核电厂LED水下照明装置的应用探讨

莫非

中核国电漳州能源有限公司 福建漳州 363300

1 核电厂水下照明装置的功能、结构介绍

核电厂水下照明装置安装于核电厂换料水池、堆内构件堆放池、乏燃料水池壁上，在核反应堆停堆换料期间、核燃料组件装卸运输时提供照明，分为固定式和移动式，且大部分为移动式。相比于常规的装置，核电厂水下照明装置的使用环境中存在一定剂量的放射性，要求灯具透光罩在寿期内白光吸收不高于5%。

水下照明装置主要由灯具、提升机构、失水保护装置等组成。

灯具主要由灯头、不锈钢反光罩和保护罩等组成。根据灯具光源的不同目前有卤钨灯水下照明装置和LED水下照明装置，以下为分别简称卤钨灯和LED灯[1]。

提升机构：提升机构是将灯具连接到其灯具支架上的装置。提升机构悬挂在水平支撑杆上，既可固定也可左右移动位置。每套提升机构上一般放置两套灯具，既可同时开启，也可互作备用。

失水保护装置：一般采用液位浮球，水位过低时触发回路接触器动作而断电。因为卤钨灯必须在水中点亮，否则灯具保护罩玻璃在卤钨灯产生的高温下会破裂损坏，如果因此产生小异物落入乏燃料水池或换料水池内将极难处理，甚至导致机组不能正常启动或安全稳定运行，产生较大经济损失。

2 环境条件和主要参数

换料水池、堆内构件堆放池、乏燃料水池的水温≤50℃，最高80℃。

灯具主要参数：卤钨灯功率约1600W，寿命一般略高于1000小时；LED功率约200W，根据试验寿命高于20000小时，其他技术指标两种灯相当。

3 卤钨灯和LED灯的比较分析

早期建成的国内核电厂水下照明装置多用进口产品，设备、备件价格高，维护繁琐，后续已被国产卤钨灯取代。近年来随着LED照明产业的不断发展，目前已有国产LED灯问世，并在某核电厂小批量试用，反馈较好。下面比较两种装置，各示优缺[2]。

前提：①国内核电厂绝大部分为压水堆机组，仅考虑压水堆机组。根据目前国内核电厂水下照明装置的工作制，压水堆机组一般在接换料操作期间点亮。②水下照明装置绝大部分故障为光源损坏，而光源与灯具的备件费用相当，所以仅比较灯具使用的费用。③相比卤钨灯，LED灯体积更小，其他结构几乎没有差异，且安装位置不变，所以在灯具光通量相当的情况下工作面照度值变化不大。

3.1 经济性

以目前国内核电建造数量最多的M310改进型压水堆机组为例，统计某核电机组的3个换料大修周期（每个周期约1年）维护情况，总共42盏约更换21盏。1个换料大修周期内卤钨灯的大致工作时间见下表：

即1个换料大修周期每盏灯平均点亮时间约为：（312+420+504）÷42×24≈706小时，需要说明的是由于实际使用中频繁开关卤钨灯会造成光源故障损坏，所以部分卤钨灯的实际使用寿命会低于1000小时。

假设每盏卤钨灯的采购价为A，根据实际采购情况，光源或灯具备件的价格一般与首次购买时相当，从使用第二年开始计算当年Y的卤钨灯的总费用F为：F=42×A+（Y-1） ×21×A。

目前国产LED灯的价格约为3．5A，则水下照明装置使用LED灯时一次性投入的费用f为：f=3．5A×42=147A，相比即是卤钨灯第6年的使用总费用。另外，估算每盏LED灯可以使用的大修换料周期为：20000÷706≈28，虽然现实情况中灯具使用28个大修换料周期而不损坏的情况较难出现，但以上计算可见长期使用，LED灯的经济性要更好。

3.2 节能增效

一个换料大修期间每盏灯的点亮时间706小时，每盏LED灯相比卤钨灯功率低1400W，则一台机组一个换料大修周期LED灯可节能：706×1400×42=41512．8kW·h，按核电机组标杆电价0．42元计，节能电量送入电网后每个换料周期粗略估算可产生约17435元效益，而核电厂一般建造4台机组甚至6台机组，每台机组节能增效相加将产生一定的经济效益。

3.3 维护工作量

换料大修期间换料水池、堆内构件池水深均约12米，乏燃料水池水深也长期维持在约12米，由于提升机构的安装在池壁上，故障灯具的更换维修时需工作人员钻出池边围栏空隙，爬在池边探出上半身向下操作，属核电厂高风险临边作业，而池水由于具有一定的放射性，捞出灯具时需注意，以免池水接触到人体而引起工作人员沾污，进一步提高了工作风险。实际操作中，故障灯具一般整体更换，从取得工作许可证到归还工作许可证最少需2名熟练工作人员耗时0．5天，21盏灯则需耗费10．5人·天，还未考虑后续可能存在的更换光源的工作量，相对而言LED灯更换维修量更低从而有效减少维护工作量，且明显降低工作安全风险[3]。

3.4 放射性废物量

如前所述，灯具在池水中工作，故障捞出时不可避免放射性池水会附着于灯具表面，如果考虑更换故障光源，需要先对灯具进行去污，将产生一定量的放射性废水；如果考虑弃用故障灯具，则整个灯具都将变成固体放射性废物，运往专门厂房进行固化处理存放，上述两种方式都将产生放射性废物，而核电厂产生的放射性废物量是有限制的，处理储存也需要成本，所以更换维修量更低的LED灯更能降低放射性废物的产生量，降低废物的处理存放成本。

4 结语

根据上述比较分析，从长期使用来看，LED灯水下照明装置的经济性更好，有一定节能增效作用，能够有效降低维护工作量和工作安全风险，产生更少的放射性废物。另外，考虑到LED照明产业的不断发展，后续LED灯的成本将进一步降低，从而使LED水下照明装置具有更强的竞争优势。