核电厂核反应堆及其乏燃料组件储存水池照明设计

核电厂核反应堆及其乏燃料组件储存水池照明设计
摘要：在核电厂反应堆运行期间，需要完成组件贮存、检查及外运的操作，必
须有良好的照明质量以保证各项操作按要求完成，水下照明设备是核反应堆及其
乏燃料组件储存水池进行水下观察和操作必备的照明设备。

本文根据国际照明委
员会照明标准和核电厂水下照明装置的特殊要求，分析了核反应堆及其乏燃料组
件储存水池内部照明的设计、灯具布置和照度等问题，确定采用泛光照明灯具，
并对各个水池的照度进行了验证。

关键词：燃料组件；照明设计；泛光照明；照度
1.引言
核电厂反应堆堆腔水池、卸料水池及燃料贮存水池，其内由换料机、传输系统、乏燃料吊车组成了燃料运输储存（PMC）系统，是每次核电站换料大修期间，完成反应堆燃料组件装卸操作与储存的重要场所；PMC系统直接与燃料接触，是
核安全相关系统，其稳定性直接决定大修工期，影响核电厂运行的安全性和经济性，因此水下照明设备应满足两项基本要求：安全和照度。

首先是安全，保证不
致因本身的不安全因素而影响反应堆等核设施的正常运行；其次是照度，即能为
核电厂水下观察和操作提供足够的照度。

2.照明系统设计
2.1 设计要求
在核电厂反应堆运行期间，需要完成组件贮存、检查及外运的操作，必须有
良好的照明质量以保证各项操作按要求完成，水下照明设备是核反应堆及其乏燃
料组件储存水池进行水下观察和操作必备的照明设备。

结合反应堆燃料组件装卸
操作与储存的环境和辐射的影响，对照明设备的性能进行综合考虑，要求如下：水下照明设备应能在温度10～60℃，PH值4.7～5.5（25℃），浓度2300～2500ppm去离子水中连续工作720小时；
须选用不含汞元素的光源，如卤钨灯、LED等；
光源色温为2800～4000K；
光源寿命≥1000小时；
光源承受2.5×104Gy剂量辐照后，光通维持率≥85%；
灯具耐水压≥0.16Mpa；
灯具壳体及反射器经2.5×106Gy剂量辐照后不变形、不损坏、不龟裂；
灯具透光罩承受2.5×104Gy剂量辐照后不能变色，白光吸收不高于5%；
照度要求见表1。

表1 照度要求
2.2 灯具的布置
考虑到反应堆厂房和燃料厂房内部水池内在部分灯具熄灭的情况下也要保证
有良好的照明，结合设计院的照明布置图，选择一杆两灯的形式，正常照明只开
一盏灯，另一盏作为备用，故选择200W的核用LED水下灯安装在池壁向池底照射，这样灯具的利用率最大，又能避免眩光的影响。

具体布置位置如下：
2.2.1反应堆厂房换料水池和堆内构件存放池内共设置水下照明装置8处，详
见图1：
图1 反应堆厂房水池水下照明装置布置图
2.2.2燃料厂房共设置水下照明装置13处，详见图2
图2 燃料厂房水池水下照明装置布置图
2.3 光源的选择
因不含汞元素的常用光源仅有白炽灯、卤钨灯、无汞钠灯和LED，表2给出
了上述光源主要技术指标。

表2 光源主要技术指标
从表2中可看出，白炽灯平均寿命、色温和光效均不能满足要求；无汞钠灯
显色指数太低，且属于气体放电光源，易发生炸裂，不宜在此环境中应用；卤钨
灯和LED光源均可满足上述要求，但相对卤钨灯，LED光源寿命长，光效高，体
积小，且LED属于固态光源，不存在炸裂的可能性，故选择一种功率200W，色
温3000K，寿命33000小时，显色指数为80，光通量20000lm的集成LED光源； 2.4 灯具及配光曲线
2.4.1灯具
选择灯具时应考虑的因素包括：
灯具的光度数据——灯具效率、配光、利用系数、光通量、光束角等参数参
见表3；
经济性——灯具寿命、维护费用等；
灯具的使用环境条件——是否防炸裂、防腐蚀、防脱落等；
耐辐照性能——辐照对元器件性能影响。

在选择LED光源的前提下，灯具的效率、利用系数、电消耗和价格
表3 灯具光度数据
3.1 控制系统一体化
过去发电厂在自动控制系统，辅助设备较多的使用可编程逻辑控制器（PLC）
进行控制，通过这个设备与机组DCS之间进行数据共享，效果不好，会给燃气蒸
汽联合机组带来一定问题，且无法实现全厂一键启机的集成控制要求。

DCS控制
系统的价格已经不再那么高了，同时燃机TCS控制系统和DCS控制系统的环境适
应力也得到了加强，其可兼容性越来越高。

辅助设备的控制点也可以加入DCS进
行控制。

目前国内燃气蒸汽联合循环电厂已逐步实现全厂DCS自动控制，国外同
类型的电厂也多在招标时提出该要求。

典型的DCS控制系统如下图，包括对锅炉、汽机、热力系统、电力系统、水
系统的控制模块，同时包括对全厂通讯的联络。

全厂控制一体化的难点在于相对独立的燃机TCS扩展到联合循环DCS中，这
就要求，TCS和DCS最好在硬件上选择同一品牌的产品，在实现单循环与联合循
环进行自由切换的功能时，要合理设计全厂顺控逻辑。

对于一键启机的自动控制要求，需要将全厂辅机设备投入的时间做合理分配。

以保证全厂高效运行。

3.2 控制网络一体化
电厂采用控制系统一体化，通过DCS对各设备进行平行连接，可以使系统网
络结构更容易配合，实现共享信息，减少人为操作产生的失误，提高机组效率。

3.3 优化控制系统后的特点
首先，经过优化之后，可以简化系统，提高电厂自动化水平，真正实现信息
共享。

其次，电厂的自动控制系统软硬件设备的一致，简化运行与人员的培训，
降低成本。

再次，由于提升了电厂自动化的水平，可以减少人为操作带来的隐患，提高电厂效率。

结束语
综上所述，在燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统优化的方面，我们可以采
取更好的措施，从而更好的提升燃气蒸汽联合循环机组全厂自动控制的效果，让
控制更加符合要求。

参考文献：
[1]韩宝凤，王军，郭庆富.燃气―蒸汽联合循环机组余热锅炉控制系统[J].通用机械，2018（09）：62-64.
[2]黄冬兰，庄续奎. 燃气蒸汽联合循环机组全厂控制系统优化研究[J].电力勘
测设计，2018（03）：37-39.。