某海外核电机组水下照明装置损坏情况分析

李 基

（中国中原对外工程有限公司，北京 100037）

0 引言

0.1 项目背景

某海外核电项目采用的是中国自主知识产权的华龙一号三代核电技术（HPR1000），共建设2 台机组，单台机组额定电功率超过1150 MW，设计寿命60年。2021 年5 月20 日，首台机组正式进入商业运行。2023 年2 月2 日，第二台机组也完成落成仪式。项目建设全周期内为当地提供就业岗位6 万多个，给当地带去了中国先进的工程建造技术。机组建成以来，为当地提供了丰富的清洁能源，极大地缓解了当地的电力问题。近期，该项目首台核电机组已完成了第一次换料大修，此次大修过程中，项目团队攻坚克难，积累了许多核电运行维护经验。

0.2 核用水下照明装置

核用水下照明装置是核电站反应堆检修设备的专用装置，安装在核电站反应堆厂房堆腔及换料水池、燃料转运仓、乏燃料贮存水池及容器装载井内：在反应堆停堆换料期间，为完成拆、装反应堆容器顶盖及对内构件、燃料组件装卸运输提供照明；在反应堆运行期间，为完成组件贮存、检查及外运的操作提供照明。由于环境的特殊性，此类产品在耐辐射、耐压、耐温、照度以及后期维护等方面有着非常苛刻的要求。

该核电项目水下照明装置由国内某照明灯厂家供货。设备由灯具、提升机构、失水保护装置等组成，其中灯具包含卤钨灯灯管、不锈钢反光罩和航空玻璃保护罩。提升机构是将灯具连接到其灯具支架上的装置，悬挂在一水平支撑杆上，既可固定也可左右移动位置。移动提升机构时，灯具可沿支撑杆左、右移动，调节好灯具位置后，可将其固定在支撑杆上。每套提升装置可放置2 套核用水下照明灯，既可同时开启，也可相互备用，两盏灯具共同连接在一个失水保护开关上。水下照明的失水保护装置利用磁性浮球与干簧耦合原理，在灯具脱离水体时自动切断电源，达到保护灯具的目的。

核用水下照明装置设备分级见表1，主要参数见表2。

表1 核用水下照明装置设备分级

表2 核用水下照明装置设备主要参数

水下照明装置运行工况如下：反应堆厂房内，在反应堆停堆、水池充水后水下照明装置连续照明；燃料厂房内，灯具在燃料转运仓连续或断续照明以及在乏燃料贮存水池连续或断续照明；容器装载井中的照明灯，断续照明。

1 问题过程

该项目首台机组在首次大修期间，发现9 盏水下照明灯熄灭、无法点亮。此外，装载井中1 盏水下照明灯具发生炸裂，灯及透光罩碎片掉入堆池底部（图1）。现场打捞工作不仅成本巨大，还会增加反应堆水池、乏燃料水池异物风险。现场人员认为，照明灯炸裂为不可接受的缺陷。

图1 大修期间损坏的水下照明灯

随后现场项目部人员对两台机组整体卤钨灯损坏情况进行了一次系统梳理，详情为：

（1）首台机组，在安装后试验期间，3 盏灯无法点亮、1 盏发生炸裂（与本次大修期间炸裂灯同一位置）；装料期间，发现2 盏灯不能点亮；在转运首次乏燃料所需新燃料期间，发现3 盏灯不能点亮；本次大修期间，9 盏不能点亮，1 盏炸裂。

（2）另一台机组与首台机组滞后约10 个月移交验收，安装试验期间有4 盏、在换料期间2 盏不能点亮。

因首台机组运行时间较长，已进入大修，灯具损坏情况更加可靠，因此水下照明装置损坏率决定参考首台机组。该机组共计供货40 盏灯，首轮安装调试大修期间共计损坏17 盏、炸裂2 盏，损坏率为47.5%，现场项目部认为此损坏率较高。

水下照明灯更换、打捞工作，为一级高风险作业、一级防异物工作，风险相对较高，同时损坏的灯具为电厂放射性固体废物、处理需要一定的成本，因此需要详细分析水下照明灯损坏率及炸裂情况。

2 问题分析与处理

2.1 损坏率分析与措施

卤钨灯功率很高（1600 W），需利用水导出高热量，其本身属于易损物项，不当操作易导致炸裂风险。因此，设计对卤钨灯类型的水下照明灯具寿命要求为超过1000 h 即为合格产品。但是核电机组从安装到大修完成，水下照明装置在安装、调试和大修期间开灯时长在部分区域已经超过1000 h，剩余区域多数开灯时长也接近1000 h。此外，根据现场反馈，业主还存在非必要条件开灯照明的情况，所以本次事件的照明灯损坏数量在合理范围之内。查阅项目现场安装调试记录，所有照明灯在现场安装完成后均会进行动作和点亮试验，验证失水装置是否灵活以及所有照明灯能否正常点亮、熄灭，所以灯具的损坏确认为安装后运行期间损坏，灯具实际使用时长可能与现场工作人员预期差距较大。

通过调研国内使用同类型水下照明装置电站的损坏情况，与该海外项目类似，证实卤钨灯型水下照明灯设计寿命为1000 h，电站到每次大修时会有10～20 盏照明灯损坏，使用此类型照明灯具的业主单位需提前准备好备件。

对于损坏率的问题，项目部人员最终认可了卤钨灯的损坏率和使用时长。对于本轮期间损坏的物项，业主重新采购了一定量的备件供现场更换使用，厂家也承担了约10 盏可能未达到使用时长就损坏的备件。对新提供的卤钨灯，厂家要求业主单位对各位置灯具使用状态按小时做好记录，后续凭借使用时长证明文件对未达到1000 h 损坏的灯具进行免费更换，否则需重新采购。项目部人员做好监督证明工作，在记录文件上签字确认。

2.2 炸裂事件分析与措施

鉴于核电项目的特殊性，水下照明灯具的炸裂事件是不能容许的。灯具在设计和出厂时均已做了相应考虑。例如，失水保护装置，在灯具离开水面时能够自动切断电源，防止灯具干烧、发生炸裂事件；水下灯具外部配备了航空玻璃材料的保护罩，即使发生炸裂事件也能包容住灯具产生的碎片，保证碎片不进入放射性的水池。在出厂时，水下照明灯已在多方见证下做了相关的破坏性试验，验证过灯具实际炸裂情况。

事件发生后，首先和制造厂确认了卤钨灯发热量高，空气中长时间干烧会导致灯具的损坏甚至炸裂。厂家反馈出厂破坏性试验时，灯具会发生变形、灯丝烧坏但未发生炸裂。而项目现场炸裂事件发生时无人见证，因此只能先排查失水保护装置的问题，查看照明灯是否接入失水保护装置。考虑到机组在长时间运行后，水池中的硼水产生结晶会附着在失水保护装置动作间隙，导致失水保护装置无法正常工作的情况。但该项目水下照明装置一个失水保护装置保护两盏卤钨灯，现场另一盏连接同一失水保护装置的卤钨灯并未炸裂，第2 次炸裂还发生在同一位置。失水保护装置是一个浮子式通断开关，结构简单，发生问题的可能性不大，所以本次事件大概率为项目现场出现了卤钨灯离水干烧的情况。当运行人员不熟悉规程，确实有很大的概率会出现不断电就排水的操作。最后与业主单位沟通确认，确因未断电就排水导致了此次炸裂事件。目前项目现场已对当时相关人员通告、处罚，并将“水下照明装置必须先断电，后排水”的操作写入规程，在业主单位内部全体进行培训宣贯，此后未再出现过水下照明灯炸裂的事件。

通过对整体炸裂事件始末分析可知，业主操作人员“未断电就排水”的操作是本次事件的直接原因。但安装调试单位未能及时反馈先前的炸裂事件，以及厂家也未将“未断电，就排水”的风险明确告知到业主单位。此外，失水保护装置按照设计要求，在照明灯离开水面时应能及时阻断电路，但航空玻璃罩在炸裂时也未能包容住照明灯碎片。现场人员在事件后也排查了其余水下照明装置动作状态，未发现问题。选取了一个备件灯干烧，也并未发生炸裂事件，情况和出厂破坏试验情况类似，只是烧黑。因此，该类水下照明灯、失水保护装置在电站恶劣环境中运行一段事件后，性能会出现一定概率的衰退，个别设备寿期末状态差于寿期初。受条件限制，航空玻璃保护罩的破坏试验实际未模拟出灯具末期炸裂的破坏情况，现场本次也未能复现。对后续依旧采购此类型照明灯具的业主、设计或其他单位，建议协调设计人员及厂家模拟验证下灯具运行到末期的性能及保护罩的实际承受爆炸的能力。

3 展望与建议

目前核电站水下照明装置大多数采用的卤钨灯型照明灯，是高温辐射类型的照明原理，发热量很大，灯丝运行环境恶劣，本身设计寿命较短，需做好定期更换部分照明灯具的准备。此外，该类型的卤钨灯性能后期状态不稳定，在电站运行一段事件后出现干烧却导致了炸裂，并且保护罩后期也不能起到应有的保护作用。核电站水下照明灯安装在放射性环境中，灯具的更换，尤其是灯具碎片的打捞是放射性工作，代价很大。因此，对于采用卤钨灯型式水下照明灯具的核电站业主单位，提出以下建议：

（1）合同签订时多采购备件，考虑大修期间可能使用的数量。后续大修前也应提前准备好备件，用作更换。

（2）按照设计及规程中的需求使用照明灯，非必要状态下保持灯具关闭。

（3）对各个位置灯具的使用情况做好记录，使用时长未达到1000 h 的卤钨灯为质量不合格产品，应要求厂家免费补供，而灯具的正常损坏需自行采购备件更换。

（4）严格“先断电，再排水”的操作，定期宣贯给相关岗位的人员。

（5）对失水保护装置灵活动作的状态多关注，及时替换不合格产品，也能减少炸裂时间还能出现的概率。

随着LED 照明技术的不断发展，目前国内市场上已经出现了LED 核用水下照明装置产品。首先，与传统卤钨灯相比，LED 灯安全性高，作为冷光源、能从根本上杜绝炸裂事件。其次，LED 灯寿命超过3 万小时，是传统卤钨灯30 多倍，大大减小运维工作量及核废物的产生。最后，LED 灯功率200 W 左右，电力消耗低。目前已在秦山、福清等国内核电项目基地得到良好实践，后续将成为核电项目水下照明装置的主流产品。

4 结束语

某海外核电机组水下照明装置在大修期间发生了损坏数量较多以及炸裂情况，经过调研、分析、多方讨论、验证等措施，确定卤钨灯型式水下照明灯具设计寿命超过1000 h，本身属于易损品，单个HPR 1000 机组一个维修周期内会正常损坏10～20 盏水下照明灯，业主单位需提前采购好备件，记录好各位置照明灯使用时长。业主单位务必严格执行“先断电，后排水”的操作，否则可能会导致卤钨灯式水下照明灯具炸裂的情况。文章也对炸裂灯具后续的试验修改提出一些参考意见。最后，目前国内市场上已出现了LED 型式核用水下照明灯，因其寿命长、照度稳定、节能、能从根本上解决炸裂问题等原因，受到越来越多设计单位和业主的青睐，未来将成为核电水下照明装置的主流产品。