秦山第二核電廠燃料組件運行經驗

何明智

（核電秦山聯營有限公司，浙江 海鹽 314300）

秦山第二核電廠燃料組件運行經驗

何明智

（核電秦山聯營有限公司，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驗。秦山第二核電廠通過一系列嚴格的燃料管理和遵循運行技術規格書運行燃料組件，到目前為止，已經入堆運行的600組燃料組件沒有一組發生破損，一直保持“零破損堆芯”的良好業績。

核電廠；燃料組件；燃料管理；運行經驗

1 燃料組件制造質量控制

1.1 原材料控制

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

原材料和零部件出廠前，制造廠、QSⅡ聯合派代表進行源地驗收，源地驗收合格后才能裝船發貨。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。

1.2 監造

1.2.1 監造必要性

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了核電廠第一道安全屏障的重要作用。產品質量好壞直接影響到核電廠安全運行，而產品質量是制造過程形成的（質量是生產出來的），因此核電廠必須對燃料組件的制造質量狀況進行有效控制，做到心中有數。通過派燃料管理專業技術人員在燃料組件制造現場進行監造是做到心中有數最有效的方式。駐廠監造的必要性如下:

（1）HAD003/03《核電廠物項和服務采購中的質量保證》的第2章“采購計劃的制訂”中規定，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”中規定了源地驗證、收貨檢查和服務驗證三種驗證方法。其中，“由買方指定的代表履行的源地驗證”就是通常講的設備制造監督（監造）；

（2）能夠對制造廠質量管理工作起到很好的促進作用。有駐廠代表在現場監造，制造廠在產品制造過程各個環節的質量控制會更加嚴格；

（3）發現的質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量控制文件審查（R點）、實物抽查見證（W點/H點），實現了對其質量控制過程真實有效的驗證；

（5）對制造廠質保體系的有效運作也起到了積極推動作用。

1.2.2 監造適用文件

采購合同；

燃料組件制造質量保證大綱（制造廠）；

燃料組件制造質量計劃；

IP/FUL/040，核燃料組件制造質量監督；

燃料組件制造適用圖紙；

燃料組件制造適用技術條件；

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

工藝、產品合格性鑒定大綱。

1.2.3 監造代表及其工作職責

從1998年1號、2號機組初始堆芯燃料組件及其相關組件開始制造起，QSⅡ就在制造廠設立了駐廠代表辦公室，只要有QSⅡ合同產品制造，始終派2名有經驗的燃料管理技術人員（電站1人，設計院1人）擔任駐廠代表進駐制造廠進行監造，其工作職責如下:

最終報告審查（R/H點）；

實物見證（W/H點)；

零部件、產品放行；

合格性鑒定與再鑒定監督見證（R/W點)；

參與不符合項處理；

日常工藝監督；

里程碑確認；

參加監造工作專題周會；

發出質量缺陷報告和問題通知單；

組織燃料組件包裝裝箱監督見證；

向總部提交監造周報和月報（監造工作總結）。

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和設計院派代表參加。驗收包括出廠文件驗收、實物抽查和技術驗收。驗收合格后，雙方簽署出廠驗收紀要。

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

2 換料大修燃料組件管理

2.1 燃料準備（編制燃料組件移動方案）

每次換料大修前，根據電站《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，這些方案經主管副廠長批準后生效，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。這些文件是:

（1）《新燃料接收移動和貯存規定》及其移動單

該文件規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定》/《RX/ KX堆芯卸料燃料組件移動單》

該文件規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位置、卸到燃料廠房乏燃料水池的坐標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）《相關組件倒換規定》/《相關組件倒換移動單》

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

（4）《堆芯裝料移動規定》/《RX/KX堆芯裝料燃料組件移動單》

該文件規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、堆芯裝載坐標、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督

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

為了確保不發生裝錯料事件，QSⅡ對燃料操作實行在線100%操作監督見證。具體監督形式如下:

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

在換料大修組織機構中設立燃料操作監督QC小組，確定經過培訓授權的燃料管理人員擔任燃料操作監督QC工程師。

在新燃料接收、堆芯卸料、相關組件倒換、堆芯裝料燃料操作過程中，在燃料廠房和反應堆廠房分別設1名QC工程師對燃料操作過程和操作結果進行現場監督見證。

燃料操作監督QC工程師在每一步燃料組件吊裝操作前，向負責操作的主管人員（管理主管）簽發該步《燃料組件移動指令單》，該指令單規定了該步操作的詳細內容（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行對燃料組件吊裝操作。

燃料組件吊裝操作時，監督人員對整個操作移動過程進行監督（抓取位置、釋放位置、組件狀態等），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該步操作，QC工程師第二次在該指令單上簽字確認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。

通過上述方式監督見證管理，到目前為止，QSⅡ實施的兩個初始堆芯裝料和9個換料大修堆芯裝卸料、相關組件倒換燃料組件操作，未發生任何燃料組件移動錯誤。上述監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組件倒換的正確性，在相關組件倒換后堆芯裝料前，利用水下電視攝像系統對裝料前乏燃料水池需裝堆的121組燃料組件及其相關組件的標識、配插關系和貯存位置進行逐一照相核查。核查結果無誤后，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，核安全監督人員、質保人員、核材料衡算人員現場監督見證。堆芯核查結果完全符合堆芯裝載圖規定后，方可進行反應堆扣大蓋操作。

3 運行燃料組件監督

3.1 燃料組件運行數據跟蹤

QSⅡ定期對反應堆運行數據進行跟蹤，每月編制《秦山第二核電廠反應堆機組運行數據跟蹤》，其中與燃料組件運行相關的跟蹤項目如下:

反應堆運行功率及功率分布；

一回路硼濃度；

燃料組件燃耗統計；

一回路冷卻劑溫度；

一回路冷卻劑化學參數；

一回路冷卻劑放化參數。

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對運行燃料組件進行了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（FRI）

QSⅡ自2002年1號機組運行以來，每周對一回路放化指標進行監測，并根據監測結果計算出WANO燃料可靠性指標（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果如圖1所示。

圖1 WANO燃料可靠性指標（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”的良好業績。

3.2.2 碘濃度管理

根據一回路碘-131和碘-133放射性同位素的監測結果，也可以對燃料組件運行完整性進行跟蹤和評價，QSⅡ對兩個機組已入堆的運行的燃料組件進行了碘濃度跟蹤管理，結果如圖2所示。

從圖2可以看出，QSⅡ入堆運行的燃料組件的實際監測和跟蹤結果均處于完整區域。

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，由于燃料組件出現比較明顯的輻照變形，導致裝料困難（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據分析，為堆芯裝料提供了燃料組件變形數據支持。

4.1.1 測量方法

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

在乏燃料貯存水池與燃料轉運水池的水閘門側壁，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定值比較，得出各探頭的測距偏差，根據測距偏差及標定值，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Fig.3 Ultrasonic testing system for irradiated transformation of fuel assembly

4.1.2 測量結果

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

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；扭轉變形最大為4.52°，約88%已輻照燃料組件的扭轉變形小于2°。

431組燃料組件中有388組燃料組件的扭轉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，而燃料組件扭轉變形與堆芯象限無明顯的關系。

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）。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個循環的組件4組（3.7%的AFA3G燃料組件）；在堆芯運行2個循環的燃料組件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 檢查結果

（1）運行1個循環燃料組件外觀狀態（見圖4）。

圖4 運行1個循環燃料組件外觀狀態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，無氧化膜脫落現象；

2）燃料棒包殼無環脊現象；

3）格架外條帶表面光潔，無腐蝕產物黏附；

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，因此認為格架彈簧夾持力正常，無串棒現象。

（2）運行2個循環燃料組件外觀狀態（見圖5）。

圖5 運行2個循環燃料組件外觀狀態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，無氧化膜脫落現象；

2）燃料棒包殼無環脊現象；

3）格架外條帶表面光潔，無腐蝕產物黏附；

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，因此認為格架彈簧夾持力正常，無明顯串棒現象；

5）AFA2G燃料組件的燃料棒出現了明顯的串棒現象。

（3）運行3個循環燃料組件外觀狀態（見圖6）。

圖6 運行3個循環燃料組件外觀狀態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象；

2）燃料棒包殼無環脊現象；

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，存在明顯的串棒現象。

4.2.3 檢查結論

經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論:

（1）使用了一個循環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象。

（3）使用了三個循環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象；燃料棒有比較明顯的串棒現象。這說明經過三個循環以后，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。國內同類型的核電廠也存在同樣的串棒現象，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使用產生較大的影響。

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

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燃料管理政策規定，已破損的燃料組件一般不考慮再回堆使用。目前尚未發生燃料組件破損。

5 燃料組件貯存管理

5.1 實物盤存

每年對核材料平衡區所有關鍵測點（新燃料貯存間、乏燃料水池、反應堆堆芯）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、核安全監督人員、質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、技防系統完好性、消防設施等，發現問題及時反饋解決。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。QSⅡ對工作需要出入燃料廠房人員實行授權管理制度，授權分長期授權和臨時授權。公司正式職工因工作需要，經所在處室負責人審核，可申請長期授權，公司核材料管制辦公室審查同意后，可給予長期授權。對于公司其他職工和外來人員，只能申請臨時授權。臨時授權辦理程序和長期授權一樣。

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

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

[3] 連培生.原子能工業[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，畢業于清華大學，現在核電秦山聯營有限公司技術處從事核燃料管理工作。