某海外核電機組水下照明裝置損壞情況分析

李 基

（中國中原對外工程有限公司，北京 100037）

0 引言

0.1 項目背景

某海外核電項目采用的是中國自主知識產權的華龍一號三代核電技術（HPR1000），共建設2 臺機組，單臺機組額定電功率超過1150 MW，設計壽命60年。2021 年5 月20 日，首臺機組正式進入商業運行。2023 年2 月2 日，第二臺機組也完成落成儀式。項目建設全周期內為當地提供就業崗位6 萬多個，給當地帶去了中國先進的工程建造技術。機組建成以來，為當地提供了豐富的清潔能源，極大地緩解了當地的電力問題。近期，該項目首臺核電機組已完成了第一次換料大修，此次大修過程中，項目團隊攻堅克難，積累了許多核電運行維護經驗。

0.2 核用水下照明裝置

核用水下照明裝置是核電站反應堆檢修設備的專用裝置，安裝在核電站反應堆廠房堆腔及換料水池、燃料轉運倉、乏燃料貯存水池及容器裝載井內：在反應堆停堆換料期間，為完成拆、裝反應堆容器頂蓋及對內構件、燃料組件裝卸運輸提供照明；在反應堆運行期間，為完成組件貯存、檢查及外運的操作提供照明。由于環境的特殊性，此類產品在耐輻射、耐壓、耐溫、照度以及后期維護等方面有著非常苛刻的要求。

該核電項目水下照明裝置由國內某照明燈廠家供貨。設備由燈具、提升機構、失水保護裝置等組成，其中燈具包含鹵鎢燈燈管、不銹鋼反光罩和航空玻璃保護罩。提升機構是將燈具連接到其燈具支架上的裝置，懸掛在一水平支撐桿上，既可固定也可左右移動位置。移動提升機構時，燈具可沿支撐桿左、右移動，調節好燈具位置后，可將其固定在支撐桿上。每套提升裝置可放置2 套核用水下照明燈，既可同時開啟，也可相互備用，兩盞燈具共同連接在一個失水保護開關上。水下照明的失水保護裝置利用磁性浮球與干簧耦合原理，在燈具脫離水體時自動切斷電源，達到保護燈具的目的。

核用水下照明裝置設備分級見表1，主要參數見表2。

表1 核用水下照明裝置設備分級

表2 核用水下照明裝置設備主要參數

水下照明裝置運行工況如下：反應堆廠房內，在反應堆停堆、水池充水后水下照明裝置連續照明；燃料廠房內，燈具在燃料轉運倉連續或斷續照明以及在乏燃料貯存水池連續或斷續照明；容器裝載井中的照明燈，斷續照明。

1 問題過程

該項目首臺機組在首次大修期間，發現9 盞水下照明燈熄滅、無法點亮。此外，裝載井中1 盞水下照明燈具發生炸裂，燈及透光罩碎片掉入堆池底部（圖1）。現場打撈工作不僅成本巨大，還會增加反應堆水池、乏燃料水池異物風險。現場人員認為，照明燈炸裂為不可接受的缺陷。

圖1 大修期間損壞的水下照明燈

隨后現場項目部人員對兩臺機組整體鹵鎢燈損壞情況進行了一次系統梳理，詳情為：

（1）首臺機組，在安裝后試驗期間，3 盞燈無法點亮、1 盞發生炸裂（與本次大修期間炸裂燈同一位置）；裝料期間，發現2 盞燈不能點亮；在轉運首次乏燃料所需新燃料期間，發現3 盞燈不能點亮；本次大修期間，9 盞不能點亮，1 盞炸裂。

（2）另一臺機組與首臺機組滯后約10 個月移交驗收，安裝試驗期間有4 盞、在換料期間2 盞不能點亮。

因首臺機組運行時間較長，已進入大修，燈具損壞情況更加可靠，因此水下照明裝置損壞率決定參考首臺機組。該機組共計供貨40 盞燈，首輪安裝調試大修期間共計損壞17 盞、炸裂2 盞，損壞率為47.5%，現場項目部認為此損壞率較高。

水下照明燈更換、打撈工作，為一級高風險作業、一級防異物工作，風險相對較高，同時損壞的燈具為電廠放射性固體廢物、處理需要一定的成本，因此需要詳細分析水下照明燈損壞率及炸裂情況。

2 問題分析與處理

2.1 損壞率分析與措施

鹵鎢燈功率很高（1600 W），需利用水導出高熱量，其本身屬于易損物項，不當操作易導致炸裂風險。因此，設計對鹵鎢燈類型的水下照明燈具壽命要求為超過1000 h 即為合格產品。但是核電機組從安裝到大修完成，水下照明裝置在安裝、調試和大修期間開燈時長在部分區域已經超過1000 h，剩余區域多數開燈時長也接近1000 h。此外，根據現場反饋，業主還存在非必要條件開燈照明的情況，所以本次事件的照明燈損壞數量在合理范圍之內。查閱項目現場安裝調試記錄，所有照明燈在現場安裝完成后均會進行動作和點亮試驗，驗證失水裝置是否靈活以及所有照明燈能否正常點亮、熄滅，所以燈具的損壞確認為安裝后運行期間損壞，燈具實際使用時長可能與現場工作人員預期差距較大。

通過調研國內使用同類型水下照明裝置電站的損壞情況，與該海外項目類似，證實鹵鎢燈型水下照明燈設計壽命為1000 h，電站到每次大修時會有10～20 盞照明燈損壞，使用此類型照明燈具的業主單位需提前準備好備件。

對于損壞率的問題，項目部人員最終認可了鹵鎢燈的損壞率和使用時長。對于本輪期間損壞的物項，業主重新采購了一定量的備件供現場更換使用，廠家也承擔了約10 盞可能未達到使用時長就損壞的備件。對新提供的鹵鎢燈，廠家要求業主單位對各位置燈具使用狀態按小時做好記錄，后續憑借使用時長證明文件對未達到1000 h 損壞的燈具進行免費更換，否則需重新采購。項目部人員做好監督證明工作，在記錄文件上簽字確認。

2.2 炸裂事件分析與措施

鑒于核電項目的特殊性，水下照明燈具的炸裂事件是不能容許的。燈具在設計和出廠時均已做了相應考慮。例如，失水保護裝置，在燈具離開水面時能夠自動切斷電源，防止燈具干燒、發生炸裂事件；水下燈具外部配備了航空玻璃材料的保護罩，即使發生炸裂事件也能包容住燈具產生的碎片，保證碎片不進入放射性的水池。在出廠時，水下照明燈已在多方見證下做了相關的破壞性試驗，驗證過燈具實際炸裂情況。

事件發生后，首先和制造廠確認了鹵鎢燈發熱量高，空氣中長時間干燒會導致燈具的損壞甚至炸裂。廠家反饋出廠破壞性試驗時，燈具會發生變形、燈絲燒壞但未發生炸裂。而項目現場炸裂事件發生時無人見證，因此只能先排查失水保護裝置的問題，查看照明燈是否接入失水保護裝置。考慮到機組在長時間運行后，水池中的硼水產生結晶會附著在失水保護裝置動作間隙，導致失水保護裝置無法正常工作的情況。但該項目水下照明裝置一個失水保護裝置保護兩盞鹵鎢燈，現場另一盞連接同一失水保護裝置的鹵鎢燈并未炸裂，第2 次炸裂還發生在同一位置。失水保護裝置是一個浮子式通斷開關，結構簡單，發生問題的可能性不大，所以本次事件大概率為項目現場出現了鹵鎢燈離水干燒的情況。當運行人員不熟悉規程，確實有很大的概率會出現不斷電就排水的操作。最后與業主單位溝通確認，確因未斷電就排水導致了此次炸裂事件。目前項目現場已對當時相關人員通告、處罰，并將“水下照明裝置必須先斷電，后排水”的操作寫入規程，在業主單位內部全體進行培訓宣貫，此后未再出現過水下照明燈炸裂的事件。

通過對整體炸裂事件始末分析可知，業主操作人員“未斷電就排水”的操作是本次事件的直接原因。但安裝調試單位未能及時反饋先前的炸裂事件，以及廠家也未將“未斷電，就排水”的風險明確告知到業主單位。此外，失水保護裝置按照設計要求，在照明燈離開水面時應能及時阻斷電路，但航空玻璃罩在炸裂時也未能包容住照明燈碎片。現場人員在事件后也排查了其余水下照明裝置動作狀態，未發現問題。選取了一個備件燈干燒，也并未發生炸裂事件，情況和出廠破壞試驗情況類似，只是燒黑。因此，該類水下照明燈、失水保護裝置在電站惡劣環境中運行一段事件后，性能會出現一定概率的衰退，個別設備壽期末狀態差于壽期初。受條件限制，航空玻璃保護罩的破壞試驗實際未模擬出燈具末期炸裂的破壞情況，現場本次也未能復現。對后續依舊采購此類型照明燈具的業主、設計或其他單位，建議協調設計人員及廠家模擬驗證下燈具運行到末期的性能及保護罩的實際承受爆炸的能力。

3 展望與建議

目前核電站水下照明裝置大多數采用的鹵鎢燈型照明燈，是高溫輻射類型的照明原理，發熱量很大，燈絲運行環境惡劣，本身設計壽命較短，需做好定期更換部分照明燈具的準備。此外，該類型的鹵鎢燈性能后期狀態不穩定，在電站運行一段事件后出現干燒卻導致了炸裂，并且保護罩后期也不能起到應有的保護作用。核電站水下照明燈安裝在放射性環境中，燈具的更換，尤其是燈具碎片的打撈是放射性工作，代價很大。因此，對于采用鹵鎢燈型式水下照明燈具的核電站業主單位，提出以下建議：

（1）合同簽訂時多采購備件，考慮大修期間可能使用的數量。后續大修前也應提前準備好備件，用作更換。

（2）按照設計及規程中的需求使用照明燈，非必要狀態下保持燈具關閉。

（3）對各個位置燈具的使用情況做好記錄，使用時長未達到1000 h 的鹵鎢燈為質量不合格產品，應要求廠家免費補供，而燈具的正常損壞需自行采購備件更換。

（4）嚴格“先斷電，再排水”的操作，定期宣貫給相關崗位的人員。

（5）對失水保護裝置靈活動作的狀態多關注，及時替換不合格產品，也能減少炸裂時間還能出現的概率。

隨著LED 照明技術的不斷發展，目前國內市場上已經出現了LED 核用水下照明裝置產品。首先，與傳統鹵鎢燈相比，LED 燈安全性高，作為冷光源、能從根本上杜絕炸裂事件。其次，LED 燈壽命超過3 萬小時，是傳統鹵鎢燈30 多倍，大大減小運維工作量及核廢物的產生。最后，LED 燈功率200 W 左右，電力消耗低。目前已在秦山、福清等國內核電項目基地得到良好實踐，后續將成為核電項目水下照明裝置的主流產品。

4 結束語

某海外核電機組水下照明裝置在大修期間發生了損壞數量較多以及炸裂情況，經過調研、分析、多方討論、驗證等措施，確定鹵鎢燈型式水下照明燈具設計壽命超過1000 h，本身屬于易損品，單個HPR 1000 機組一個維修周期內會正常損壞10～20 盞水下照明燈，業主單位需提前采購好備件，記錄好各位置照明燈使用時長。業主單位務必嚴格執行“先斷電，后排水”的操作，否則可能會導致鹵鎢燈式水下照明燈具炸裂的情況。文章也對炸裂燈具后續的試驗修改提出一些參考意見。最后，目前國內市場上已出現了LED 型式核用水下照明燈，因其壽命長、照度穩定、節能、能從根本上解決炸裂問題等原因，受到越來越多設計單位和業主的青睞，未來將成為核電水下照明裝置的主流產品。