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Reaktorkern

RodPilot:Die Steuerstabsteuerungkommt im 21. Jahrhundert an

– Höhere Betriebssicherheit und Verfügbarkeit,mehr Information und Bedienkomfort

Clemens Baron, Erlangen

Areva hat ihr neues digitales Steu-erstabsteuerungssystem RodPilot®er-folgreich eingeführt: Nach mehrjährigerEntwicklung und Qualifizierung sowieTests auf Versuchsanlagen war das Sys-tem bereit für den weltweiten Einsatz inKernkraftwerken mit Druckwasserreak-toren. Der südafrikanische Betreiber Es-kom hat sich daher bei der Modernisie-rung der Reaktorregelung seines Kern-kraftwerks Koeberg für Areva und Rod-Pilot entschieden. Nach der Implemen-tierung von RodPilot ging Anfang April2009 der erste von 2 Blöcken wiederreibungslos in Betrieb. Vor allem denBetreibern älterer Reaktoren eröffnetRodPilot ein deutliches Plus an Be-triebssicherheit, Verfügbarkeit, Informa-tion und Bedienkomfort in der Reaktor-steuerung.

Das erste RodPilot®-Manöver in Koe-

berg Block 1 (DWR, Südafrika, sieheBild 1) schien alles andere als spektakulär:Kaum mehr als eine Minute – so kurz, wienie zuvor – dauerte es, sämtliche Steuerstäbeder Anlage zur Regulierung der Reaktorleis-tung 5 Schritte aus dem Kern herauszufah-ren. Experten jedoch erkennen darin dendeutlichen Gewinn an Komfort, den dasneue Produkt von Areva mit sich bringt.

Vergleichbar schnell gestaltete sich dasGesamtprojekt in Südafrika. Der Austauschder Elektro- und Leittechnik im Block 1 vonEskoms Kernkraftwerk Koeberg mit einemFramatome-Reaktor der 900-MWe-Bauliniegelang in der Rekordzeit von nur 2 Jahren.Ein ausschlaggebender Fakt war neben derTechnik vor allem die gute und konstruktiveZusammenarbeit aller Beteiligten.

RodPilot – ein neues Produkt für die

Steuerstabsteuerung

RodPilot ist ein digitales Steuerstab-steuerungssystem für Druckwasserreaktoren,das für alle Steuerelementantriebe mit Drei-spulen-Prinzip entwickelt wurde. Es vereinterstmals Leistungs- und Steuerteil in einerkompakten Einheit, die gegenüber altherge-brachten Lösungen eine deutlich geringereAufstellfläche beansprucht. In Koeberg zum

Beispiel beträgt die Platzersparnis rund 30 %gegenüber der ursprünglich eingebautenTechnologie.

Areva sieht in der neuen Technik eineSchlüsselkomponente für das Vorhaben vie-ler Kernkraftwerksbetreiber, Betriebssicher-heit, Laufzeit und Verfügbarkeit sowie denBedienkomfort älterer Reaktoren zu erhöhen.Viele der weltweit am Netz befindlichenDruckwasserreaktoren kommen nach Her-stellerangaben als potenzielle Nutznießer desSystems infrage. Dieses wird in 2 Variantenangeboten: als RodPilot-10 für die neuesteReaktorgeneration EPRTM und deutscheKraftwerke sowie als RodPilot-40 für franzö-sische und sonstige Kernkraftwerke, abhän-gig von den jeweils installierten Steuerstäben.

Wie arbeitet RodPilot?

RodPilot ist Steuerungs- und Leistungs-system zugleich und wurde speziell für diegängigsten Arten von Steuerelementantrie-ben ausgelegt. Das System koordiniert dieStröme in den 3 Spulen in einer Sequenz,sodass sich der Steuerstab in den Kern hin-ein- bzw. herausbewegt. Somit ist RodPilotdie Schnittstelle zwischen der Leittechnik,welche die Sollwerte vorgibt, und der Me-chanik, welche letztendlich die Bewegungder Steuerstäbe ausführt. Dabei werden dieSteuerung der Ströme und die Überwachungder Ströme unabhängig voneinander ge-währleistet. Diese Unabhängigkeit ermög-licht es, Fehler frühzeitig zu erkennen undzu signalisieren, gegebenenfalls ohne denBetrieb zu stören.

Im Vergleich zu den Vorgängersyste-men wie ELSTABE oder SSPE zeichnetsich RodPilot vor allem durch die einfache

und sichere Bedienung sowie eine schnellereReaktion im Fehlerfall aus. Des Weiteren istdie Möglichkeit, in späteren Jahren Hardwareunter Beibehaltung der implementiertenFunktionen zu tauschen, bereits ins Designeingeflossen. Dadurch ist eine langfristigeVerfügbarkeit von Ersatzteilen gewährleistet.

Auch zur Erhöhung der Reaktorsicher-heit trägt der RodPilot bei. In Ergänzungzur „üblichen“ Reaktorschnellabschaltung(RESA) durch Unterbrechung der Strömemittels der Trip Breaker bietet RodPilot nochdie Möglichkeit einer Schnellabschaltungohne deren Aktivierung. Diese Funktion er-höht vor allem in älteren Kraftwerken dieAbschaltsicherheit im RESA-Fall und warfür Eskom ein wesentlicher Grund, sichfür die Nachrüstung mit RodPilot zu ent-scheiden.

Modularer Aufbau

RodPilot ist modular aufgebaut; somitwerden von jedem Modul dedizierte Funk-tionen übernommen. Ein Schrank steuertbis zu 4 Stäbe (Rod-Units). Eine Rod-Unitbesteht im Wesentlichen aus 3 Coil-Modu-len, die den Strom in jeder Spule sepa-rat steuern, und der Rod-Control-Unit, wel-che die 3 Coil-Module koordiniert und über-wacht. Zusätzlich gibt es im RodPilot-10 4Contactor-Module. Diese sind elektrischauf der Leistungsseite in einer 2- von 4-Schaltung verknüpft und öffnen sich gesteu-ert vom Reaktorschutz. Ferner sind noch 2redundante 24-Volt-Netzteile für die Eigen-versorgung installiert. Alle Logikkartensind in einem 19-Zoll-Baugruppenträgeruntergebracht, der nicht per Wire-Wrap,sondern über eine Multi-Layer-Platine

Anschrift des Verfassers:

Clemens Baron

AREVA NP GmbH

Paul-Gossen-Str. 100

91052 Erlangen

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„verdrahtet“ ist. Optional kann ein Überwa-chungssystem ergänzt werden, das jede Be-wegung der Steuerstäbe aufzeichnet, mitReferenzwerten abgleicht und periodischabspeichert. Untergebracht sind die Modu-le in einem kompakten Schaltschrank(Bild 2).

Wesentliche Vorteile von RodPilot

Die Schnittstellen von RodPilot sindadaptiv zu allen etablierten Lösungen derLeittechnik und Mechanik vorbereitet. SeinSystemaufbau eröffnet eine vergleichsweisegroße Flexibilität, spezifische Konfigura-tionsanforderungen zu erfüllen: alle Koe-

berg-spezifischen systemtechnischen Anfor-derungen, die in Zusammenarbeit mit demEngineering-Bereich von Eskom erarbeitwurden, konnten in der anschließenden De-sign-Phase umgesetzt werden. Die einge-setzten Komponenten entstammen zum Teildem TELEPERM XS-Portfolio von Areva,der andere Teil wurde spezifisch entwickelt.Dabei wurde auf strikte Modularität geach-tet. Dies und standardisierte digitale Schnitt-stellen gewährleisten den Einsatz und dieVerfügbarkeit von Ersatzteilen über einenlangen Zeitraum hinaus.

Doch nicht nur an die Zukunft, auch andie Gegenwart wurde gedacht: So ist dasMessen der Ströme mit kalibrierten Messin-strumenten jetzt ohne das Lösen eines einzi-gen Drahtes möglich. Der Wechsel einzelnerModule ist per „Plug and Play“ im laufen-den Betrieb ohne Freischaltungen durch-führbar; dies verkürzt eventuelle Reparatur-zeiten erheblich. Das umgesetzte Prinzip derEinzelstab-Steuerung erlaubt eine freie Kon-figuration und Zuordnung der Steuerstäbe zuBänken bzw. Bankgruppen. Durch das neueStromregelprinzip und der verbesserten Lo-gik kann der Strom noch feiner gesteuertwerden, was den Verschleiß an den Klin-keneinheiten weiter verringert.

Neues und Altes im Blick

Bei der Entwicklung der digitalen Steu-erstabsteuerungstechnik verfolgte Areva

mehrere Ziele: Zum einen sollten innovativeLösungen für die Hochleistungs-Druckwas-serreaktoren der Generation III+ wie denEPRTM geschaffen werden, zum anderenaber auch ein Produkt für die wachsendenHerausforderungen beim Erhalt der Leis-tungsfähigkeit älterer Reaktoren zur Verfü-gung gestellt werden.

Die etablierten Steuerstabsteuerungs-systeme wie ELSTABE oder SSPE wurdenvor mehr als 30 Jahren auf den Markt ge-bracht. Jedoch nimmt die Verfügbarkeitvon Ersatzteilen für diese Technik drastischab. Vom Fortschritt moderner Lösungen inder Leittechnik können die althergebrachtenSteuerstabsteuerungen außerdem bauartbe-dingt nur wenig profitieren. Bei RodPilotwurde daher während der Entwicklung spe-ziell auf diese Möglichkeiten viel Wert ge-legt: Durch seine modulare Architektur bie-tet das System Optionen zum Nachrüstenvon Bauteilen: Künftig muss nicht mehr dasgesamte System getauscht werden, um dieSteuerstabsteuerung auf der Höhe des tech-nischen Fortschritts zu halten. Beide RodPi-lot-Systeme (10 und 40) nutzen zudem zu90 % identische Komponenten; das machtein mögliches Nachentwickeln von Ersatz-teilen besonders wirtschaftlich.

Eine Kernvorgabe für die Entwicklungvon RodPilot war die Einsatzmöglichkeit inverschiedenen Reaktoren unterschiedlicherHersteller. Das neue System sollte in Reak-toren der neuesten Generation III+ (EPRTM)zuverlässig arbeiten, aber auch in bereitsexistierenden Siemens/KWU- und Framato-

me-Kernkraftwerken sowie in Reaktorenweiterer Hersteller, in denen die Steuerstäbenach dem magnetischen 3-Spulen-Prinzipbewegt werden. RodPilot sollte einfach zuinstallieren, in Betrieb zu nehmen und zu

bedienen sein. All diese Anforderungen wa-ren ohne den Einsatz von Prozessoren undSoftware zu realisieren. Trotzdem sollteRodPilot besonders flexibel einsetzbar seinund dabei höchste Ansprüche an die Zuver-lässigkeit erfüllen. Erstmalig sollte bereitswährend der Entwicklung der Einbau bzw.das Nachrüsten einer automatischen Online-Überwachung der Steuerelementantriebe be-rücksichtigt werden.

Das Konzept von RodPilot basiert aufder Erfahrung, die mit ELSTABE gesam-melt wurde. Es wurde mit den internationa-len Anforderungen an die Reaktorleittech-nik des 21. Jahrhunderts komplettiert. Da-bei wurde das System gezielt optimiert fürsein Zusammenwirken mit neuen Techno-logien wie TELEPERM XS und modernerLeitungselektronik. Hinzu kommt eine gan-ze Reihe von Detailverbesserungen.

Bei Neubauten bereits Standard

In einer Reihe von Reaktorneubautenüberall auf der Welt ist RodPilot das Systemder Wahl für die digitale Steuerstabsteue-rung. Referenzen sind die EPRTM-ProjekteOlkiluoto 3 (Finnland), Flamanville 3

(Frankreich), Taishan 1 und Taishan 2 (Chi-na) sowie die chinesischen NeubauprojekteLing Ao 3 und Ling Ao 4.

Zum Einsatz kommt das System bereitsim Kernkraftwerk Koeberg Block 1 des süd-afrikanischen Betreibers ESKOM. Bis zumAbschluss des Austausches der Steuerstab-steuerung in Block 2 im Oktober 2009 hatRodPilot in Block 1 bereits mehrere hun-derttausend Schritte ausgeführt. Vor allemdas Bedienpersonal von Block 1 zeigt sichsehr zufrieden über die einfache Handha-bung und die wesentlich verbesserten Infor-mationen sowie die Betriebssicherheit. Seitseiner Inbetriebnahme arbeitet das Systemohne Probleme zur vollen Zufriedenheit desBetreibers.

Bild 1: Das Kernkraftwerk Koeberg in Südafrika mit

2 900-MW-Druckwasserreaktorblöcken (Foto: Eskom)

Bild 2: RoadPilot-Schaltschränke (Foto: Areva)

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