堆顶电缆组件使用寿命为60年，工作温度为90℃，堆顶电缆组件的绝缘层12活化能为126kj/mol，耐辐射绕包带13材料活化能为128.3kj/mol，第一外护套15、第二外护套16活化能为128.9kj/mol。选取活化能最低的材料数据，根据阿伦纽斯方程可推得对应的155℃加速热老化时间为932h，考虑10％裕度后为1026h。
89.2)辐照老化试验：堆顶电缆组件应在空气中经受γ源的辐照，可耐受γ剂量9.89
×
105gy。按某核电机组棒控棒位堆顶电缆组件要求，总的辐照累积剂量为389kgy，试验平均剂量率应不大于1kgy/h。
90.3)热老化和常规辐照老化后性能试验：老化后的堆顶电缆组件应先被伸直，再弯曲成内径不超过电缆外径20倍的线圈，然后线圈应浸于自来水中至少1h，试样应通过交流3150v/mm，5min的耐电压试验，试样应不击穿；老化后样品电缆20℃绝缘电阻应不小于1mω
·
km；电缆完整无开裂现象。
91.4)dba事故辐照老化试验：堆顶电缆组件应在空气中经受γ源的辐照，要求累积剂量546kgy，为了包络其他核电机组辐照剂量的要求，最终dba事故辐照剂量为1811kgy，平均
剂量率应不大于为10kgy/h。
92.5)loca事故工况试验后电性能试验：电缆组件和绝缘线芯按40倍外径成圈，在室温水中浸没1h后，试样应通过交流3150v/mm，5min的耐电压试验，试样应不击穿；试验电压为500v。施加电压的持续时间1min，试验电压施加在每个导体与其他连接在一起接地的导体之间。任何导体的绝缘电阻值应大于1mωkm，在试验的任何阶段，绝缘电阻测试值都应大于1mωkm。
93.上面结合附图和实施例对本技术作了详细说明，但是本技术并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本技术宗旨的前提下作出各种变化。本技术中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。