大亚湾核电站本体结构

(1)压紧组件结构




压紧组件由轭板、弹簧导内筒、底板、内外两 圈螺旋弹簧及销钉等组成，零部件全部用304 型不锈钢制造。图2-10展示了压紧组件的结构。 底板上留有冷却剂流经的通道，钻有插固定可 燃毒物棒、中子源棒和阻力塞的螺纹孔。 底板与弹簧导向筒相焊，导向筒为内外两圈螺 旋形压紧弹簧提供横向支承。底板承放在燃料 组件上管座的承接板上，而在这两块板之间留 有水流通过的空间。 轭板由弹簧导向筒的槽沟内滑动的两个销钉定 位和导向，轭板与弹簧导向筒配合并且当上部 堆芯板就位时，通过轭板压缩压紧弹簧，使堆 芯相关组件定位。 在压紧组件的底板上与燃料组件导向管相应的 位置上，加工有标准规格的螺纹孔，以便与堆 芯相关部件，即可燃毒物棒、初级中子源棒、 次级中子源棒和阻力塞等顶部的螺纹相配合； 紧固之后再用销钉定位并点焊，并保证运行及 操作过程中不会松动，而且有可能更换。
图2-4 导向管的缓冲段结构及 其与下管座的连接
6、通量测量管

放在燃料组件中心位置的通量测量管用来容纳堆芯通 量探测仪的钢护套管。通量测量管由锆-4合金制成， 直径上下一致，其在格架中的固定方法与导向管相同。
7、定位格架


燃料组件中，燃料棒沿长度方向由八层格架夹住定位， 这种定位使棒的间距在组件的设计寿期内得以保持。 格架的夹紧力设计成既使可能发生的振动磨蚀到最小， 又允许有不同的热膨胀滑移，也不致引起包壳的超应 力。 格架由锆 -4 合金条带制成，呈 l7×17 正方栅格排列， 条带的交叉处用电子束焊双边点焊连接。外条带比内 条带厚，内条带的端部焊在外条带上，外条带端部由 三道焊缝连接，使格架能在运输及装卸料操作过程中 很好地保护燃料棒。



在格架栅元中，燃料棒的—边由弹簧施力，另一边顶住锆合金条带 上冲出的两个刚性凸起，两边的力共同作用使棒保持中心位置。弹 簧力是由跨夹在锆合金条带上的因科镍718制的弹簧夹子产生的，弹 簧夹子由因科镍718片弯成开口环而制成，然后把夹子跨放在条带上 夹紧定位，并在上下相接面上点焊，以把条带全部围起来。最终成 形的弹簧组合件形成两个相背的弹簧分别顶住相邻栅元的两根燃料 棒，这样，弹簧作用在条带上的力自然抵消了。也就减少了格架的 应力。 但是在下述部位的情况不同：外条带上只有刚性凸起，在导向管栅 元里不需要设置弹簧。 定位格架通过条带上的调节片直接点焊在导向管上与其相连。在格 架的四周外条带的上缘设有导向翼，并按照避免装卸操作时相邻组 件的格架相互干扰的方式来布置。在高通量区的六个格架（即从下 至上第2至第7个格架）在内条带上还设置有搅混翼，以促进冷却剂 流的混合，有利于燃料棒的冷却和传热。
堆芯上栅格板 堆芯围板
堆芯下栅格板
初始堆芯采用三种不同加浓度的 燃料分区布置
加浓度最高的燃料装在堆芯的外围，称为3区，另外两 种较低加浓度的燃料以国际象棋棋盘的方式布置在堆 芯内区，称为1区和2区。 各区所装燃料的加浓度及组件数如下：

1区：53个燃料组件，加浓度为1.80%， 2区：52个燃料组件，加浓度为2.40%， 3区：52个燃料组件，加浓度为3.10%。
图2-5 燃料组件上管座的结构
5、导向筒



在标准的17×17燃料组件中，导向管占据 24个栅元，它们为控制棒插入和提出提供 了导向的通道。 导向管由一整根锆-4合金管子制成。其下 段在第一和第二格架之间直径缩小，在紧 急停堆时，当控制棒在导向管内接近行程 底部时，它将起缓冲作用。 缓冲段的过渡区呈锥形，以避免管径过快 变化，在过渡区上方开有流水孔，在正常 运行时有一定的冷却水流入管内进行冷却， 而在紧急停堆时水能部分地从管内流出， 以保证控制棒的冲击速度被限制在棒束控 制组件最大的容许速度之内，又使缓冲段 内因减速而产生的最大压力引起导向管的 应力不超过最大许用应力。 缓冲段以下在第一层格架的高度处，导向 管扩径至正常管径，使这层格架与上面各 层格架以相同的方式与导向管相连。

图2-8 吸收剂棒和 不锈钢棒的结构




下端塞呈子弹头形状，以便在棒束 控制组件移动时，吸收剂棒平稳地 导向进入燃料组件中的导向管。 当 控 制 棒 组件完 全 从 堆 芯抽出 时 (即最高位置)，吸收剂棒的总长度 能够保证棒的下端仍保持在导向套 管之内，使吸收剂棒和导向套管保 持对中。 吸收剂棒的上端塞具有螺纹端头， 以便与星形架的指状物相连接。 银—铟一镉或不锈钢的砌块在不锈 钢包壳内，上端塞下面由预紧的螺 圈形弹簧压紧定位。 黑的棒束控制组件所含的 24根吸收 剂棒都是银 —铟一镉合金制的黑棒。 灰的棒束控制组件只含有 8 根银 — 铟一镉合金制的棒，其余16根为钢 棒，因此吸收中子的能力较小。
3、吸收剂棒组件
大亚湾核电站采用两种类型的吸收剂棒，即黑棒和灰 棒。除了吸收剂材料不同之外，所有吸收剂棒的结构 是相向的。 黑棒的吸收剂材料为银一铟一镉合金，重量百分比分 别为80％、l5%和5%。这种合金做成挤压成形的芯块， 封装在不锈钢包壳内，两端有钨极惰性气体保护焊接 的端塞，防止吸收剂材料与冷却剂接触。 灰棒的吸收剂材料为不锈钢，其结构形式与黑棒相似。

通常每年停堆换料一次，更换三分之一堆芯，即 52个 燃料组件，新燃烧的加浓度为 3.25％。将燃耗最深的 组件卸走，新燃料放入外区，而其余组件则在堆芯内 区按棋盘方式重新布置，使堆芯功率分布尽可能均匀。
2.2核燃料组件


核燃料组件由燃料棒、导向管、定位格架和上下管座 组成，燃料棒呈17×17正方形排列。 导向管与八层格架和上下管座连接，组成基本的燃料 组件结构骨架。而燃料棒被支撑并夹紧在这个结构骨 架内，棒的间距沿组件的全长保持不变。 每个组件共有289个栅元，设有24根导向管和一根堆内 通量测量管，其余264个栅元装有燃料棒。
2.1堆芯概述

大亚湾核电站采用世界上已发展成熟且被广泛 应用、具有80年代末先进水平的压水反应堆堆 型，单机组电功率近百万千瓦。
图2-1 大亚湾核电站 反应堆本体结构剖面图

堆芯装有157个几何上 和机械上都完全相同 的燃料组件，燃料组 件被安置在承放堆芯 的下栅格板上，外侧 用包络堆芯的堆芯围 板定位。上栅格板放 置在燃料组件顶部的 压紧弹簧上，用以防 止在事故情况下由于 水力不稳定性而使燃 料组件上升。


大亚湾核电站所采用的是比法国 标准900MW压水堆核电站所用的燃 料组件更为先进的改进型燃料组 件。 突出的特点是当探测出某个组件 有破损的燃料棒而且确定破损燃 料棒的位置之后，可以用乏燃料 池内安装的专用设施更换破损的 燃料棒，从而修复该燃料组件、 重新利用。
1、燃料芯块


直径8.19mm，高度13.5mm的正圆柱体 。 为了减小芯块在温度和辐照作用下的膨胀和肿胀，从 而减少芯块与包壳的相互作用，每个芯块的端面呈浅 碟形。 为获得合适的芯块显微结构，采用粉末压制的制块工 艺并加入一些制孔剂，使烧结后芯块内部存在—些细 孔，即可以容纳绝大部分裂变气体，又使芯块致密化 效应减至最少。
2、燃料棒

改进型燃料组件燃料棒的端塞设计 成便于组件中燃料单棒的抽换。端 塞以有一圈径向槽为特点，便于专 用的抽拔工具夹紧源自文库料棒。
3、下管座
下管座是一个正方形箱式结构，它起着燃料组件 底部构件的作用，又对流入燃料组件的冷却剂起 着流量分配作用。下管座由四个支撑脚和一块方 形孔板组成，都用304型不锈钢制造。 为了使导向管端塞定位和连接锁紧，在导向管孔 的四周加工了凹口，锆 -4 合金制的螺纹塞头拧紧 并焊在导向管的底部。 导向管与下管座的连接借助其螺纹塞头来实现， 螺纹塞头的端部带有一个卡紧的薄壁圆环，用胀 管工具使圆环机械地变形并镶入管座内带凹槽的 扇形孔中；螺纹塞头旋紧在锆合金端塞的螺孔中 将导向管锁紧在下管座中。 组件重量和施加在组件上的轴向载荷，经导向管 传递，通过下管座分布到堆芯下栅格板上。燃料 组件在堆芯中的正确定位由对角线上两个支撑脚 上的孔来保证，这两个孔和堆芯下栅格板上的两 个定位销相配合，作用在燃料组件上的水平载荷 同样通过定位销传送到堆芯支承结构上。
(2)可燃毒物组件


可燃毒物棒为装在304型不锈钢包壳管 内的一根硼玻璃管（成分为B203十 SiO2），硼玻璃管在内径全长还用薄 壁304型管状内衬支承，内衬用于防止 玻璃管坍塌和蠕变，而两个内部构件 之间允许有位移。包壳管的两端堵塞 住并施密封焊。内外包壳之间留有足 够的气隙空间，以便容纳释放出的氦 气，并限制其内压小于反应堆运行压 力。图2-11展示了可燃毒物棒结构。 可燃毒物棒束固定到压紧组件的底板 上去就构成可燃毒物棒组件。 大亚湾核电站的首次堆芯装有48个含l2 根可燃毒物棒的组件和18个含l6根可燃 毒物棒的组件，加上2个初级中子源棒 组件中的32根，共有含896根可燃毒物 棒的68个组件。在第一次换料时将全 部卸出，换上阻力塞组件。
(3)初级中子源棒组件
初级中子源棒的核心是封装在双层套筒 内的锎 -252 （ 252Cf ），这一套筒由下 部及上部的氧化铝（AL2O3）制间隔棒定 位，装在不锈钢包壳内位于堆芯下部约 四分之一高度处，包壳两端封装。上端 塞顶部加工有螺纹，固定到压紧组件的 底板上去。 锎-252发生自发裂变而为监督初始堆芯 装料和反应堆启动提供所需的中子源。 初级中子源的工作寿期为制造后的 500 至1000天，该寿期与堆芯第一燃料运行 周期相一致。 大亚湾核电站的首次装料装有 2 个初级 中子源棒组件，每个组件所含的24根棒 中，有1根初级中子源棒，1根次级中子 源棒，16根可燃毒物棒和6个阻力塞。
4、堆芯相关组件

堆芯相关组件包括可燃毒物棒 组件、初级中子源组件、次级 中子源组件和阻力塞组件四种， 每一种组件都包括：
一个压紧组件形成的支承结构。
四种堆芯相关组件的压紧组件 结构都是相同的，它放置在燃 料组件上管座的承接板上； 24 根棒束。每根棒的上端塞先 用螺纹拧紧到压紧组件上，然 后用销钉定位，最后将销钉焊 接固定。

图2-12 初级中子源棒及中子源套筒的结构
(4)次级中子源棒组件
次级中子源棒利用初始非放射性的锑和 铍混合物制成的芯块，从304型不锈钢包 壳的底部堆砌至棒的中部，上下端塞封 装，里面充氦气压力至 4.5MPa ，以防止 堆芯寿期内由于冷却剂压力而使包壳塌 陷。 次级中子源在堆内经中子辐照之后，锑123经(n、γ )反应放出γ 射线并衰变为 锑-124，而铍经历(γ 、n)反应，产生中 子并释放氦原子核至空隙空间。大亚湾 核电站的首次装料中有2个次级中子源棒 组件，各有4根次级中子源棒和20个阻力 塞，加上2根初级中子源棒组件中的2根 次级中子源棒，共有10根次级中子源棒。 在满功率运行两个月之后，它们提供的 中子源可在停堆12个月之后再启动反应 堆。次级中子源棒在换料时保留在堆芯 中。
2.3棒束控制组件


棒束控制组件包括一组24根吸 收剂棒和用作吸收剂棒支承结 构的星形架；星形架与安置在 反应堆容器封头上的控制棒驱 动机构的传动轴相啮合。 图2-6展示出一个棒束控制组 件的概貌。
2、星形架



星形架由中心毂环、翼片和下部呈圆筒形的指状 物等组成，它们之间用钎焊相连接。毂环上端加 上多道凹槽，以便与传动轴相啮合并供吊装用。 与毂环底端成整体的圆筒中设置有弹簧组件，以 便在紧急停堆时，当棒束控制组件与燃料组件上 管座的连接板相撞击时吸收冲击能量。 固定弹簧用的螺柱及弹簧托环与毂环之间用螺纹 连接，然后施焊，以保证运行时无故障。除弹簧 （用因科镍718制）及其支承环（用A1S1 630不 锈钢制）以外，星形架的所有部件均用 304 型不 锈钢制造。 吸收剂棒固定在星形架的指状物上，棒与指状物 之间先用螺纹连接，然后用销钉保持接点紧固， 最后将销钉焊接固定，以保证无故障运行。销钉 位置以下的吸收剂棒端塞直径减小，以增加棒的 柔性，以便将组装时以及运行中与传动轴线之间 的不对中效应减至最小程度。

图2-4 导向管的缓冲段结构及其与下管座的连接
4、上管座

上管座是一个箱式结构，它起着 燃料组件上部构件的作用，并构 成了一个水腔，加热了的冷却剂 由燃料组件上管座流向堆芯上栅 格板的流水孔。上管座还构成燃 料组件的相关部件的护罩。上管 座由承接板、围板、顶板、四个 板弹簧和相配的零件组成。除了 板弹簧和它们的压紧螺栓用因科 镍718制造之外，上下管座的所 有零件用304型不锈钢制造。