李 基

（中國中原對(duì)外工程有限公司，北京 100037）

0 引言

0.1 項(xiàng)目背景

某海外核電項(xiàng)目采用的是中國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的華龍一號(hào)三代核電技術(shù)（HPR1000），共建設(shè)2 臺(tái)機(jī)組，單臺(tái)機(jī)組額定電功率超過1150 MW，設(shè)計(jì)壽命60年。2021 年5 月20 日，首臺(tái)機(jī)組正式進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行。2023 年2 月2 日，第二臺(tái)機(jī)組也完成落成儀式。項(xiàng)目建設(shè)全周期內(nèi)為當(dāng)?shù)靥峁┚蜆I(yè)崗位6 萬多個(gè)，給當(dāng)?shù)貛チ酥袊冗M(jìn)的工程建造技術(shù)。機(jī)組建成以來，為當(dāng)?shù)靥峁┝素S富的清潔能源，極大地緩解了當(dāng)?shù)氐碾娏栴}。近期，該項(xiàng)目首臺(tái)核電機(jī)組已完成了第一次換料大修，此次大修過程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)攻堅(jiān)克難，積累了許多核電運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。

0.2 核用水下照明裝置

核用水下照明裝置是核電站反應(yīng)堆檢修設(shè)備的專用裝置，安裝在核電站反應(yīng)堆廠房堆腔及換料水池、燃料轉(zhuǎn)運(yùn)倉、乏燃料貯存水池及容器裝載井內(nèi)：在反應(yīng)堆停堆換料期間，為完成拆、裝反應(yīng)堆容器頂蓋及對(duì)內(nèi)構(gòu)件、燃料組件裝卸運(yùn)輸提供照明；在反應(yīng)堆運(yùn)行期間，為完成組件貯存、檢查及外運(yùn)的操作提供照明。由于環(huán)境的特殊性，此類產(chǎn)品在耐輻射、耐壓、耐溫、照度以及后期維護(hù)等方面有著非?？量痰囊蟆?/p>

該核電項(xiàng)目水下照明裝置由國內(nèi)某照明燈廠家供貨。設(shè)備由燈具、提升機(jī)構(gòu)、失水保護(hù)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(hù)罩。提升機(jī)構(gòu)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(dòng)位置。移動(dòng)提升機(jī)構(gòu)時(shí)，燈具可沿支撐桿左、右移動(dòng)，調(diào)節(jié)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(shí)開啟，也可相互備用，兩盞燈具共同連接在一個(gè)失水保護(hù)開關(guān)上。水下照明的失水保護(hù)裝置利用磁性浮球與干簧耦合原理，在燈具脫離水體時(shí)自動(dòng)切斷電源，達(dá)到保護(hù)燈具的目的。

核用水下照明裝置設(shè)備分級(jí)見表1，主要參數(shù)見表2。

表1 核用水下照明裝置設(shè)備分級(jí)

表2 核用水下照明裝置設(shè)備主要參數(shù)

水下照明裝置運(yùn)行工況如下：反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)，在反應(yīng)堆停堆、水池充水后水下照明裝置連續(xù)照明；燃料廠房?jī)?nèi)，燈具在燃料轉(zhuǎn)運(yùn)倉連續(xù)或斷續(xù)照明以及在乏燃料貯存水池連續(xù)或斷續(xù)照明；容器裝載井中的照明燈，斷續(xù)照明。

1 問題過程

該項(xiàng)目首臺(tái)機(jī)組在首次大修期間，發(fā)現(xiàn)9 盞水下照明燈熄滅、無法點(diǎn)亮。此外，裝載井中1 盞水下照明燈具發(fā)生炸裂，燈及透光罩碎片掉入堆池底部（圖1）?，F(xiàn)場(chǎng)打撈工作不僅成本巨大，還會(huì)增加反應(yīng)堆水池、乏燃料水池異物風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)人員認(rèn)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(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目部人員對(duì)兩臺(tái)機(jī)組整體鹵鎢燈損壞情況進(jìn)行了一次系統(tǒng)梳理，詳情為：

（1）首臺(tái)機(jī)組，在安裝后試驗(yàn)期間，3 盞燈無法點(diǎn)亮、1 盞發(fā)生炸裂（與本次大修期間炸裂燈同一位置）；裝料期間，發(fā)現(xiàn)2 盞燈不能點(diǎn)亮；在轉(zhuǎn)運(yùn)首次乏燃料所需新燃料期間，發(fā)現(xiàn)3 盞燈不能點(diǎn)亮；本次大修期間，9 盞不能點(diǎn)亮，1 盞炸裂。

（2）另一臺(tái)機(jī)組與首臺(tái)機(jī)組滯后約10 個(gè)月移交驗(yàn)收，安裝試驗(yàn)期間有4 盞、在換料期間2 盞不能點(diǎn)亮。

因首臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，已進(jìn)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(tái)機(jī)組。該機(jī)組共計(jì)供貨40 盞燈，首輪安裝調(diào)試大修期間共計(jì)損壞17 盞、炸裂2 盞，損壞率為47.5%，現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目部認(rèn)為此損壞率較高。

水下照明燈更換、打撈工作，為一級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)、一級(jí)防異物工作，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，同時(shí)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(xì)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(dǎo)出高熱量，其本身屬于易損物項(xiàng)，不當(dāng)操作易導(dǎo)致炸裂風(fēng)險(xiǎn)。因此，設(shè)計(jì)對(duì)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(chǎn)品。但是核電機(jī)組從安裝到大修完成，水下照明裝置在安裝、調(diào)試和大修期間開燈時(shí)長(zhǎng)在部分區(qū)域已經(jīng)超過1000 h，剩余區(qū)域多數(shù)開燈時(shí)長(zhǎng)也接近1000 h。此外，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋，業(yè)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(shù)量在合理范圍之內(nèi)。查閱項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試記錄，所有照明燈在現(xiàn)場(chǎng)安裝完成后均會(huì)進(jìn)行動(dòng)作和點(diǎn)亮試驗(yàn)，驗(yàn)證失水裝置是否靈活以及所有照明燈能否正常點(diǎn)亮、熄滅，所以燈具的損壞確認(rèn)為安裝后運(yùn)行期間損壞，燈具實(shí)際使用時(shí)長(zhǎng)可能與現(xiàn)場(chǎng)工作人員預(yù)期差距較大。

通過調(diào)研國內(nèi)使用同類型水下照明裝置電站的損壞情況，與該海外項(xiàng)目類似，證實(shí)鹵鎢燈型水下照明燈設(shè)計(jì)壽命為1000 h，電站到每次大修時(shí)會(huì)有10～20 盞照明燈損壞，使用此類型照明燈具的業(yè)主單位需提前準(zhǔn)備好備件。

對(duì)于損壞率的問題，項(xiàng)目部人員最終認(rèn)可了鹵鎢燈的損壞率和使用時(shí)長(zhǎng)。對(duì)于本輪期間損壞的物項(xiàng)，業(yè)主重新采購了一定量的備件供現(xiàn)場(chǎng)更換使用，廠家也承擔(dān)了約10 盞可能未達(dá)到使用時(shí)長(zhǎng)就損壞的備件。對(duì)新提供的鹵鎢燈，廠家要求業(yè)主單位對(duì)各位置燈具使用狀態(tài)按小時(shí)做好記錄，后續(xù)憑借使用時(shí)長(zhǎng)證明文件對(duì)未達(dá)到1000 h 損壞的燈具進(jìn)行免費(fèi)更換，否則需重新采購。項(xiàng)目部人員做好監(jiān)督證明工作，在記錄文件上簽字確認(rèn)。

2.2 炸裂事件分析與措施

鑒于核電項(xiàng)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(shè)計(jì)和出廠時(shí)均已做了相應(yīng)考慮。例如，失水保護(hù)裝置，在燈具離開水面時(shí)能夠自動(dòng)切斷電源，防止燈具干燒、發(fā)生炸裂事件；水下燈具外部配備了航空玻璃材料的保護(hù)罩，即使發(fā)生炸裂事件也能包容住燈具產(chǎn)生的碎片，保證碎片不進(jìn)入放射性的水池。在出廠時(shí)，水下照明燈已在多方見證下做了相關(guān)的破壞性試驗(yàn)，驗(yàn)證過燈具實(shí)際炸裂情況。

事件發(fā)生后，首先和制造廠確認(rèn)了鹵鎢燈發(fā)熱量高，空氣中長(zhǎng)時(shí)間干燒會(huì)導(dǎo)致燈具的損壞甚至炸裂。廠家反饋出廠破壞性試驗(yàn)時(shí)，燈具會(huì)發(fā)生變形、燈絲燒壞但未發(fā)生炸裂。而項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)炸裂事件發(fā)生時(shí)無人見證，因此只能先排查失水保護(hù)裝置的問題，查看照明燈是否接入失水保護(hù)裝置?？紤]到機(jī)組在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，水池中的硼水產(chǎn)生結(jié)晶會(huì)附著在失水保護(hù)裝置動(dòng)作間隙，導(dǎo)致失水保護(hù)裝置無法正常工作的情況。但該項(xiàng)目水下照明裝置一個(gè)失水保護(hù)裝置保護(hù)兩盞鹵鎢燈，現(xiàn)場(chǎng)另一盞連接同一失水保護(hù)裝置的鹵鎢燈并未炸裂，第2 次炸裂還發(fā)生在同一位置。失水保護(hù)裝置是一個(gè)浮子式通斷開關(guān)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，發(fā)生問題的可能性不大，所以本次事件大概率為項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)了鹵鎢燈離水干燒的情況。當(dāng)運(yùn)行人員不熟悉規(guī)程，確實(shí)有很大的概率會(huì)出現(xiàn)不斷電就排水的操作。最后與業(yè)主單位溝通確認(rèn)，確因未斷電就排水導(dǎo)致了此次炸裂事件。目前項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)已對(duì)當(dāng)時(shí)相關(guān)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(guī)程，在業(yè)主單位內(nèi)部全體進(jìn)行培訓(xùn)宣貫，此后未再出現(xiàn)過水下照明燈炸裂的事件。

通過對(duì)整體炸裂事件始末分析可知，業(yè)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(diào)試單位未能及時(shí)反饋先前的炸裂事件，以及廠家也未將“未斷電，就排水”的風(fēng)險(xiǎn)明確告知到業(yè)主單位。此外，失水保護(hù)裝置按照設(shè)計(jì)要求，在照明燈離開水面時(shí)應(yīng)能及時(shí)阻斷電路，但航空玻璃罩在炸裂時(shí)也未能包容住照明燈碎片?，F(xiàn)場(chǎng)人員在事件后也排查了其余水下照明裝置動(dòng)作狀態(tài)，未發(fā)現(xiàn)問題。選取了一個(gè)備件燈干燒，也并未發(fā)生炸裂事件，情況和出廠破壞試驗(yàn)情況類似，只是燒黑。因此，該類水下照明燈、失水保護(hù)裝置在電站惡劣環(huán)境中運(yùn)行一段事件后，性能會(huì)出現(xiàn)一定概率的衰退，個(gè)別設(shè)備壽期末狀態(tài)差于壽期初。受條件限制，航空玻璃保護(hù)罩的破壞試驗(yàn)實(shí)際未模擬出燈具末期炸裂的破壞情況，現(xiàn)場(chǎng)本次也未能復(fù)現(xiàn)。對(duì)后續(xù)依舊采購此類型照明燈具的業(yè)主、設(shè)計(jì)或其他單位，建議協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)人員及廠家模擬驗(yàn)證下燈具運(yùn)行到末期的性能及保護(hù)罩的實(shí)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(shù)采用的鹵鎢燈型照明燈，是高溫輻射類型的照明原理，發(fā)熱量很大，燈絲運(yùn)行環(huán)境惡劣，本身設(shè)計(jì)壽命較短，需做好定期更換部分照明燈具的準(zhǔn)備。此外，該類型的鹵鎢燈性能后期狀態(tài)不穩(wěn)定，在電站運(yùn)行一段事件后出現(xiàn)干燒卻導(dǎo)致了炸裂，并且保護(hù)罩后期也不能起到應(yīng)有的保護(hù)作用。核電站水下照明燈安裝在放射性環(huán)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(jià)很大。因此，對(duì)于采用鹵鎢燈型式水下照明燈具的核電站業(yè)主單位，提出以下建議：

（1）合同簽訂時(shí)多采購備件，考慮大修期間可能使用的數(shù)量。后續(xù)大修前也應(yīng)提前準(zhǔn)備好備件，用作更換。

（2）按照設(shè)計(jì)及規(guī)程中的需求使用照明燈，非必要狀態(tài)下保持燈具關(guān)閉。

（3）對(duì)各個(gè)位置燈具的使用情況做好記錄，使用時(shí)長(zhǎng)未達(dá)到1000 h 的鹵鎢燈為質(zhì)量不合格產(chǎn)品，應(yīng)要求廠家免費(fèi)補(bǔ)供，而燈具的正常損壞需自行采購備件更換。

（4）嚴(yán)格“先斷電，再排水”的操作，定期宣貫給相關(guān)崗位的人員。

（5）對(duì)失水保護(hù)裝置靈活動(dòng)作的狀態(tài)多關(guān)注，及時(shí)替換不合格產(chǎn)品，也能減少炸裂時(shí)間還能出現(xiàn)的概率。

隨著LED 照明技術(shù)的不斷發(fā)展，目前國內(nèi)市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了LED 核用水下照明裝置產(chǎn)品。首先，與傳統(tǒng)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(shí)，是傳統(tǒng)鹵鎢燈30 多倍，大大減小運(yùn)維工作量及核廢物的產(chǎn)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(nèi)核電項(xiàng)目基地得到良好實(shí)踐，后續(xù)將成為核電項(xiàng)目水下照明裝置的主流產(chǎn)品。

4 結(jié)束語

某海外核電機(jī)組水下照明裝置在大修期間發(fā)生了損壞數(shù)量較多以及炸裂情況，經(jīng)過調(diào)研、分析、多方討論、驗(yàn)證等措施，確定鹵鎢燈型式水下照明燈具設(shè)計(jì)壽命超過1000 h，本身屬于易損品，單個(gè)HPR 1000 機(jī)組一個(gè)維修周期內(nèi)會(huì)正常損壞10～20 盞水下照明燈，業(yè)主單位需提前采購好備件，記錄好各位置照明燈使用時(shí)長(zhǎng)。業(yè)主單位務(wù)必嚴(yán)格執(zhí)行“先斷電，后排水”的操作，否則可能會(huì)導(dǎo)致鹵鎢燈式水下照明燈具炸裂的情況。文章也對(duì)炸裂燈具后續(xù)的試驗(yàn)修改提出一些參考意見。最后，目前國內(nèi)市場(chǎng)上已出現(xiàn)了LED 型式核用水下照明燈，因其壽命長(zhǎng)、照度穩(wěn)定、節(jié)能、能從根本上解決炸裂問題等原因，受到越來越多設(shè)計(jì)單位和業(yè)主的青睞，未來將成為核電水下照明裝置的主流產(chǎn)品。