何明智

（核電秦山聯(lián)營有限公司，浙江 海鹽 314300）

秦山第二核電廠燃料組件運行經(jīng)驗

何明智

（核電秦山聯(lián)營有限公司，浙江 海鹽 314300）

本文介紹秦山第二核電廠（QSⅡ）使用的AFA2G / AFA3G 17×17型燃料組件的制造質(zhì)量控制、換料大修燃料管理、已輻照燃料組件檢查、運行燃料組件完整性跟蹤、乏燃料貯存等燃料組件運行經(jīng)驗。秦山第二核電廠通過一系列嚴(yán)格的燃料管理和遵循運行技術(shù)規(guī)格書運行燃料組件，到目前為止，已經(jīng)入堆運行的600組燃料組件沒有一組發(fā)生破損，一直保持“零破損堆芯”的良好業(yè)績。

核電廠；燃料組件；燃料管理；運行經(jīng)驗

1 燃料組件制造質(zhì)量控制

1.1 原材料控制

Q SⅡ燃料組件及其相關(guān)組件使用的原材料、零部件（除UF6原料和氦氣外）全部從國外進口。原材料及零部件規(guī)格及其版本由設(shè)計院和QSⅡ提出，并經(jīng)過QSⅡ、設(shè)計院、制造廠和國外供貨商共同確認(rèn)生效后執(zhí)行。

原材料和零部件出廠前，制造廠、QSⅡ聯(lián)合派代表進行源地驗收，源地驗收合格后才能裝船發(fā)貨。到貨后，制造廠還要組織進行到貨驗收，到貨驗收合格后方可放行用于燃料組件生產(chǎn)。

1.2 監(jiān)造

1.2.1 監(jiān)造必要性

在壓水堆核電廠，燃料組件不僅價值昂貴，更重要的是燃料組件燃料棒包殼還承擔(dān)了核電廠第一道安全屏障的重要作用。產(chǎn)品質(zhì)量好壞直接影響到核電廠安全運行，而產(chǎn)品質(zhì)量是制造過程形成的（質(zhì)量是生產(chǎn)出來的），因此核電廠必須對燃料組件的制造質(zhì)量狀況進行有效控制，做到心中有數(shù)。通過派燃料管理專業(yè)技術(shù)人員在燃料組件制造現(xiàn)場進行監(jiān)造是做到心中有數(shù)最有效的方式。駐廠監(jiān)造的必要性如下:

（1）HAD003/03《核電廠物項和服務(wù)采購中的質(zhì)量保證》的第2章“采購計劃的制訂”中規(guī)定，采購計劃必須包括“由買方進行的驗證活動”。第7章“買方的驗證活動”中規(guī)定了源地驗證、收貨檢查和服務(wù)驗證三種驗證方法。其中，“由買方指定的代表履行的源地驗證”就是通常講的設(shè)備制造監(jiān)督（監(jiān)造）；

（2）能夠?qū)χ圃鞆S質(zhì)量管理工作起到很好的促進作用。有駐廠代表在現(xiàn)場監(jiān)造，制造廠在產(chǎn)品制造過程各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制會更加嚴(yán)格；

（3）發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量缺陷和不符合項能夠得到及時有效的處理；

（4）駐廠代表通過對制造廠質(zhì)量控制文件審查（R點）、實物抽查見證（W點/H點），實現(xiàn)了對其質(zhì)量控制過程真實有效的驗證；

（5）對制造廠質(zhì)保體系的有效運作也起到了積極推動作用。

1.2.2 監(jiān)造適用文件

采購合同；

燃料組件制造質(zhì)量保證大綱（制造廠）；

燃料組件制造質(zhì)量計劃；

IP/FUL/040，核燃料組件制造質(zhì)量監(jiān)督；

燃料組件制造適用圖紙；

燃料組件制造適用技術(shù)條件；

AFA 2G/ AFA 3G 17×17型燃料組件適用制造工藝技術(shù)文件目錄；

工藝、產(chǎn)品合格性鑒定大綱。

1.2.3 監(jiān)造代表及其工作職責(zé)

從1998年1號、2號機組初始堆芯燃料組件及其相關(guān)組件開始制造起，QSⅡ就在制造廠設(shè)立了駐廠代表辦公室，只要有QSⅡ合同產(chǎn)品制造，始終派2名有經(jīng)驗的燃料管理技術(shù)人員（電站1人，設(shè)計院1人）擔(dān)任駐廠代表進駐制造廠進行監(jiān)造，其工作職責(zé)如下:

最終報告審查（R/H點）；

實物見證（W/H點)；

零部件、產(chǎn)品放行；

合格性鑒定與再鑒定監(jiān)督見證（R/W點)；

參與不符合項處理；

日常工藝監(jiān)督；

里程碑確認(rèn)；

參加監(jiān)造工作專題周會；

發(fā)出質(zhì)量缺陷報告和問題通知單；

組織燃料組件包裝裝箱監(jiān)督見證；

向總部提交監(jiān)造周報和月報（監(jiān)造工作總結(jié)）。

1.3 燃料組件驗收

燃料組件制造完成后，制造廠按《出廠驗收大綱》組織出廠驗收（廠級），QSⅡ和設(shè)計院派代表參加。驗收包括出廠文件驗收、實物抽查和技術(shù)驗收。驗收合格后，雙方簽署出廠驗收紀(jì)要。

燃料組件運抵電站現(xiàn)場后，由QSⅡ根據(jù)《到貨驗收大綱》組織到貨驗收。到貨驗收包括出廠質(zhì)量證明文件驗收、燃料組件開箱檢查等，到貨驗收合格后，雙方簽署合同產(chǎn)品交接手續(xù)。

2 換料大修燃料組件管理

2.1 燃料準(zhǔn)備（編制燃料組件移動方案）

每次換料大修前，根據(jù)電站《換料大綱》和《換料堆芯裝載計劃》，編制下列燃料組件移動方案，這些方案經(jīng)主管副廠長批準(zhǔn)后生效，為換料大修燃料組件操作提供了完整的燃料移動和貯存依據(jù)。這些文件是:

（1）《新燃料接收移動和貯存規(guī)定》及其移動單

該文件規(guī)定每一組新燃料組件在到貨驗收后在燃料廠房乏燃料水池或新燃料貯存格架貯存位置和貯存布置圖。

（2）《堆芯卸料移動和貯存規(guī)定》/《RX/ KX堆芯卸料燃料組件移動單》

該文件規(guī)定換料大修堆芯卸料步序、每一步卸料抓取燃料組件的堆芯坐標(biāo)位置、卸到燃料廠房乏燃料水池的坐標(biāo)位置和卸料前后堆芯和乏燃料水池燃料組件貯存布置圖等。

（3）《相關(guān)組件倒換規(guī)定》/《相關(guān)組件倒換移動單》

該文件規(guī)定換料大修卸料后在乏燃料水池進行相關(guān)組件倒換時的倒換順序、在乏燃料水池抓取相關(guān)組件坐標(biāo)位置和配插相關(guān)組件坐標(biāo)位置，以及相關(guān)組件倒換前后乏燃料水池燃料組件及其相關(guān)組件貯存布置圖等。

（4）《堆芯裝料移動規(guī)定》/《RX/KX堆芯裝料燃料組件移動單》

該文件規(guī)定換料大修堆芯裝料順序、每一步裝料在乏燃料水池抓取燃料組件位置坐標(biāo)、堆芯裝載坐標(biāo)、裝料前后乏燃料水池燃料組件布置圖和裝料后堆芯裝載布置圖等。

2.2 燃料組件移動操作監(jiān)督

核電廠在進行新燃料接收、堆芯卸料、相關(guān)組件倒換、堆芯裝料操作屬于高風(fēng)險操作。其中裝錯料事故就是燃料組件移動操作風(fēng)險之一。裝錯料事故在其他核電廠時有發(fā)生，給核電站帶來很大麻煩和經(jīng)濟損失，見表1。

為了確保不發(fā)生裝錯料事件，QSⅡ?qū)θ剂喜僮鲗嵭性诰€100%操作監(jiān)督見證。具體監(jiān)督形式如下:

表1 移動錯誤形式與換料大修主線計劃風(fēng)險表Table 1 Wrong movement mode and refueling outage main planned risk

在換料大修組織機構(gòu)中設(shè)立燃料操作監(jiān)督QC小組，確定經(jīng)過培訓(xùn)授權(quán)的燃料管理人員擔(dān)任燃料操作監(jiān)督QC工程師。

在新燃料接收、堆芯卸料、相關(guān)組件倒換、堆芯裝料燃料操作過程中，在燃料廠房和反應(yīng)堆廠房分別設(shè)1名QC工程師對燃料操作過程和操作結(jié)果進行現(xiàn)場監(jiān)督見證。

燃料操作監(jiān)督QC工程師在每一步燃料組件吊裝操作前，向負(fù)責(zé)操作的主管人員（管理主管）簽發(fā)該步《燃料組件移動指令單》，該指令單規(guī)定了該步操作的詳細(xì)內(nèi)容（抓取和釋放燃料組件位置、操作時間等）；管理主管將《燃料組件移動指令單》交給執(zhí)行操作的燃料組件吊裝（裝卸料機/人橋吊）操作人員；操作人員按此指令單執(zhí)行對燃料組件吊裝操作。

燃料組件吊裝操作時，監(jiān)督人員對整個操作移動過程進行監(jiān)督（抓取位置、釋放位置、組件狀態(tài)等），并驗證操作的正確性。

對燃料組件的每一步操作完成后，操作者和換料主管分別在移動指令單簽字確認(rèn)該步操作，QC工程師第二次在該指令單上簽字確認(rèn)該步燃料組件移動操作的正確性。依此類推，直至完成對燃料組件每一步操作。

通過上述方式監(jiān)督見證管理，到目前為止，QSⅡ?qū)嵤┑膬蓚€初始堆芯裝料和9個換料大修堆芯裝卸料、相關(guān)組件倒換燃料組件操作，未發(fā)生任何燃料組件移動錯誤。上述監(jiān)督方法受到了國家核安全局的充分肯定和高度評價。

2.3 堆芯裝料前和裝料后核查

在換料大修裝料前，為了驗證堆芯卸料和卸料后相關(guān)組件倒換的正確性，在相關(guān)組件倒換后堆芯裝料前，利用水下電視攝像系統(tǒng)對裝料前乏燃料水池需裝堆的121組燃料組件及其相關(guān)組件的標(biāo)識、配插關(guān)系和貯存位置進行逐一照相核查。核查結(jié)果無誤后，方可開始裝料。

堆芯裝料完成后，為了驗證新堆芯燃料組件裝載的正確性，還要實施堆芯照相核查，堆芯照相核查由電站核材料管制辦公室組織，核安全監(jiān)督人員、質(zhì)保人員、核材料衡算人員現(xiàn)場監(jiān)督見證。堆芯核查結(jié)果完全符合堆芯裝載圖規(guī)定后，方可進行反應(yīng)堆扣大蓋操作。

3 運行燃料組件監(jiān)督

3.1 燃料組件運行數(shù)據(jù)跟蹤

QSⅡ定期對反應(yīng)堆運行數(shù)據(jù)進行跟蹤，每月編制《秦山第二核電廠反應(yīng)堆機組運行數(shù)據(jù)跟蹤》，其中與燃料組件運行相關(guān)的跟蹤項目如下:

反應(yīng)堆運行功率及功率分布；

一回路硼濃度；

燃料組件燃耗統(tǒng)計；

一回路冷卻劑溫度；

一回路冷卻劑化學(xué)參數(shù)；

一回路冷卻劑放化參數(shù)。

3.2 運行燃料組件完整性跟蹤

為了跟蹤分析入堆燃料組件運行完整性，QSⅡ?qū)\行燃料組件進行了WANO燃料完整性跟蹤管理和碘濃度管理。

3.2.1 WANO燃料可靠性指標(biāo)（FRI）

QSⅡ自2002年1號機組運行以來，每周對一回路放化指標(biāo)進行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果計算出WANO燃料可靠性指標(biāo)（FRI）。截至2008年8月，1號、2號機組已入堆的600組燃料組件的跟蹤結(jié)果如圖1所示。

圖1 WANO燃料可靠性指標(biāo)（FRI）Fig. 1 WANO fuel reliability indicator (FRI)

從圖1可以看出，兩個機組已入堆運行的燃料組件的FRI均為0.037 Bq/g（FRI限值為19 Bq/g）。

所有入堆燃料組件無破損，保持了“零破損堆芯”的良好業(yè)績。

3.2.2 碘濃度管理

根據(jù)一回路碘-131和碘-133放射性同位素的監(jiān)測結(jié)果，也可以對燃料組件運行完整性進行跟蹤和評價，QSⅡ?qū)蓚€機組已入堆的運行的燃料組件進行了碘濃度跟蹤管理，結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，QSⅡ入堆運行的燃料組件的實際監(jiān)測和跟蹤結(jié)果均處于完整區(qū)域。

圖2 碘濃度管理圖Fig. 2 Iodine concentration control

4 已輻照燃料組件檢查

4.1 已輻照燃料組件變形測量

燃料組件輻照變形是壓水堆普遍存在的現(xiàn)象。燃料組件變形會給核電站堆芯裝卸料帶來很大困難。秦山第二核電廠1號機組首次換料大修時，由于燃料組件出現(xiàn)比較明顯的輻照變形，導(dǎo)致裝料困難（即燃料組件下管座的定位銷孔不能與堆芯下柵格板上的定位銷順利對中就位）。

為盡快掌握燃料組件輻照變形程度和變形規(guī)律，對燃料組件的輻照變形進行實測和分析就顯得十分必要。從102大修開始，每次換料大修，均選取部分有代表性的燃料組件對其進行輻照變形測試和數(shù)據(jù)分析，為堆芯裝料提供了燃料組件變形數(shù)據(jù)支持。

4.1.1 測量方法

QSⅡ自主研發(fā)成功了AFA2G 17×17型燃料組件輻照變形超聲測試系統(tǒng)（見圖3）。

在乏燃料貯存水池與燃料轉(zhuǎn)運水池的水閘門側(cè)壁，安裝一個垂直支架；在該支架上布置橫向8層、縱向3列、共由16個超聲直探頭構(gòu)成的矩陣。其中一列為主測試探頭組，另兩列為輔助測試探頭組。使用16通道超聲儀同時采集16個測試探頭與被測燃料組件的距離（測量值），與測試假燃料組件而得出的標(biāo)定值比較，得出各探頭的測距偏差，根據(jù)測距偏差及標(biāo)定值，描述被測燃料組件輻照變形及其程度。

圖3 燃料組件輻照變形超聲測試系統(tǒng)Fig.3 Ultrasonic testing system for irradiated transformation of fuel assembly

4.1.2 測量結(jié)果

截至2008年6月，已利用輻照變形超聲測試系統(tǒng)對431組已輻照燃料組件進行了輻照變形測量。測量結(jié)果如下:

所測試的431組燃料組件中，彎曲變形矢量和最大為28.32 mm，約71%已輻照燃料組件的彎曲變形矢量和小于15 mm；扭轉(zhuǎn)變形最大為4.52°，約88%已輻照燃料組件的扭轉(zhuǎn)變形小于2°。

431組燃料組件中有388組燃料組件的扭轉(zhuǎn)變形是逆時針方向的（下管座相對于上管座)，約占98%。

堆芯第Ⅲ象限燃料組件的平均彎曲變形矢量和明顯大于堆芯其他三個象限的平均彎曲變形矢量和，而燃料組件扭轉(zhuǎn)變形與堆芯象限無明顯的關(guān)系。

燃料組件的彎曲變形大部分偏向堆芯90°方向（1號機組約77%，2號機組約79%），燃料組件下管座相對于上管座的扭轉(zhuǎn)變形絕大部分是逆時針方向 （約98%)，同類核電站燃料組件輻照變形方向相似。

4.2 已輻照燃料組件外觀檢查

4.2.1 燃料組件選取

為了驗證燃料組件在反應(yīng)堆運行后的外觀狀況，QSⅡ每次換料大修卸料后，均選取若干組有代表性的已輻照燃料組件進行外觀檢查（便攜式水下電視攝像系統(tǒng)）。本文以204大修為例，本次大修選取了15組已輻照燃料組件（見表2）進行外觀檢查。檢查項目主要為燃料棒外觀、格架外觀和燃料棒下端塞與燃料組件下管座間距等。

表2 選取的燃料組件Table 2 Selected fuel assembly

所選燃料組件中在堆芯運行1個循環(huán)的組件4組（3.7%的AFA3G燃料組件）；在堆芯運行2個循環(huán)的燃料組件6組（5組3.7%的AFA3G燃料組件，1組3.1%的AFA2G燃料組件）；堆芯運行了3個循環(huán)的組件5組（2組3.25%的AFA2G燃料組件，3組3.25%的AFA3G燃料組件）。

4.2.2 檢查結(jié)果

（1）運行1個循環(huán)燃料組件外觀狀態(tài)（見圖4）。

圖4 運行1個循環(huán)燃料組件外觀狀態(tài)Fig. 4 The operational appearance of one recycled fuel assembly

從圖4可以看出:

1）燃料棒表面為淺黑色致密氧化膜，氧化均勻，無氧化膜脫落現(xiàn)象；

2）燃料棒包殼無環(huán)脊現(xiàn)象；

3）格架外條帶表面光潔，無腐蝕產(chǎn)物黏附；

4）燃料棒上端塞、下端塞平齊，下端塞與下管座之間的間距正常，因此認(rèn)為格架彈簧夾持力正常，無串棒現(xiàn)象。

（2）運行2個循環(huán)燃料組件外觀狀態(tài)（見圖5）。

圖5 運行2個循環(huán)燃料組件外觀狀態(tài)Fig. 5 The operational appearance of two recycled fuel assemblies

從圖5可以看出:

1）燃料棒表面為淺黑色致密氧化膜，氧化均勻，無氧化膜脫落現(xiàn)象；

2）燃料棒包殼無環(huán)脊現(xiàn)象；

3）格架外條帶表面光潔，無腐蝕產(chǎn)物黏附；

4）AFA3G燃料組件燃料棒上端塞、下端塞平齊，燃料棒下端塞與下管座的間距正常，因此認(rèn)為格架彈簧夾持力正常，無明顯串棒現(xiàn)象；

5）AFA2G燃料組件的燃料棒出現(xiàn)了明顯的串棒現(xiàn)象。

（3）運行3個循環(huán)燃料組件外觀狀態(tài)（見圖6）。

圖6 運行3個循環(huán)燃料組件外觀狀態(tài)Fig. 6 The operational appearance of three recycled fuel assemblies

從圖6可以看出:

1）燃料棒表面為淺黑色致密氧化膜，在靠近下管座部位，燃料棒表面有部分氧化膜脫落現(xiàn)象；

2）燃料棒包殼無環(huán)脊現(xiàn)象；

3）燃料棒外表面和格架條帶外表面水垢黏附；4）下端塞參差不齊，存在明顯的串棒現(xiàn)象。

4.2.3 檢查結(jié)論

經(jīng)過對上述各種類型已輻照燃料組件外觀狀況進行分析，我們可以得出下列結(jié)論:

（1）使用了一個循環(huán)的燃料組件表面狀況良好，燃料包殼完整。

（2）使用了兩個循環(huán)的燃料組件表面狀況良好，燃料包殼完整，格架和燃料棒有輕微的水垢黏附現(xiàn)象。

（3）使用了三個循環(huán)的燃料組件的格架和燃料棒中下部有水垢黏附及水垢脫落現(xiàn)象；燃料棒有比較明顯的串棒現(xiàn)象。這說明經(jīng)過三個循環(huán)以后，隨著燃耗的加深，格架彈簧的夾持力有所下降。部分燃料棒明顯下落。國內(nèi)同類型的核電廠也存在同樣的串棒現(xiàn)象，屬于正常的格架彈簧夾持力隨著運行時間的增加、燃耗的加深而降低造成。

（4）燃料棒表面形成水垢產(chǎn)生范圍較小，對燃料棒包殼的傳熱影響較小，所以不會對燃料組件的繼續(xù)使用產(chǎn)生較大的影響。

（5）所檢查的燃料組件結(jié)構(gòu)完整，燃料棒和格架無明顯腐蝕現(xiàn)象，雖然部分燃料組件存在輕微水垢黏附現(xiàn)象和燃料棒串棒，但不會影響燃料組件在堆內(nèi)的安全運行。

4.3 卸料燃料組件在線啜吸試驗檢查

QSⅡ在裝卸料機上安裝有在線啜吸試驗裝置，該裝置對換料大修堆芯卸料燃料組件進行100%在線啜吸普查。在堆芯卸料前，如懷疑堆芯有燃料組件破損（一回路活化分析結(jié)果），則可在堆芯卸料時對所有卸出的燃料組件進行啜吸檢查，以定性確定哪組燃料組件有破損。

QSⅡ燃料管理政策規(guī)定，已破損的燃料組件一般不考慮再回堆使用。目前尚未發(fā)生燃料組件破損。

5 燃料組件貯存管理

5.1 實物盤存

每年對核材料平衡區(qū)所有關(guān)鍵測點（新燃料貯存間、乏燃料水池、反應(yīng)堆堆芯）的燃料組件進行2次實物盤存，新燃料接收完成進行1次，換料大修期間進行1次。實物盤存由核材料管制辦公室組織，核材料衡算人員、燃料管理人員、核安全監(jiān)督人員、質(zhì)保人員和操作人員參加。

5.2 燃料廠房巡檢

燃料管理人員堅持每周對燃料貯存廠房進行巡檢檢查，主要檢查燃料廠房溫度、濕度、清潔度、技防系統(tǒng)完好性、消防設(shè)施等，發(fā)現(xiàn)問題及時反饋解決。每次檢查填寫檢查記錄。

5.3 燃料廠房人員出入控制

燃料廠房是核材料實物保護要害區(qū)。QSⅡ?qū)ぷ餍枰鋈肴剂蠌S房人員實行授權(quán)管理制度，授權(quán)分長期授權(quán)和臨時授權(quán)。公司正式職工因工作需要，經(jīng)所在處室負(fù)責(zé)人審核，可申請長期授權(quán)，公司核材料管制辦公室審查同意后，可給予長期授權(quán)。對于公司其他職工和外來人員，只能申請臨時授權(quán)。臨時授權(quán)辦理程序和長期授權(quán)一樣。

[1] 張興田.AFA2G 17×17型燃料組件輻照變形超聲測試系統(tǒng)研制及在線測試[J].

[2] 李偉才，等.大亞灣核電站AFA-2G/3G燃料組件運行經(jīng)驗[J]，大亞灣核電，2005（2）.

[3] 連培生.原子能工業(yè)[M]. 北京:原子能出版社，2002.

[4] 暢欣，等. 壓水堆燃料元件制造文集[M]. 北京:原子能出版社，2005.

Fuel assembly operation experience in Qinshan II

HE Ming-zhi
（Technical Dept. of Qinshan Nuclear Power Joint-Venture Company，P.O.Box 602，Haiyan of Zhejiang Prov. 314300，China）

This paper introduces the operation experience of AFA2G/AFA3G 17×17 fuel assembly in Qinshan II，including the quality control，fuel management during refueling outage，inspection of irradiated fuel assembly，the tracing of integrity of in-service fuel assembly，storage of spent fuel，etc. Through a series of strict fuel management and operating the fuel assembly according to the operating technical specifications，none of the 600 fuel assemblies which are already in the reactor has been broken up to now. And the reactor cores have kept an outstanding record of “zero break”.

nuclear power plant；fuel assembly；fuel management；operation experience

TM623

A

1674-1617（2009)04-0354-09

2009-02-13

何明智（1957—），男，高級工程師，畢業(yè)于清華大學(xué)，現(xiàn)在核電秦山聯(lián)營有限公司技術(shù)處從事核燃料管理工作。