换料机伸缩套筒圆周度测量方法改进与应用

换料机伸缩套筒圆周度测量方法改进与应用

杨小强

广东省深圳市中广核核电运营有限公司 518124

摘 要 为了改进核电站换料机伸缩套筒圆周度的测量方法，减少人员电离辐射照射及工业安全风险，通过远程测量方法的可行性分析，使用全站仪及莱卡反射片进行远程测量，优势明显，已在多个大修中得到应用。

关键词 核燃料组件；换料机伸缩套筒圆周度测量；全站仪；测量误差；降低风险。

1.引言

换料机为核电站反应堆用来操作核燃料组件的设备，换料机伸缩套筒通过连接抓具进行上升下降运动实现对核燃料组件的抓取操作。换料机装卸核燃料过程对燃料组件抓具的定位精度要求较高（定位坐标±1.5mm内），圆周度的测量评价直接与抓取燃料组件的精确度相关，因此对换料机伸缩套筒的圆周度有较高的要求。圆周度的测量工作为《核安全相关系统和设备定期试验监督大纲》要求的监督项目，如果换料机套筒不能满足上述设计要求，当燃料组件在套筒内上下移动时有可能使燃料组件受到额外阻力，同时影响燃料组件定位，有燃料组件倾倒和与其它组件碰撞的风险，导致损坏燃料组件和破坏核安全保护的第一道屏障。

因此核电站在每个换料周期卸料前，均需要对换料机伸缩套筒进行圆周度测量，圆周度测量的准确率与测量方法的可操作性就显得格外的重要。由于换料机伸缩套筒部件在构件池底部，高差12.5m，且池底辐射剂量较高，导致了伸缩套筒圆周度的测量难度较高。

2.背景介绍

2.1 核电站现有技术介绍

目前核电站关于换料机伸缩套筒圆周度的常规测量方法为：人员进入构件池底，将百分表通过磁性支架安装在 F 型夹上，触须与抓具圆柱段表面接触，检查转动固定套筒期间抓具部件的位移量，记录百分表读数，从而得到圆周度测量结果。

此工作需至少两名工作人员穿戴气衣、佩戴安全带、挂防坠器等防护措施，攀爬12.5米左右的竖梯从核岛反应堆厂房20米平台进入构件池底工作。工作环境恶劣、风险极高，存在体表污染、内污染、窒息、坠落等风险，如果构件池底存在热点剂量水平较高的话，需要增加额外人力才能完成此项工作。环境的不良因素，可能导致工作的安全性及测量准确率下降。

目前了解法国EDF公司，关于换料机伸缩套筒圆周度的测量方法也是采用上述方法。

2.2 现有技术的不足

现有测量方法的缺点如下：

1)实施过程复杂：至少需两名工作组成员进入构件池底作业，穿戴气衣、佩戴安全带、挂防坠器等防护措施；

2)观测误差大：受工作现场环境影响，观测误差加大；

3)安全系数低：人员穿戴气衣攀爬12.5米左右竖梯进入构件池且构件池底辐射剂量水平较高，可能存在热点等不确定因素；

4)工作效率低：构件池底作业，受气衣、高剂量照射等因素影响，工作时间增长；

5)备件消耗及废物产生增加：使用工具均会造成沾污、且增加气衣及全面罩的消耗。

3.新方法测量介绍

3.1 测量原理

传统测量方法的原理是通过百分表指针实际接触伸缩套筒抓具得出圆周度偏移量。新方法的原理是通过全站仪远程测距的方法来得出圆周度的偏移量。通过使用全站仪及莱卡反射片，使用间接测量的方式，得到换料机伸缩套筒圆周度，同时提高测量精确度、降低工作风险、减少工具及备件成本。

那么全站仪是如何实现伸缩套筒圆周度的测量呢？首先在换料机伸缩套筒抓具圆套筒上均匀粘贴一圈莱卡反射片，然后在构件池上方20米平台布置一台全站仪，通过激光对准莱卡反射片，选择一合适点位作为测量点，如果光线不足，可使用照明灯进行光线补偿。测量点选择完毕，对全站仪进行站点设置，站点设置完毕后，换料机的位置、换料机伸缩套筒的高度位置、全站仪及全站仪镜头的物理位置都不允许改变。通过视距测量，得到一个三维坐标（X，Y，Z），然后旋转换料机伸缩套筒一周，均匀选取若干位置进行测距，最终得到一组数据。在坐标（X，Y，Z）中，X代表全站仪与测量点的直线距离，Y代表全站仪与测量点的水平距离，Z代表全站仪与测量点的高差；由于全站仪站点设置后，全站仪位置、换料机位置及伸缩套筒高度位置不变，故坐标Y/Z不会发生变化,因此坐标X的变化量，即为伸缩套筒旋转一周的偏移量。因此换料机伸缩套筒的圆周度=（Xmax-Xmin）/2。

3.2 测量误差

观测误差为被观测对象的观测值与真实值或理论值间的差值。观测误差产生的原因一般有测量设备、观测者和外界环境。传统测量方法，现场环境恶劣影响观测者心态且人员穿戴气衣视线不佳，不利于数据的读取，将会导致观测误差的增加。

本测量方法采用全站仪，全站仪本身有自动补偿单元，减少了测量设备带来的误差；读数和记录为自动化，减少了观测者读数引入的观测误差；另外，最终测量结果为所有读数的差值，因此，系统误差、莱卡反射片引入的误差以及其他因素产生的误差将因为做差而抵消。全站仪测量精度为0.1mm，满足程序及现场实际要求。

综上，本方法在测量精度满足要求的情况下，减少了观测误差及其他因素带来的误差，提升了数据的准确性。

3.3 实施方法

下面介绍本方法现场实际执行的相关步骤：

1)抓具安装前或安装后，将莱卡反射片绕换料机伸缩套筒抓具圆套筒粘贴一圈，确保均匀；

2)将换料机移动到下部构件支撑座区域；

3)将全站仪布置在核岛反应堆厂房20米平台合适区域，固定稳固，同时将全站仪调平；

4)将换料机伸缩套筒高度下降到合适位置，调整全站仪镜头使其能观测到莱卡反射片；

5)使用全站仪激光对准莱卡反射片，取一合适点作为基准点进行测量，基准点选取完毕后，换料机及全站仪均不允许移动；

6)逆时针旋转换料机转塔，每隔30°测量一次，并记录数据；转塔旋转到极限位后，再顺时针旋转，每隔30°测量一次，并记录数据，直到旋转到极限位；

7)测量完毕，将换料机转回初始位置；

8)统计测量数据，计算结果，看是否满足程序的要求，最后拆除莱卡反射片。

4.小结

新方法不但能实现换料机伸缩套筒圆周度的测量，同时能提高测量数据的准确性且减少项目的风险。

该技术与原有测量技术比较，优势更为突出，降低了项目风险、提高了数据准确性、提升现场工作效率并减少工期，同时减少了耗材的使用。

综上：改进后的方法从安全、质量、工期、成本上都有着较大的优势。

目前该技术已广泛应用于各核电站基地，现场执行效果显著。后续可推广到国内外其它核电站。