CN103811086B - 核电站堆芯燃料组件的换料监视方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于百万千瓦级先进压水堆核电站关键技术领域，公开了一种核电站堆芯燃料组件的换料监视方法和系统，包括以下步骤：抓取燃料组件，并读取编码器的初始高度数据；计算该燃料组件正确就位的理论高度数据；将燃料组件就位并读取编码器的实际高度数据；通过计算模块将所述实际高度数据与所述理论数据进行对比，若差值大于设定的偏差值，则产生报警提示。本发明提供的一种核电站堆芯燃料组件的换料监视方法和系统，其可以准确地知道燃料组件是否已正确安装到位，不会受到不同燃料组件长度不同的干扰，确保燃料组件可以正确就位于堆芯下栅格板上，进而可以确保避免燃料组件被上盖带起，杜绝了可能由此引发的安全事故，可靠性与安全性高。

Description

核电站堆芯燃料组件的换料监视方法和系统

技术领域

本发明属于百万千瓦级先进压水堆核电站关键技术领域，尤其涉及一种核电站堆芯燃料组件的换料监视方法和系统。

背景技术

核电站是利用核裂变或核聚变反应所释放的能量产生电能的发电厂。为了保护核电站工作人员和核电站周围居民的健康，核电站的设计、建造和运行均采用纵深防御的原则，从设备、措施上提供多重保护，以确保核电站对反应堆的输出功率进行有效的控制，且能够在出现各种自然灾害，如地震、海啸、洪水等，或人为产生的火灾、爆炸等，也能确保对反应堆燃料组件进行充分的冷却，进而保证放射性物质不发生向环境的排放。

在核电站中，燃料组件是最重要的。现有技术中，堆芯换料时，核燃料组件是否正确就位在堆芯下栅格板上只能通过换料机指示的重量及编码器的高度数据来判断，其中编码器高度数据由于以下原因存在不确定性：

1.燃料组件的辐照增长效应导致各燃料组件的实际长度不一致；

2．不同型号的燃料组件本身设计长度不一致，例如型号为AFA2G的燃料组件和型号为AFA3G的燃料组件的长度不同；

3.堆芯下栅格板可能存在异物，燃料组件就位后高度存在不确定性。

因此目前核燃料组件在堆芯下栅格板就位的高度判断标准只能采用“理论高度±5mm”这样的粗略标准，该标谁无法真实反应组件在堆芯下栅格板上的就位情况，不能发现下栅格板上可能存在的异物，在换料中也常常出现组件就位后的实际高度超出该标准范围的情况。在国外核电站反馈的情况中，曾经有过由于堆芯下栅格板存在异物，装载燃料组件时未能及时发现这一情况，燃料组件上端位置异常而未能察觉，在开盖维护时，导致该燃料组件被带起，很容易造成严重的安全事故。

另外，在堆芯燃料装卸过程中，常常遇到换料机超/欠载保护动作的情况，超/欠载保护动作后，准确判断燃料组件的干涉区域、是否存在组件格架相互勾挂，对于在保证燃料组件安全情况下完成燃料组件装卸至关重要。目前出现超/欠载情况时，操作人员只能通过一个原始的燃料组件模拟板粗略估计干涉的区域，既不准确，也不直观，且效率低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种核电站堆芯燃料组件的换料监视方法和系统，其可真实反应组件在堆芯下栅格板上的就位情况，提高发核电站运行的可靠性与安全性。

本发明的技术方案是：一种核电站堆芯燃料组件的换料监视方法，包括以下步骤：

通过换料机抓取燃料篮中的燃料组件，并读取换料机抓取燃料组件时编码器的初始高度数据；

根据所述初始高度数据计算该燃料组件正确就位于堆芯下栅格板时编码器应对应的理论高度数据；

通过换料机将所述燃料组件安放于堆芯下栅格板上使燃料组件就位；

读取燃料组件就位后换料机编码器的实际高度数据；

通过计算模块将所述实际高度数据与所述理论数据进行对比，若所述实际高度数据与所述理论数据之间的差值大于设定的偏差值，则产生报警提示。

具体地，计算换料机编码器的理论高度数据包括以下步骤：将堆芯下栅格板物理标高与燃料篮底部物理标高之间的差值加上所述初始高度数据，得到该组燃料组件在堆芯下栅格板正确就位的理论高度数据。

具体地，设置用于读取并存储换料机编码器数据的数据库模块；换料机抓取燃料篮中的燃料组件时，读取编码器的初始高度数据之后，将该初始高度数据存入数据库模块。

具体地，将各所述燃料组件于处理软件中制作成等比模型，燃料组件在堆芯上装载或卸料过程中，处理模块根据编码器高度数据的变化对装载或卸料过程进行实时动画模拟，并通过显示模块显示动画模拟的过程。

具体地，当装载燃料组件时，若换料机产生超载或欠载的情况，根据产生超载或欠载时编码器高度数据，判断载燃料组件格架的相对位置，在动画模拟中对该高度数据下相互干涉的燃料组件进行闪烁警报提示。

本发明还提供了一种核电站堆芯燃料组件的换料监视系统，包括用于将燃料组件从燃料篮中抓取至堆芯下栅格板上的换料机，所述换料机上设置有可用于读取换料机抓取燃料组件时换料机的初始高度数据且可用于读取燃料组件就位后换料机的实际高度数据的编码器，所述核电站堆芯燃料组件的换料监视系统还包括用于计算燃料组件正确就位于堆芯下栅格板上的理论高度数据且可用于将所述实际高度数据与所述理论数据进行对比的计算模块，若所述实际高度数据与所述理论数据之间的差值大于设定的偏差值，则计算模块产生报警提示。

具体地，所述换料监视系统还包括可存储换料机抓取燃料篮中的燃料组件时编码器的初始高度数据的数据库模块。

具体地，所述换料监视系统还包括用于将燃料组件装卸过程的等比模型根据编码器高度数据进行实时动画模拟的处理模块和用于显示动画模拟过程的显示模块。

具体地，当装卸燃料组件时，若燃料组件产生超载或欠载的情况，根据产生超载或欠载时编码器高度数据，判断载燃料组件格架的相对位置，在动画模拟中对该高度数据下相互干涉的燃料组件进行警报提示。

具体地，所述警报提示的方式为干涉的燃料组件闪烁或/和于显示屏幕上显示提示语言。

本发明提供的一种核电站堆芯燃料组件的换料监视方法和系统，其可以很准确地知道燃料组件是否已正确安装到位。即使是高度不一致燃料组件，也可以很准确地判断其是否已正确就位于堆芯下栅格板上，克服了由于燃料组件长度不一致、堆芯下栅格板可能存在异物所带来的干扰，实际高度数据与所述理论数据之间的差值基本只取决于换料机编码器的误差，故监视精度高，真实地反应了每一组燃料组件在堆芯下栅格板上的就位情况，且不会受到不同燃料组件长度不同的干扰，确保燃料组件可以正确就位于堆芯下栅格板上，以防止燃料组件上端位置异常，进而可以确保避免燃料组件被上盖带起，进一步杜绝了可能由此引发的安全事故，进一步提高了核电站运行的可靠性与安全性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的装载待装载燃料组件的侧面示意图；

图2是本发明实施例提供的装载待装载燃料组件的侧面示意图；

图3是本发明实施例提供的燃料组件在堆芯升/降时编码器的变化进行实时动画模拟时显示屏幕的侧面示意图；

图4是本发明实施例中的燃料组件在三面接触时的俯视图；

图5是本发明实施例中的燃料组件在三面接触时的俯视图；

图6是本发明实施例中的燃料组件在三面接触时的俯视图；

图7是本发明实施例中的燃料组件在三面接触时的俯视图；

图8是本发明实施例中的燃料组件在四面接触时的俯视图；

图9是本发明实施例中的燃料组件在三面接触时的俯视图；

图10是本发明实施例中的燃料组件的主视图；

图11是本发明实施例中的燃料组件格架外围条带的局部示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，一种核电站堆芯燃料组件的换料监视方法，换料可为装料或卸料过程，以装料过程为例，上述方法包括以下步骤：

通过换料机抓取倾翻机燃料篮中的燃料组件，并读取换料机抓取燃料组件时编码器的初始高度数据，以识别燃料组件的具体高度；由于倾翻机燃料篮的物理高度坐标固定，将初始高度数据减去倾翻机燃料篮的物理高度，便是该燃料组件的实际高度尺寸。

根据所述初始高度数据计算该燃料组件正确就位于堆芯下栅格板时编码器应对应的理论高度数据；由于倾翻机燃料篮的物理高度坐标固定，且堆芯下栅格板的物理高度坐标固定，可以很方便地计算出燃料组件的实际高度尺寸及燃料组件正确就位于堆芯下栅格板时的理论高度数据。具体应用中，可以以堆芯下栅格板上方合适位置作为零点参考，堆芯下栅格板的坐标为负。假设换料机抓取燃料组件时编码器的初始高度数据是H1，倾翻机燃料篮的物理高度坐标是H2，堆芯下栅格板的物理高度坐标是H3，那么，堆芯下栅格板物理标高与燃料篮底部物理标高之间的差值是H3-H2，燃料组件正确就位于堆芯下栅格板时的理论高度数据是H3-H2+H1。通过换料机将所述燃料组件安放于堆芯下栅格板上使燃料组件就位；

读取燃料组件就位后换料机编码器的实际高度数据；

通过计算模块将所述实际高度数据与所述理论数据进行对比，若所述实际高度数据与所述理论数据之间的差值大于设定的偏差值，则产生报警提示。这样，可以很准确地知道燃料组件是否已正确安装到位。即使是高度不一致燃料组件，也可以很准确地判断其是否已正确就位于堆芯下栅格板上，克服了由于燃料组件的辐照增长效应导致各燃料组件的具体长度不一致、不同型号的燃料组件本身设计长度不一致、堆芯下栅格板可能存在异物所带来的干扰，实际高度数据与所述理论数据之间的差值基本只取决于换料机编码器的误差，故监视精度可达1-2mm，真实地反应了每一组燃料组件在堆芯下栅格板上的就位情况，且不会受到不同燃料组件长度不同的干扰。具体应用中，若实际高度数据与所述理论数据之间的差值超过2mm，则产生报警提示，操作人员可以及时采取应对措施，以确定堆芯下栅格板是否存在异物等，确保燃料组件可以正确就位于堆芯下栅格板上，以防止燃料组件上端位置异常，进而可以确保避免燃料组件被上盖带起，进一步杜绝了可能由此引发的安全事故，进一步提高了核电站运行的可靠性与安全性。

具体应用中，报警提示内容可以在显示屏幕中显示实际高度数据与所述理论数据之间的差值，并可在显示屏幕上一并显示燃料组件抓取位置、燃料组件抓取高度、燃料组件释放位置、燃料组件高度等内容。若差值大于设定的安全值，则可在屏幕上显示“堆芯就位高度异常，请通知换料主管！”等相关内容，以便于操作人员及时处理。

具体地，计算换料机编码器的理论高度数据包括以下步骤：将堆芯下栅格板物理标高与燃料篮底部物理标高之间的差值加上所述初始高度数据，得到该组燃料组件在堆芯下栅格板正确就位的理论高度数据。燃料篮底部物理标高与堆芯下栅格板的物理标高都是固定值，其不会发生改变，故只需测定出燃料篮底部物理标高与堆芯下栅格板的物理标高并定期校验即可。

具体应用中，在卸料过程中，可通过换料机抓取堆芯下栅格板上的燃料组件，读取该燃料组件的卸料时实际高度数据，再将该燃料组件移至倾翻机燃料篮中。将卸料时实际高度数据减去堆芯下栅格板的物理高度坐标，便是该燃料组件卸料时的卸料时实际长度。卸料时实际长度与燃料组件的实际高度尺寸相比，其差值便是在使用过程产生的变形尺寸。

具体地，设置用于读取并存储换料机编码器数据的数据库模块；具体应用中，可采用MicrosoftOfficeAccess数据库（MicrosoftOfficeAccess是微软把数据库引擎的图形用户界面和软件开发工具结合在一起的一个数据库管理系统），当然，也可采用其它的软件为数据库管理软件。换料机抓取燃料篮中的燃料组件时，读取编码器的初始高度数据之后，将该初始高度数据存入数据库模块。这样，可针对每一组燃料组件在每次换料时的高度数据进行存储，以分析每一燃料组件的长度尺寸变化趋势，可以给换料提供一定的参考作用。

进一步地，将各所述燃料组件于处理软件中制作成等比模型，燃料组件在堆芯上装载或卸料过程中，处理模块根据编码器高度数据的变化对装载或卸料过程进行实时动画模拟，并通过显示模块显示动画模拟的过程。操作人员通过显示模块，可以很准确、直观地观察燃料组件在换料的动画模拟过程，利于提高换料的效率。

具体地，当装载燃料组件时，若换料机产生超载或欠载的情况，根据产生超载或欠载时编码器高度数据，判断载燃料组件格架的相对位置，在动画模拟中对该高度数据下相互干涉的燃料组件进行闪烁警报提示，并使换料机停止运行停止，以提示操作人员进行检查、确认，安全可靠性高。所谓超载或欠载，指待换燃料组件与已装载燃料组件或围板相干涉，使燃料组件产生阻滞时，其与已装载燃料组件或围板之间的作用力异于保护值范围的现象。此时装料系统可发生警报，以提示产生超载或欠载情况，此情况可通过模拟动画于显示屏幕中显示。具体应用中，当通过燃料组件在堆芯升/降时编码器的变化进行实时动画模拟，当换料机出现超/欠载时，根据超/欠载发生的编码器高度，判断燃料组件格架的相对位置，对该高度下，对相互干涉的格架进行闪烁，方便换料人员直观掌握。

本发明实施例还提供了一种核电站堆芯燃料组件的换料监视系统，包括用于将燃料组件从燃料篮中抓取至堆芯下栅格板上的换料机，所述换料机上设置有可用于读取换料机抓取燃料组件时换料机的初始高度数据且可用于读取燃料组件就位后换料机的实际高度数据的编码器，编码器可以提供换料机的高度数据；当换料机夹紧于燃料篮中的燃料组件的上端时，编码器的高度数据为燃料组件的初始高度数据，将初始高度数据减去倾翻机燃料篮的物理高度，便是该燃料组件的具体长度尺寸；当换料机夹紧燃料组件的上端并将燃料组件安放于堆芯下栅格板时，编码器的高度数据为燃料组件的实际高度数据。所述核电站堆芯燃料组件的换料监视系统还包括用于计算燃料组件正确就位于堆芯下栅格板上的理论高度数据且可用于将所述实际高度数据与所述理论高度数据进行对比的计算模块。根据所述初始高度数据计算该燃料组件正确就位于堆芯下栅格板时编码器应对应的理论高度数据；由于倾翻机燃料篮的物理高度坐标固定，且堆芯下栅格板的物理高度坐标固定，可以很方便地计算出燃料组件的实际高度尺寸及燃料组件正确就位于堆芯下栅格板时的理论高度数据。若所述实际高度数据与所述理论数据之间的差值大于设定的偏差值，则计算模块产生报警提示。这样，可以很准确地知道燃料组件是否已正确安装到位。即使是高度不一致燃料组件，也可以很准确地判断其是否已正确就位于堆芯下栅格板上，克服了由于燃料组件的辐照增长效应导致各燃料组件的具体长度不一致、不同型号的燃料组件本身设计长度不一致、堆芯下栅格板可能存在异物所带来的干扰，实际高度数据与所述理论数据之间的差值基本只取决于换料机编码器的误差，故监视精度可达1-2mm，真实地反应了每一组燃料组件在堆芯下栅格板上的就位情况，且不会受到不同燃料组件长度不同的干扰。具体应用中，若实际高度数据与所述理论数据之间的差值超过2mm，则产生报警提示，操作人员可以及时采取应对措施，以确定堆芯下栅格板是否存在异物等，确保燃料组件可以正确就位于堆芯下栅格板上，以防止燃料组件上端位置异常，进而可以确保避免燃料组件被上盖带起，进一步杜绝了可能由此引发的安全事故，进一步提高了核电站运行的可靠性与安全性。

具体地，所述换料监视系统还包括可存储换料机抓取燃料篮中的燃料组件时编码器的初始高度数据等数据的数据库模块。具体应用中，可采用MicrosoftOfficeAccess数据库（MicrosoftOfficeAccess是微软把数据库引擎的图形用户界面和软件开发工具结合在一起的一个数据库管理系统），当然，也可采用其它的软件为数据库管理软件。换料机抓取燃料篮中的燃料组件时，读取编码器的初始高度数据之后，将该初始高度数据存入数据库模块。这样，可针对每一组燃料组件在每次换料时的高度数据进行存储，以分析每一燃料组件的长度尺寸变化趋势，可以给换料提供一定的参考作用，利于提高换料的效率。

具体地，所述换料监视系统还包括用于将燃料组件装卸过程的等比模型根据编码器高度数据进行实时动画模拟的处理模块和用于显示动画模拟过程的显示模块。操作人员通过显示模块，可以很准确、直观地观察燃料组件在换料的动画模拟过程，利于提高换料的效率。

具体地，当装卸燃料组件时，若燃料组件产生超载或欠载的情况，根据产生超载或欠载时编码器高度数据，判断载燃料组件格架的相对位置，在动画模拟中对该高度数据下相互干涉的燃料组件进行警报提示，并使换料机停止运行停止，以提示操作人员进行检查、确认，安全可靠性高。

具体地，所述警报提示的方式为干涉的燃料组件闪烁或/和于显示屏幕上显示提示语言，更便于操作人员快速识别异常并进行处理。例如，在干涉的燃料组件显示模型闪烁时，显示屏幕上可出现“注意！燃料组件已欠载”或其它合适的提示字样，以更好地提醒操作人员。

具体地，计算模块和处理模块可为电脑，显示屏幕即为电脑的屏幕，数据库模块也可安装于电脑内。数据库模块可采用电脑的硬件及软件实现。具体应用中，可采用一台笔记本电脑，并将笔记本电脑接入PMC（ProductionMaterialControl，生产及物料控制）系统工业网络，笔记本电脑中可安装有软件：WonderewareIntouch（工业实时操作管理软件）、MicrosoftOfficeAccess数据库等相关软件，换料时，将笔记本电脑接入网络既可，软件可全自动记录、显示，不需要其它操作，提高堆芯换料安全性，且实时、动态、直观的显示换料过程，方便了换料人员对燃料组件在堆芯的状态掌握。

堆芯中的燃料组件在热膨胀、辐照生长、辐照蠕变、相邻组件间的机械作用等综合影响下，燃料组件将产生弯曲变形，为了克服这一技术问题，本实施例中，将待装载燃料组件1(准备安放到堆芯的燃料组件)装载于至少两面具有已装载燃料组件1’(已安放于堆芯的燃料组件)或围板的堆芯中的预定位置时，包括以下步骤：

将待装载燃料组件1纵向吊起并横向移动至堆芯的上方；具体应用中，可通过装料机的夹持机构夹持于待装载燃料组件1的上端，夹持机构可夹持待装载燃料组件1在水平方向纵横滑动及在纵向方向上竖直滑动，以将待装载燃料组件1移动至合适的方位处。

将所述待装载燃料组件1自上向下纵向下插，使待装载燃料组件1开始进入堆芯；纵向下插的过程中，可能会产生欠载的情况。所谓欠载，指待装载燃料组件1与已装载燃料组件1’或围板相干涉，使待装载燃料组件1产生阻滞时，待装载燃料组件1与已装载燃料组件1’或围板之间的作用力大于或等于欠载保护定值的现象。此时装料系统可发生警报，以提示产生欠载情况，此情况可于显示屏幕中显示。

本实施例中，如图1～图4和图10所示，燃料组件包括上管座11、上端格架12、跨间搅混格架13、结构搅混格架14、下端格架16、下管座17和多根纵向设置的燃料棒15、控制棒导向管18和用于测量中子通量的仪表管19，下管座17位于燃料组件的最下端。各管件达289根，呈17×17的矩阵排布，本实施例中，上端格架12、下端格架16各设置有一个，跨间搅混格架13设置有三个，结构搅混格架14设置有六个，燃料棒15设置有264根，上管座11、上端格架12、跨间搅混格架13、结构搅混格架14、下端格架16、下管座17设于燃料棒15外围并作为燃料组件的骨架，故上管座11、上端格架12、跨间搅混格架13、结构搅混格架14、下端格架16、下管座17与相邻的燃料组件之间均可能相挂而产生欠载的情况。

当所述待装载燃料组件1出现欠载情况时，可先将待装载燃料组件1略为向上提升以消除欠载警报，再将所述待装载燃料组件1向具有空隙的方向进行横向正向偏移，以避免该处的干涉；若待装载燃料组件1的两面或三面均具有间隙，具体偏移方向可根据实际情况而定，例如可根据各面间隙量的大小，选择偏移的方向，例如向间隙大的一面偏移；或者可根据待装载燃料组件1的弯曲方向及已装载燃料组件1’的弯曲方向，预判下一个干涉点的位置，向利于避开下一干涉点的方向进行偏移，例如，干涉点在待装载燃料组件1的左侧面，而待装载燃料组件1的前侧面和右侧面均有间隙，但通过待装载燃料组件1和已装载燃料组件1’的弯曲走向分析得知下一干涉点可能位于待装载燃料组件1的右侧面，则此时可考虑向待装载燃料组件1的前侧面进行偏移，即可避开本次欠载中的干涉，又利于避开下一可能存在的干涉点。通过在装载过程中预先或于产生欠载情况时将待装载燃料组件1进行横向正向偏移，大大提高了燃料组件的装载速度和效率，装载过程省时省力，利于缩短装载燃料组件所需的时间，以提高生产效益。还可避免燃料组件格架损伤，进一步防止潜在风险，进一步提高了核电生产的安全可靠性。

具体应用中，如图3所示是具体应用中进行实时动画模拟时显示屏所显示的内容，当通过燃料组件在堆芯升/降时编码器的变化进行实时动画模拟，当换料机出现超/欠载时，根据超/欠载发生的编码器高度，判断燃料组件格架的相对位置，对该高度下，对相互干涉的格架进行闪烁，方便换料人员直观掌握。

需要说明的是，本实施例中的前侧面、左侧面、右侧面或上端、下端等方位用语，只是表示相互位置关系或是以产品正常使用状态为参考，而不应该认为是具有限制性的。优选地，上述装载方法将所述待装载燃料组件1向具有空隙的方向横向偏移时，横向偏移量为所述待装载燃料组件1中格架相邻导向翼10之间的间距或燃料棒15的棒距一半的整数倍，或者，横向正向偏移的偏移量为燃料组件上相邻导向翼之间的间距一半的整数倍。本实施例中，所谓整数倍，指大于或等于1的整数倍。

如图1～图4和图10、图11所示，燃料组件格架的外围条带的上、下部均设置有导向翼10，即上部导向翼和下部导向翼。导向翼10向内弯曲，在装载燃料组件的过程中可起到一个导向的作用。本实施例中，于每间隔一根或两根燃料棒之间设置有一片上部导向翼，于每间隔一根燃料棒之间设置有一片下部导向翼。同一外围条带的上、下部导向翼10，其可一体加工成型。本实施例中，所谓棒距，指相邻两根燃料棒之间的中心距离。所谓相邻导向翼之间的间距，指相邻的下部导向翼之间的距离。本实施例中，燃料棒的棒距等于相邻导向翼之间的间距。优选地，燃料棒的棒距及相邻导向翼之间的间距均为12.6mm，实际应用中，为提高效率，一般取棒距及相邻导向翼之间的间距为12mm。

本实施例中，如图1～图4和图10、图11所示，相邻导向翼之间的间距为12mm，相邻导向翼之间的间距的一半即为6mm，以防止堆芯中的格架、导向翼10相互错开而导致导向翼10起不到导向的作用，在保证安全的前提下，提高了效率。当然也可以选用其它合适的数值，均属于本发明的保护范围。

这样，通过在装载过程中对待装载燃料组件1进行预偏移或于干涉时提升后进行横向偏移调整，可适用三面或四面均具有已装载燃料组件1’或围板2’的情况，而且尤其适用于变形严重的燃料组件，大大提高了燃料组件的装载速度和效率，装载过程省时省力且安全可靠性高。

可选地，当所述待装载燃料组件1出现欠载情况，于进行横向正向偏移之前，先将所述待装载燃料组件1进行纵向向上提升，使干涉处分离，使欠载信号消失，以消除欠载的警报，并便于观察待装载燃料组件1与周围已装载燃料组件1’或围板2’之间的情况，以提高操作的安全性。尤其是应用于四面接触的情况时，发生欠载的情况时，首先判断此高度是否格架相挂，并提升待装载燃料组件1使欠载信号立即消失。

再将所述待装载燃料组件1继续纵向下插；若下插过程中，再出现欠载情况，可再次调整待装载燃料组件1的横向偏移方向及偏移量，使待装载燃料组件1可继续顺畅地纵向下插；

将所述待装载燃料组件1横向偏移至堆芯中预定位置的正上方，使待装载燃料组件1下管座17上的销孔对准于堆芯下栅格板上的定位销，此时待装载燃料组件1位于预定位置的正上方，即待装载燃料组件1位于名义正确坐标上；

将所述待装载燃料组件1继续纵向下插至堆芯中的预定位置上，待装载燃料组件1底座上的销孔可套于定位销外，使待装载燃料组件1的下端被精确限定于预定位置上。可通过此方法将一组或多组的合适数量待装载燃料组件1安全、可靠、高效、快速地装载于堆芯中，最后将上部堆内构件压设于已装载燃料组件1’上。

具体地，如图4～图7和图10、图11所示，所述堆芯装载方法用于将所述待装载燃料组件1装载于三面均具有已装载燃料组件1’或围板2’的堆芯中的预定位置上时（即三面接触的情况），于将所述待装载燃料组件1纵向吊起并横向移动至堆芯的上方之后，至所述待装载燃料组件1下管座17进入堆芯之前，即装载燃料组件1的下管座17底端越过已装载燃料组件1’的上管座11上端之前，以所述预定位置为原点，将所述待装载燃料组件1向没有已装载燃料组件1’或围板2’的方向横向正向偏移至预偏移坐标或将待装载燃料组件1直接移动至所述预偏移坐标。通过将待装载燃料组件1预先向空旷的一面（没有已装载燃料组件1’的一面，可称之为空旷位）偏移一定量，这种横向预偏移方式可以有效地避免该待装载燃料组件1与其中一侧的已装载燃料组件1’相干涉，有效减小了干涉的几率。具体应用中，可于待装载燃料组件1下降至一定程度后，再使待装载燃料组件1以预定位置为原点向空旷的方向偏移。本实施例中，燃料组件的长度为4062mm，假定以燃料组件开始下降的起始高度为原点，纵向向下的方向定义为Z轴正方向，当待装载燃料组件1下降于Z=4500mm时(即待装载燃料组件1从起始位置下降4500mm时)，再将待装载燃料组件1以预定位置为原点向空旷的方向横向偏移，以减小干涉的机率。当然，也可以选择在其它合适的Z轴坐标上将待装载燃料组件1以预定位置为原点向空旷的方向进行横向预偏移，均属于本发明的保护范围。例如，在开始纵向下插之前，先将待装载燃料组件1以预定位置为原点向空旷的方向偏移。具体应用中，可在Z=8700mm时(即待装载燃料组件1从起始位置下降8700mm时)使待装载燃料组件1横向偏回正确坐标（即，预定位置），使待装载燃料组件1上的销孔对准于堆芯中的定位销，保证待装载燃料组件1可顺利下插到位。用于将所述待装载燃料组件1装载于三面均具有已装载燃料组件1’或围板2’的堆芯中的预定位置上时，横向预偏移的偏移量可为相邻导向翼间距值（一个棒距值）。本实施例中，相邻导向翼间距为12mm，以防止待装载燃料组件1与堆芯中已装载燃料组件1’的格架、导向翼10相互干扰。

优选地，所述横向正向偏移的偏移量为燃料组件中燃料棒15的棒距或相邻导向翼10之间间距的整数倍，具体地，横向正向偏移的偏移量可为燃料棒15的棒距或导向翼间距的一倍或两倍，但一般不超过30mm。具体操作中，可以进行两次或多次同向偏移，每次偏移的偏移量可为棒距值（12mm），使待装载燃料组件1上的导向翼与已装载燃料组件1’的导向翼对正，以起到良好的导向作用。本实施例中，燃料棒15的棒距与导向翼10的间距相等，均为12.6mm。通过将横向正向偏移的偏移量设为燃料棒15的棒距或为燃料组件上相邻导向翼10之间的间距，可防止导向翼10相错开而起不到导向作用，将横向正向偏移的偏移量设为燃料棒15的棒距或相邻导向翼10之间的间距，可使待装载燃料组件1的导向翼10与相邻燃料组件的导向翼10起到良好的导向作用，大大提高了燃料组件的装载速度和效率，装载过程省时省力，并可防止潜在风险。

优选地，所述横向正向偏移的偏移量为12mm或12.6mm，实际应用中，为提高效率，一般取偏移量为12mm。其为燃料棒15的棒距或相邻导向翼10的间距的一倍。具体操作时，可根据具体情况，调整待装载燃料组件1中导向翼10与已装载燃料组件1’导向翼10错开至燃料棒15的棒距的距离或相邻导向翼之间的间距的距离。

对于部分三面接触的情况，并根据预定位置周围已装载燃料组件1’的上管座11的变形和偏转情况，及待装载燃料组件1下端的变形情况，若已装载燃料组件1’的上部变形严重且其上管座11已阻碍待装载燃料组件1，除可将待装载燃料组件1以预定位置为原点向空旷的方向偏移之外，还可以根据待装载燃料组件1与左右两侧的已装载燃料组件1’之间的间隙对其作侧向偏移调整（所谓左右两侧，指相对于以向空旷的方向偏移为参照的左右两侧）。即在待装载燃料组件1下端进入堆芯之前，预先对待装载燃料组件1同时进行两个方向的横向偏移，然后再纵向下插，下插过程中若出现欠载的情况再进行横向偏移调整。当然，若已装载燃料组件1’的上管座11仅是轻微偏转且不阻碍待装载燃料组件1纵向下插，可使已装载燃料组件1’保持直插的模式，使待装载燃料组件1的下端挤入已装载燃料组件1’之间或已装载燃料组件1’与围板2’之间。

对于两面接触在情况，可在堆芯底部预先放置一个用于将待装载燃料组件1下端导向至预定位置的辅助件，辅助件具有倾斜的导向面。当待装载燃料组件1下降至Z=8820左右时，若出现欠载，此坐标下的欠载一般是待装载燃料组件1的格架与已装载燃料组件1’的同层格架相挂；此时，操作中可先纵向提升待装载燃料组件1至欠载警报消失后，直接向空旷位横向偏移，再使待装载燃料组件1纵向下插，当待装载燃料组件1的纵向坐标超过Z=8820且下管座接触到堆芯的下栅格板时，向上略为提升待装载燃料组件1，然后将待装载燃料组件1横向偏移回到名义正确坐标，再使待装载燃料组件1继续下降到位。

具体地，在将待装载燃料组件1以预定位置为原点向空旷的方向偏移后，于所述待装载燃料组件1再次出现欠载情况时，将所述待装载燃料组件1相对于所述横向正向偏移的方向向左或向右进行横向侧向偏移，以克服干涉。再将所述装载燃料组件再次向下纵向下插。具体地，于将所述待装载燃料组件1再次向下纵向下插之后，若所述装载燃料组件再次出现欠载现象，则相对于所述横向正向偏移的方向，将所述待装载燃料组件1进行横向反向偏移，所述横向反向偏移的偏移方向与所述横向正向偏移的偏移方向相反。即先向反向于空旷位置的区域的位置偏移一定量再向下纵向下插，以试图避免干涉。

具体地，于进行横向侧向偏移之前，先将所述待装载燃料组件1进行纵向向上提升，使干涉处分离，以消除欠载的警报，并便于观察待装载燃料组件1与周围已装载燃料组件1’或围板2’之间的情况，以提高操作的安全性。

优选地，所述横向反向偏移的偏移量为燃料组件中格架相邻导向翼10之间的间距的一半或所述横向正向偏移量的一半。本实施例中，相邻导向翼10之间的间距为12mm，相邻导向翼10之间的间距的一半即为6mm，以尝试错开格架之间的相互干扰，在保证安全的前提下，提高了效率。当然也可以选用其它合适的数值，均属于本发明的保护范围。

需要说明的是，本实施例中所述的横向偏移、横向正向偏移、横向侧向偏移和横向反向偏移均是指在水平方向上的偏移。本实施例中所述的横向正向偏移，是指向没有已装载燃料组件1’或围板2的方向进行偏移，具体方向可依据实际情况而定。本实施例所述横向侧向偏移，是指以横向正向偏移为正方向作为参考，横向侧向偏移的偏移方向为相对正方向的左、右两个偏移方向；本实施例中的横向反向偏移，是指以正方向为参考，反向于正方向的偏移方向。

可选地，当所述欠载信号消失后，于将所述待装载燃料组件1向具有空隙的方向横向偏移之前，可以将待装载燃料组件1再次纵向下插，由于前一次纵向下插的过程中，可能会挤压邻近的已装载燃料组件1’，使邻近的已装载燃料组件1’间的距离扩大，进而可能可以使待装载燃料组件1可以不欠载的情况下顺利纵向下插。

可选地，若对于同一干涉处，经过两次或多次纵向下插，所述待装载燃料组件1仍然出现欠载情况，再次纵向向上提升所述待装载燃料组件1，使欠载信号消失，欠载信号消失后，将所述待装载燃料组件1向与所述待装载燃料组件1具有间隙的相邻已装载燃料组件1’的方向进行横向微量调整偏移，具体调整方向可根据实际情况而定。例如可根据各面间隙量的大小，选择偏移的方向，例如向间隙大的一面偏移；或者可根据待装载燃料组件1的弯曲方向及已装载燃料组件1’的弯曲方向，预判下一个干涉点的位置，向利于避开下一干涉点的方向进行偏移，例如，出现欠载处在待装载燃料组件1的左侧面，而待装载燃料组件1的前侧面和右侧面均有间隙，但通过待装载燃料组件1和已装载燃料组件1’的弯曲走向分析得知下一干涉点可能位于待装载燃料组件1的右侧面，侧此时可考虑向待装载燃料组件1的前侧面进行偏移，即可避开本次欠载中的干涉，又利于避开下一可能存在的干涉点。

优选地，所述横向微量调整偏移的单次偏移量不大于12毫米，以避免一次偏移量过大而导致相邻燃料组件产生偏斜，保证燃料组件的安全。

更优选地，所述横向微量调整偏移的单次偏移量为格架相邻导向翼间距的一半，本实施例中，格架相邻导向翼10之间的间距的一半即为6毫米，在保证安全的情况下，又提高了装载的效率，可以效地缩短装载时间，利于提高效率。

进一步地，于所述进行横向正向偏移之后或/和进行横向侧向偏移或/和进行横向微量调整偏移之后，若所述待装载燃料组件1仍然出现欠载，对欠载保护定值进行调整。优选地，所述欠载保护定值的调整范围为正100daN，即正100千克力。调整范围为正100daN时，仍然处于安全规范内。这样，在保证安全的前提下，可有减少发生欠载情况的次数，在保证安全可靠的前提下，提高了装载效率。

可选地，将待装载燃料组件1装载于四面均具有已装载燃料组件1’或围板2’的堆芯中的预定位置的过程中，于调整欠载保护定值之前，可将待装载燃料组件1向四个方向分别进行微量偏移，并分别进行纵向下插，若仍然出现欠载情况，则调整欠载保护定值。

具体地，如图1所示，可于吊装待装载燃料组件1至堆芯上方之前，若观察到所述已装载燃料组件1’的上端向一侧偏移并阻挡于所述待装载燃料组件1的下端时，而使得预定位置周围的已装载燃料组件1’之间的最小间隙明显小于待装载燃料组件1的外形尺寸时，已装载燃料组件1’的上端将阻碍待装载燃料组件1的插入，此时可将阻挡于所述待装载燃料组件1的已装载燃料组件1’的上端向另一侧偏移，以使预定位置周围的已装载燃料组件1’之间的最小间隙不小于待装载燃料组件1的外形尺寸。

具体地，于完成装载一个燃料组件后，若该燃料组件的上管座相对标准坐标偏移量较大，且处于阻碍其余燃料组件正常插入的位置，可将该燃料组件向标准坐标偏移，以让出更大的空间，进而可使待装载燃料组件1可以更顺利地插入堆芯之中。

具体应用中，对于三面接触的情况，预定装载位置的开口端（空旷位）的左右两侧具有已装载燃料组件1’时，即相对于预偏移的方向，待装载燃料组件1的左前方或右前方具有已装载燃料组件1’时，先判断这些已装载燃料组件1’是否与待装载燃料组件1存在干涉，以判别其是否会阻碍待装载燃料组件1的预偏移路线。若已装载燃料组件1’明显超过预定位置的名义坐标，则会阻碍待装载燃料组件1的预偏移路线，如图9所示，此时应慎用三面接触情况下的预偏移装载模式。或者，可先通过装料机将阻碍待装载燃料组件1的预偏移路线的已装载燃料组件1’进行纠正，使该已装载燃料组件1’向回复其正常位置的方向偏移，确保待装载燃料组件1的预偏移路线不受影响，或者调整燃料组件的装载次序。

具体应用中，还可采用新、旧燃料组件搭配的方案的方法，具体地，可将未变形的新燃料组件及变形程度小的燃料组件与变形程度较大的燃料组件交替设置或采用合适的排布，使燃料组件易于装载入堆芯中。

具体应用中，对于变形严重的燃料组件，可根据实际情况，采用水平旋转的方式，即将燃料组件水平转动180度，再将其纵向下插。

对于在三面接触条件下装载燃料组件，可先将待装载燃料组件1向空旷位置进行横向预偏移。

如图4～图11所示，对于三面接触和四面接触下插过程中，如果因为格架干涉而欠载，则提升待装载燃料组件1错开干涉区间，然后按照相邻导向翼10之间的间距一半的整数倍进行横向偏移调整，具体调整方向和偏移量视燃料组件的变形情况而定。

本实施例中，应用于将待装载燃料组件1装载于三面均具有已装载燃料组件1’或围板2’的堆芯中的预定位置上时，将待装载燃料组件1移动至堆芯上方，如图2中的路径OA；先纵向下插至将待装载燃料组件1的下端靠近于已装载燃料组件1’的上端，如图2中的路径AB；向空旷区域预先横向偏移一定的偏移量，如图2中的路径BC，有效地减小了发生欠载现象的次数，尽可能地减轻燃料装卸时格架之间的摩擦；使待装载燃料组件1纵向下插，如图2中的路径CD；若发生欠载，则横向调整待装载燃料组件1，如图2中的路径DE；发生欠载并横向偏移调整的过程也可以为两次或多次；欠载消失后，使待装载燃料组件1继续纵向下插，如图2中的路径EF；将待装载燃料组件1偏回名义正确坐标，如图2中的路径FG；最后，将待装载燃料组件1下插至预定位置，如图2中的路径GH。应用于将待装载燃料组件1装载于四面均具有已装载燃料组件1’或围板2’的堆芯中的预定位置上时，可于产生欠载情况时将待装载燃料组件1向具有间隙的方向适量偏移一定的距离，以避免欠载。且将待装载燃料组件1装载于三面或四面均具有已装载燃料组件1’或围板2’的堆芯中的预定位置的过程中，均可选择在欠载情况下采用二次或多次纵向提升后纵向下插的方法，或者选择采用对欠载保护定值进行调整，或者选择将已装载燃料组件1’上端向反向于预定位置的方向靠拢以使预定位置的空间开阔。不仅适用普通变形的待装载燃料组件1，还适用于变形严重的待装载燃料组件1，大大提高了燃料组件的装载速度和效率，装载过程省时省力，利于缩短装载燃料组件所需的时间，以提高生产效益，据测算，平均缩短大修装料工时约5小时。还可避免燃料组件格架损伤，降低了定位格架损伤风险，进一步防止了潜在风险，进一步提高了核电生产的安全可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种核电站堆芯燃料组件的换料监视方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过换料机抓取燃料篮中的燃料组件，并读取换料机抓取燃料组件时编码器的初始高度数据；

根据所述初始高度数据计算该燃料组件正确就位于堆芯下栅格板时编码器对应的理论高度数据；计算换料机编码器的理论高度数据包括以下步骤：将堆芯下栅格板物理标高与燃料篮底部物理标高之间的差值加上所述初始高度数据，得到该燃料组件在堆芯下栅格板正确就位的理论高度数据；

通过换料机将所述燃料组件安放于堆芯下栅格板上使燃料组件就位；

读取燃料组件就位后换料机编码器的实际高度数据；

通过计算模块将所述实际高度数据与所述理论高度数据进行对比，若所述实际高度数据与所述理论高度数据之间的差值大于设定的偏差值，则产生报警提示。

2.如权利要求1所述的核电站堆芯燃料组件的换料监视方法，其特征在于，设置用于读取并存储换料机编码器数据的数据库模块；换料机抓取燃料篮中的燃料组件时，读取编码器的初始高度数据之后，将该初始高度数据存入数据库模块。

3.如权利要求1或2所述的核电站堆芯燃料组件的换料监视方法，其特征在于，将各所述燃料组件于处理软件中制作成等比模型，燃料组件在堆芯上装载或卸料过程中，处理模块根据编码器高度数据的变化对装载或卸料过程进行实时动画模拟，并通过显示模块显示动画模拟的过程。

4.如权利要求3所述的核电站堆芯燃料组件的换料监视方法，其特征在于，当装载燃料组件时，若换料机产生超载或欠载的情况，根据产生超载或欠载时编码器高度数据，判断载燃料组件格架的相对位置，在动画模拟中对该高度数据下相互干涉的燃料组件进行闪烁警报提示。

5.一种核电站堆芯燃料组件的换料监视系统，其特征在于，包括用于将燃料组件从燃料篮中抓取至堆芯下栅格板上的换料机，所述换料机上设置有可用于读取换料机抓取燃料组件时换料机的初始高度数据且可用于读取燃料组件就位后换料机的实际高度数据的编码器，所述核电站堆芯燃料组件的换料监视系统还包括用于计算燃料组件正确就位于堆芯下栅格板上的理论高度数据且可用于将所述实际高度数据与所述理论高度数据进行对比的计算模块，若所述实际高度数据与所述理论高度数据之间的差值大于设定的偏差值，则计算模块产生报警提示，所述理论高度数据的计算方法为：将堆芯下栅格板物理标高与燃料篮底部物理标高之间的差值加上所述初始高度数据，得到该燃料组件在堆芯下栅格板正确就位的理论高度数据。

6.如权利要求5所述的核电站堆芯燃料组件的换料监视系统，其特征在于，所述换料监视系统还包括可存储换料机抓取燃料篮中的燃料组件时编码器的初始高度数据的数据库模块。

7.如权利要求5所述的核电站堆芯燃料组件的换料监视系统，其特征在于，所述换料监视系统还包括用于将燃料组件装卸过程的等比模型根据编码器高度数据进行实时动画模拟的处理模块和用于显示动画模拟过程的显示模块。

8.如权利要求7所述的核电站堆芯燃料组件的换料监视系统，其特征在于，当装卸燃料组件时，若燃料组件产生超载或欠载的情况，根据产生超载或欠载时编码器高度数据，判断载燃料组件格架的相对位置，在动画模拟中对该高度数据下相互干涉的燃料组件进行警报提示。

9.如权利要求8所述的核电站堆芯燃料组件的换料监视系统，其特征在于，所述警报提示的方式为干涉的燃料组件闪烁或/和于显示屏幕上显示提示语言。