压水堆核电站的燃料组件装卸方法专利目的

《压水堆核电站的燃料组件装卸方法》的目的是提供一种压水堆核电站燃料的装卸方法，以在保证燃料组件安全该的前提下，提高换料机的换料效率，缩短大修关键路径时间，从而给核电站带来显著的经济该效益。

压水堆核电站的燃料组件装卸方法技术方案

《压水堆核电站的燃料组件装卸方法》提供了一种压水堆核电站的燃料组件装载方法，包括：

（1）控制系统驱动换料机的大车和小车同时运行至目标预定偏置位置；

（2）所述控制系统驱动所述换料机的主提升下降至第一高度；

（3）所述控制系统驱动所述大车和小车运行至目标位置正上方；

（4）所述控制系统驱动所述主提升下降至堆芯底部。

与2013年7月前已有技术相比，该发明的压水堆核电站的燃料组件装载方法，现将大车和小车该同时运行至目标预定的全偏置位置，再将主提升下降至第一高度（即距离堆芯顶部的该8700毫米处），之后将大车和小车运行至目标位置正上方，最后将主提升下降至堆芯底部以完该成燃料组件的装载过程；即，该装载方法在保证燃料组件安全的前提下，仅采用了一次偏置该方式（全偏置方式），相比传统装载过程中所采用的“全偏置 半偏置”的二次偏置方式，提高该了换料机的换料效率，缩短了大修关键路径时间，从而给核电站带来了显著的经济效益。

较佳地，进行步骤（1）之前还包括：根据所述换料机的当前位置判断是否进行偏置，根据判断结果进行步骤（1）或步该骤（3）。

具体地，“根据所述换料机的当前位置判断是否进行偏置”具体包括：以所述大车和所述小车的运动方向维度建立堆芯二维数组图；将所述换料机的当前位置转换为所述堆芯二维数组图中的位置；采用九宫格模型判断是否进行偏置及偏置方向。

较佳地，进行“采用九宫格模型判断是否进行偏置及确定偏置方向”之前还包括：判断所述目标位置是否合法。

具体地，所述第一高度为距离堆芯顶部8.7米处。

相应地，该发明还提供了一种压水堆核电站的燃料组件卸载方法，包括：

（1）控制系统驱动换料机的大车和小车同时运行至目标位置正上方；

（2）所述控制系统驱动所述换料机的主提升上升至第一高度；

（3）所述控制系统驱动所述大车和小车同时运行至目标预定的全偏置位置；

（4）所述控制系统驱动所述主提升上升至堆芯顶部。

压水堆核电站的燃料组件装卸方法改善效果

《压水堆核电站的燃料组件装卸方法》先将大车和小车同该时运行至目标位置正上方，再将主提升上升至第一高度（即距离堆芯顶部的8700毫米处），之该后将大车和小车运行至目标预定的偏置位置，最后将主提升上升至堆芯顶部以完成燃料组该件的卸载过程；即，该卸载方法在保证燃料组件安全的前提下，仅采用了一次偏置方式（全该偏置方式），相比传统卸载过程中所采用的“全偏置 半偏置”的二次偏置方式，提高了换料该机的换料效率，缩短了大修关键路径时间，从而给核电站带来了显著的经济效益。

压水堆核电站燃料组件的装卸工作主要由换料机完成，装卸燃料组件过程为核电该站大修期间关键路径之一。如何在保证核燃料组件安全的前提下，以最短的时间完成装卸该工作直接关系着大修关键路径时间，从而影响着核电站的效益。

为了保证燃料组件的安全，防止装卸过程中因距离太近而导致相互剐蹭，换料机该一般会采用偏置的方式，即换料机在插拔燃料组件时离开目标位置一段距离。而根据距离该的不同，偏置方式分为全偏置和半偏置两种（如图1所示）。

参考图2，在2013年7月前已有的装卸料过程中，以装料过程为例，其具体流程如下：

S101，根据换料机当前的位置判断是否需要进行偏置，若是，则执行S102，反之，则该执行S106。具体地，如图3及图4所示，换料机运行于堆芯上面的轨道且与控制系统连接，主该要由大车、小车及主提升三部分组成，堆芯位于换料机的后上方。其中，大车负责前后（X方该向）的运动，小车负责左右（Y方向）的运动，主提升则负责上下（Z方向）的运动。该控制系统该内装有一套可编程控制器，其内运行换料机的控制软件。工作时，控制系统通过装载于大该车、小车及主提升上的三个编码器实时获取位置信号，并实时判断换料机的当前位置，根据该该当前位置判断是否需要进行偏置，且换料机各个部分的后续运行方向均由控制系统控该制，直至完成整个装料工作。

S102，换料机的大车和小车同时运行至全偏置位置。

S103，主提升下降至7900毫米高度，堆芯全程高度约为8700毫米。

S104，换料机的大车和小车同时运行至半偏置位置。

S105，主提升下降至8700毫米高度。

S106，换料机的大车和小车同时运行至目标格架正上方。

S107，主提升下降至堆芯底部，直至载荷释放，燃料组件坐落于目标格架上。

综上，2013年7月前已有的换料机采用的是“全偏置 半偏置”的二次偏置方式（如图5所示），导该致换料机的换料效率低下，延长了大修关键路径时间，从而影响了核电站效益。

另外，控制系统内装载的控制软件在判断判断是否需要进行偏置时，其具体流程该是：将堆芯组件变为17*17的289个数字，每个燃料组件对应唯一的编号，形成如图6所示的该堆芯指针图。当换料机在堆芯内运动时，控制系统会根据大车、小车及主提升上的三个编码该器实时获取位置信号得知换料机的当前位置，之后根据该堆芯指针图得知换料机的当前位该置属于第几个燃料组件编号，最后再根据所得知的所属编号周围燃料组件是否装载，来进该一步判断能否满足偏置条件及确定偏置方向。即，采用指针轮询的方式进行偏置条件的判该断及偏置方向的确定。在采用指针轮询方式时，为了确定换料机的当前位置属于第几个燃该料组件编号，每次都需要便利整个堆芯指针图，效率极低，且未进行架构优化，无法满足实该时性要求，还存在误判的可能。

同样，在卸料过程中，换料机仍然采用的是“全偏置 半偏置”的二次偏置方式，导该致换料机的换料效率低下，延长了大修关键路径时间，从而影响了核电站效益。且在判断是该否需要进行偏置时，仍然是采用上述的指针轮询方式。

因此，有必要提供一种改进的燃料组件装卸方法来克服上述缺陷。

图1为偏置方式的示意图。

图2为已有燃料组件的装料流程图。

图3为换料机与堆芯的示意图。

图4为换料机控制系统的示意图。

图5为图2所述装料流程图的二次偏置示意图。

图6为堆芯指针图。

图7为《压水堆核电站的燃料组件装卸方法》一实施例的流程图。

图8为图7所述装载方法流程图的一次偏置示意图。

图9为图7所示步骤S201的子流程图。

图10为图9所示步骤S2011的堆芯二维数组图。

图11为二维数组维度坐标示意图。

图12为九宫格模型示意图。

图13为目标位置合法性判断的流程图。

图14为目标位置的9种合法情形示意图。

图15为根据图12确定偏置方向的流程图。

图16为4种符合偏置换料条件的情形的换料示意图。

图17为该发明反应堆核电站的燃料组件卸载方法一实施例的流程图。

《压水堆核电站的燃料组件装卸方法》涉及压水堆核电站燃料组件的装卸技术领域，更具体地涉及一种压水堆核该电站的燃料组件装卸方法。

1.一种压水堆核电站的燃料组件装载方法，其特征在于，包括：（1）控制系统驱动换料机的大车和小车同时运行至目标预定的全偏置位置；（2）所述控制系统驱动所述换料机的主提升下降至第一高度；（3）所述控制系统驱动所述大车和小车运行至目标位置正上方；（4）所述控制系统驱动所述主提升下降至堆芯底部。

2.如权利要求1所述的装载方法，其特征在于，进行步骤（1）之前还包括：根据所述换料机的当前位置判断是否进行偏置，根据判断结果进行步骤（1）或步骤该（3）。

3.如权利要求2所述的装载方法，其特征在于，“根据所述换料机的当前位置判断是否该进行偏置”具体包括：以所述大车和所述小车的运动方向维度建立堆芯二维数组图；将所述换料机的当前位置转换为所述堆芯二维数组图中的位置；采用九宫格模型判断是否进行偏置及确定偏置方向。

4.如权利要求3所述的装载方法，其特征在于，进行“采用九宫格模型判断是否进行偏该置及确定偏置方向”之前还包括：判断所述目标位置是否合法。

5.如权利要求1所述的装载方法，其特征在于，所述第一高度为距离堆芯顶部8.7米处。

6.一种压水堆核电站的燃料组件卸载方法，其特征在于，包括：（1）控制系统驱动换料机的大车和小车同时运行至目标位置正上方；（2）所述控制系统驱动所述换料机的主提升上升至第一高度；（3）所述控制系统驱动所述大车和小车同时运行至目标预定的全偏置位置；（4）所述控制系统驱动所述主提升上升至堆芯顶部。

7.如权利要求6所述的卸载方法，其特征在于，进行步骤（1）之前还包括：根据所述换料机的当前位置判断是否进行偏置。

8.如权利要求7所述的卸载方法，其特征在于，“根据所述换料机的当前位置判断是否该进行偏置”具体包括：以所述大车和所述小车的运动方向维度建立堆芯二维数组图；将所述换料机的当前位置转换为所述堆芯二维数组图中的位置；采用九宫格模型判断是否进行偏置及确定偏置方向。

9.如权利要求8所述的卸载方法，其特征在于，进行“采用九宫格模型判断是否进行偏该置及确定偏置方向”之前还包括：判断所述目标位置是否合法。

10.如权利要求6所述的卸载方法，其特征在于，所述第一高度为距离堆芯顶部8.7米该处。

参考图7，《压水堆核电站的燃料组件装卸方法》包括以下步骤：

S201，根据换料机的当前位置判断是否进行偏置，若是，则进行S202，反之，则进行该S204；

S202，控制系统驱动大车和小车同时运行至目标预定的全偏置位置；如图8所示的该全偏置位置；

S203，控制系统驱动主提升下降至第一高度，即距离堆芯顶部8.7米处；

S204，控制系统驱动大车和小车同时运行至目标位置正上方；

S205，控制系统驱动主提升下降至堆芯底部，直至载荷释放，燃料组件坐落于目标该格架上。

需要说明的是，步骤S201、S204及S205是在S201判断出不需要进行偏置的情况下，该采用直插方式完成的燃料组件的装载。

从以上描述及图8可以看出，在燃料组件的装载过程中，在保证燃料组件安全的前该提下，仅采用了一次偏置方式（全偏置方式），相比传统装载过程中所采用的“全偏置 半偏该置”的二次偏置方式，提高了换料机的换料效率，缩短了大修关键路径时间，从而给核电站该带来了显著的经济效益。

具体地，如图9所示，步骤S201具体包括：

S2011，以大车和小车的运动方向维度建立堆芯二维数组图；具体地，采用17*17的该二维数组代替传统的堆芯指针图，X为大车的运动方向维度，涵盖堆芯01—15编码组件，Y为该小车的运动方向维度，涵盖堆芯A-R编码组件，Array【X，Y】即代表堆芯单个燃料组件，所建该立的堆芯二维数组图如图10所示，图中的白色部分代表堆芯；

S2012，将换料机的当前位置转换为堆芯二维数组图中的位置；具体地，装载于换该料机的大车、小车及主提升的三个编码器实时获取换料机的X方向（大车运动方向）、Y方向该（小车运动方向）及Z方向（主提升运动方向）的位置信息，控制系统根据三个位置信息判断该出换料机的当前位置，将换料机的当前位置转换为堆芯二维数组图中的位置具体采用以下该坐标系及计算公式：

如图11所示，以倾翻机所在的位置作为原点，堆芯的中心点坐标为（x0，y0），换料该机的当前位置坐标为（x，y），而堆芯格架的间隔为L，则图10所示的二维数组的起点坐标为该（x0 8.5*L，y0 8.5*L），再根据维度计算公式得到二维数组Array【X，Y】的维度，最后根据所该求得的维度并结合堆芯二维数组图便可得知换料机的当前位置在图10中的位置，即完成了该换料机的当前位置在堆芯二维数组图中的位置的转换，其中，维度计算公式为：

X=INT（（x0-x）/L 8.5）；Y=INT（（y0-y）/L 8.5）；其中INT表示取整。

S2013，判断目标位置是否合法，若是，则进行步骤S2014，反之，则结束；具体地，根该据燃料组件技术规范规定，堆芯内组件至少有相邻的两面受到支撑（可以是围板或另一组该件），以防止组件因重心不稳而倾倒，因此换料机操作核燃料组件前必须对目标位置的合法该性进行判断。假设目标位置的二维数组维度为【X，Y】，为了便于分析，将目标位置的周围组该件进行编号，如图12所示，结合图12的九宫格模型及图13的目标位置合法性判断流程进行该分析判断，得到了如图14所示的9种目标位置合法有效情形，进一步地通过对图14中9种合该法情形的归纳总结，可以得出结论：目标位置是否合法只与第1、3、5、7等四个位置相关，即该这四个位置中至少2个相邻位置已装载燃料组件；

S2014，采用九宫格模型判断是否进行偏置及确定偏置方向；具体地，为了避免燃该料组件在相对运动时出现剐蹭、超欠载等情况，换料机采用偏置方式操作核燃料组件，因此该不但要求目标位置合法，同时要求目标位置周围三个相邻位置尚未装载燃料组件，在图14该的9种目标位置合法情形中，只有a—d四种情形符合偏置条件，再结合图12及图15可知，当该格架2、格架1及格架3中均未装载燃料组件时，则确定偏置方向为左上，当格架4、格架3及格该架5中均未装载燃料组件时，则确定偏置方向为右上，当格架6、格架5及格架7中均未装载燃该料组件时，则确定偏置方向为右下，当格架8、格架7及格架1中均未装载燃料组件时，则确定该偏置方向为左下，四种符合偏置条件情形的换料示意图如图16所示。

从以上描述可以看出，在判断是否需要进行偏置及确定偏置方向时，该发明采用该了基于二维数组技术的方法替代传统的指针轮询方式，提高了效率，且优化了架构，满足了该实时性的要求，且不存在误判的可能。

相应地，该发明还提供了一种压水堆核电站的燃料组件卸载方法，如图17所示，其该具体包括以下步骤：

S301，根据换料机的当前位置判断是否进行偏置，若是，则进行S302，反之，则进行该S306；

S302，控制系统驱动大车和小车同时运行至目标位置正上方；

S303，控制系统驱动主提升上升至第一高度；如图8所示的8700毫米处；

S304，控制系统驱动大车和小车同时运行至目标预定的全偏置位置；如图8所示的该全偏置位置；

S305，控制系统驱动主提升上升至堆芯顶部，完成燃料组件的卸载；

S306，控制系统驱动大车和小车同时运行至目标位置正上方；

S307，控制系统驱动主提升上升至堆芯顶部，完成燃料组件的卸载。

需要说明的是，步骤S301、S306及S307是在S301判断出不需要进行偏置的情况下，该采用直插方式完成的燃料组件的卸载。

从以上描述及图8可以看出，在燃料组件的卸载过程中，在保证燃料组件安全的前该提下，仅采用了一次偏置方式（全偏置方式），相比传统装载过程中所采用的“全偏置 半偏该置”的二次偏置方式，提高了换料机的换料效率，缩短了大修关键路径时间，从而给核电站该带来了显著的经济效益。

需要说明的是，在燃料组件的卸载方法中，其“根据换料机的当前位置判断是否进该行偏置”的具体判断步骤与燃料组件的装载方法中的判断步骤相同。

2021年6月24日，《压水堆核电站的燃料组件装卸方法》获得第二十二届中国专利优秀奖。

《核燃料组件零部件的渗透检验方法(GB/T 15147-1994)》由中国标准出版社出版。

装卸费用的归集与分配方法,与运输费用基本相同,其有关的汇总表、计算表、分配表及会计分录,一般都可并人前述核算运输业务的有关凭证(汇总表、计算表、分配表)及分录中。下面举例简要说明各项装卸费用的归集与分配方法。

按轻水堆燃料组件的设计要求进行组件的零部件加工，并将其组装在一起成为一个完整的燃料元件集(组)合体的加工过程。

轻水冷却动力堆有压水堆和沸水堆两种类型。它们的燃料组件虽然在结构、尺寸和材料上有差异(见压水堆燃料组件、沸水堆核电厂)，但其燃料都采用由细棒组成的棒束型结构，制造工艺也基本类同。沸水堆燃料组件含60~63根燃料棒(包壳管由Zr-2合金制造)，按8×8正方形排列。靠其中8根燃料棒与上下垫板(由不锈钢制造)螺纹连接，连同沿长度均匀分配的下层定位格架(由Inconel X制造)固定构成骨架，支撑整组燃料棒和保持棒间距。然后将其余燃料棒插入定位格架。最后将燃料棒束装入紧密配合的方形套筒(由Zr-4合金制造)组装成燃料组件。反之，压水堆燃料组件属无套筒型，它由176~264根燃料棒(包壳管由Zr-4合金制造)按14×14、15×15或17×17正方形排列。在选定位置由控制棒导向管(由不锈钢制造)取代燃料棒，连同沿长度均匀分配的7~12层定位格架(由Inconel-718或Zr-4合金制造)一起与上下管座(由不锈钢制造)连接构成骨架。最后插入燃料棒组装成燃料组件。现以压水堆燃料组件为代表，陈述其制造工艺过程。近代压水堆燃料组件的制造工艺一般分四步：①燃料棒制造；②定位格架制造；③上下管座加工；④组件组装和检查。

燃料棒由锆合金包壳管、上下端塞、压紧弹簧、隔热片、低富集(3%~5#5U)UO2芯块、支撑管等组成(见图1)。燃料棒制造工艺主要包括燃料芯块制备、包壳管准备和燃料棒装配。

燃料棒装配 一般采用芯块填装法，分成7道工序。

(1)下端塞焊接：设计长度(例如3.6m)的包壳管经清洗、烘干，安下端塞，用氩弧焊进行下端塞的环缝焊接。

(2)装管、上端塞焊接：将焊好下端塞的包壳管秤重，然后依次装入支撑管、下隔热片、UO2芯块、上隔热片、压紧弹簧，最后安上端塞并进行环缝焊接。焊完后对燃料棒秤重，推算棒中UO2芯块的质量。

(3)充氦、堵孔：为改善芯快与包壳管间的间隙导热，为抵挡堆运行时冷却剂的压力(例如16MPa)，并推迟包壳与芯块间的相互接触，根据不同的设计要求，需在燃料棒内充入一定压力的纯氦，一般为2~3MPa。氦通过上端塞上的细孔充入，堵孔是在专用充氦压力堵孔焊小室中进行。

(4)X射线探伤：用于检查燃料棒环缝和上端塞顶部堵孔焊点的质量。每条环焊缝需转三个角度透照三次。

(5)密封性检查：焊好的燃料棒都用氦质谱仪检漏，≤10-6Pa为合格，≥10-5Pa即算有漏隙，判不合格。

(6)丰度检查：用富集度检查仪逐根逐块检查棒中UO2芯块的富集度。

(7)外观检查：最后对燃料棒作尺寸、不直度、焊缝外形、表面划伤及棒上标记的检查。