格架損傷燃料組件再入堆審評的思考

摘 要：本文對嶺澳核電廠和秦山第二核電廠格架損傷燃料組件再入堆的審評進行了探討，根據相應法規、標準和國際國內相關經驗，給出了相關問題的審評結論，并對格架損傷燃料組件再入堆問題進行了初步的探討。

關鍵詞：格架損傷 燃料組件 再入堆

中圖分類號：TL4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（a）-0069-01

2008年12月17日，嶺澳核電廠L206換料大修時，發現個別燃料組件有格架損傷的情況。

截至L108換料大修結束，嶺澳核電廠共發現20組燃料組件存在不同程度的格架損傷缺陷，上述格架損傷燃料組件和其對稱位置的70組燃料組件不能進入后續循環的換料設計組件庫，對機組后續循環的換料設計帶來了一定影響。

秦山第二核電廠108換料大修水下電視外觀檢查時發現一組燃料組件格架外條帶的三片導向翼脫落。

針對上述情況，大亞灣核電運營管理有限責任公司和核電秦山聯營有限公司分別向國家核安全局申請格架損傷燃料組件再入堆。

調研資料表明，法國EDF和南非以及其他使用AREVA設計的燃料組件的國家均不同程度地發生了燃料組件格架受損的事件，為使相關燃料組件能入堆繼續使用，AREVA還專門制定了格架損傷組件再入堆運行準則。

1 國內外情況介紹

根據美國PWR機組2000至2005年的統計，燃料組件破損的原因主要有：PCI破損、異物磨蝕、腐蝕/結垢、制造缺陷和格架-燃料棒振動腐蝕。

根據EDF關于燃料組件定位格架受損事件的反饋，引起定位格架損傷的可能原因有以下幾點。

燃料組件輻照變形（彎曲和扭轉）。

換料機欠載保護功能缺陷。

換料機吊裝速度大于0.6 m/min增加了格架損傷的風險。

燃料組件格架破損直接影響到后續該燃料組件的入堆使用，而且損傷的格架也可能影響燃料包殼完整性和一回路系統和設備的運行。

根據EDF經驗反饋，EDF從1995年開始使用格架損傷燃料組件，2004年，EDF請AREVA研究制定了格架損傷組件再入堆運行準則，以此甄別可再入堆運行的格架損傷組件。

AREVA盡管制定了格架損傷燃料組件的入堆準則，運行經驗表明在換料期間仍出現了燃料組件格架的損壞。因此相關準則的有效性還需進一步考證。

除法國核電廠之外，關于燃料組件格架損傷后繼續入堆使用并沒有其他國際經驗。而且法國電廠的燃料組件格架目前已全部采用新的設計，這說明國內相關核電廠所使用的燃料組件存在一定的缺陷，因此，復用格架損傷的燃料組件，存在一定安全隱患。

L206換料大修發現燃料組件格架損傷后，AREVA受委托對嶺澳核電廠的格架損傷燃料組件進行評估，并為嶺澳核電廠制定了格架損傷燃料組件入堆準則。

國家核安全局對大亞灣核電運營管理有限責任公司和核電秦山聯營有限公司格架損傷燃料組件再入堆申請進行了詳細深入的評審，雖然審評者不同意采用AREVA制定的通用的格架損傷燃料組件入堆準則，但通過工程判斷認為其中有些很輕微的定位格架損傷不會對燃料組件的機械性能、堆芯熱工水力設計和安全分析等造成顯著影響，限制所有格架損傷燃料組件入堆的要求可能過于嚴格，可能會導致核電機組后續循環換料設計的困難，可能導致某些關鍵安全超限，對核電廠安全運行反而不利。在相關核電廠對燃料組件機械設計、熱工水力和安全分析、換料設計等方面對受損燃料組件再入堆運行的可能影響進行了分析和評估的基礎上，同意格架損傷最輕微的一組燃料組件入堆。但要求相關核電廠針對受損燃料組件入堆制定專門的監督管理程序，避免在裝卸料過程中由于格架鉤掛造成燃料組件額外的損傷，并且在運行過程中應注意監測相關的運行參數。

2 格架受損燃料組件再入堆應進行的分析

審評人員通過對格架損傷燃料組件再入堆申請的審評，認為制定格架損傷燃料組件入堆的準則，核電廠需要對燃料組件至少進行以下分析評估。

2.1 燃料組件機械設計影響評估

2.1.1 結構設計驗證

燃料組件格架損傷后，正常運行和事故狀態下的格架強度可能會受到影響，因此需要對燃料組件進行結構設計驗證和評估。

2.1.2 機械設計論證分析

在機械設計驗證中，與格架損傷相關的是格架完整性驗證。格架完整性驗證的目的有兩個：一是驗證格架能承受非運行載荷或運行載荷且不會變形，二是驗證格架能對燃料棒提供足夠的夾持，且燃料棒無超過規定的振動磨蝕。

2.1.3 事故分析

事故分析的目的是驗證在LOCA和SSE同時發生時燃料組件的行為，保證事故時反應堆停閉，即能保證安注系統的正常運行和有足夠數目的控制棒插入堆芯。此外，事故分析還驗證事故狀態下導向管的載荷和格架的載荷。

2.2 熱工水力和安全分析的影響評估

如果格架損傷程度較高，會直接影響到燃料組件的熱工水力特性，相應的分析程序的有效性也會受到影響。

燃料組件格架損傷對組件流動單元的水力流動有影響。對于局部流動單元，格架損傷可能使局部的壓降系數增加或者減小，導致局部以及與其相鄰的流動單位的冷卻劑流量變化，影響局部的DNBR值。

2.3 換料設計影響評估

根據當前被采納的堆芯設計方法，若格架損傷的燃料組件可以再入堆運行，其對稱位置的3組燃料組件也將被納入換料設計時的可用組件庫內，這將有利于換料方案搜索。

2.4 電廠運行影響評估

由于格架損傷燃料組件再入堆會引入額外的格架鉤掛風險。因此，應對該影響進行詳細的評估，評估內容包括格架損傷部位，損傷程度等。即使評估認為格架損傷燃料組件再入堆不會帶來額外的格架鉤掛風險，在電廠燃料組件裝載過程中也應采取相應的措施，如優化裝載順序，采用手動特殊偏移操作等。

3 結語

隨著國內運行機組的增多和燃料組件國產化程度的提高，燃料組件格架損傷的情況不可避免，為充分利用鈾資源，提高燃料組件的利用率，核電廠運行單位應加強人員培訓，制定相應的措施盡量避免燃料組件格架損傷，建立并健全應急預案。

對于核電廠實施燃料組件設計改進以及提高燃料組件的性能的同時，應進行全面的論證和評估，必要時進行隨堆考驗，確保燃料組件改進的安全。

同時相關部門應組織國內核電廠與設計院進行深入的研究，深入分析，查找原因，吸取教訓，避免類似事件重發。并盡快制定相應的再入堆準則，一方面可以規范核電廠的格架受損燃料組件再入堆申請，另一方面，也可以給核安全監管部門提供相應的準則，便于監管者的決策。