核電廠安全級(jí)數(shù)字化儀控系統(tǒng)的設(shè)備鑒定

于宏偉，王江波，邱建文，張麗芹

（中科華核電技術(shù)研究院有限公司 北京分公司，北京 100086）

0 引言

核安全級(jí)數(shù)字化儀控系統(tǒng)已逐步應(yīng)用于新建核電廠儀控系統(tǒng)或在役核電廠儀控系統(tǒng)的改造項(xiàng)目。由于技術(shù)復(fù)雜、要求苛刻，目前我國(guó)在運(yùn)核電機(jī)組的核級(jí)數(shù)字化儀控系統(tǒng)大多數(shù)由國(guó)外供貨商提供，大大增加了工程造價(jià)。為了適應(yīng)我國(guó)核電發(fā)展的需要，大力推進(jìn)設(shè)備自主化、國(guó)產(chǎn)化已成為一個(gè)重大的戰(zhàn)略決策。由于核級(jí)設(shè)備的可靠性將直接影響到核電站的安全運(yùn)行，因此核級(jí)數(shù)字化儀控系統(tǒng)在自主化過(guò)程中應(yīng)按照相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)備鑒定。目前國(guó)內(nèi)對(duì)核級(jí)數(shù)字化儀控系統(tǒng)還沒(méi)有建立相關(guān)的鑒定標(biāo)準(zhǔn)體系，相關(guān)研究只對(duì)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的對(duì)比和引用，沒(méi)有針對(duì)試驗(yàn)項(xiàng)目提出具體的試驗(yàn)要求，可操作性不強(qiáng)。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外法規(guī)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的深入分析，提出對(duì)核級(jí)數(shù)字化儀控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備鑒定的方法，為核級(jí)數(shù)字化儀控系統(tǒng)的自主化提供參考。

1 核安全級(jí)數(shù)字化儀控系統(tǒng)設(shè)備鑒定適用性標(biāo)準(zhǔn)

1.1 RCC-E、IEC 60780和IEEE標(biāo)準(zhǔn)比較

國(guó)內(nèi)二代及二代改進(jìn)型核電廠核安全級(jí)數(shù)字化儀控系統(tǒng)的設(shè)備鑒定主體標(biāo)準(zhǔn)選取和采用法國(guó) 《RCC-E 核島電氣設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則》（2005年12月版），同時(shí)也選用GB/T12727-2002《核電廠安全系統(tǒng)電氣物項(xiàng)質(zhì)量鑒定》（等效IEC60780）作為主體標(biāo)準(zhǔn)。在鑒定試驗(yàn)的具體執(zhí)行和實(shí)施方面，優(yōu)先考慮采用已被國(guó)內(nèi)較普遍接受的適用標(biāo)準(zhǔn)作為特定標(biāo)準(zhǔn)，抗震試驗(yàn)選取GB/T 13625-1992 《核電廠安全系統(tǒng)電氣設(shè)備抗震鑒定》（等效IEC 60980），環(huán)境試驗(yàn)選取GB/T 2423(等效IEC 60068-2）系列標(biāo)準(zhǔn)，電磁兼容性試驗(yàn)選取GB/T 17626 (等效IEC 61000-4）系列標(biāo)準(zhǔn)。

三代AP1000項(xiàng)目核安全級(jí)數(shù)字化儀控系統(tǒng)的設(shè)備鑒定的主體標(biāo)準(zhǔn)采用IEEE 323《核電廠安全級(jí)設(shè)備鑒定》，環(huán)境鑒定依據(jù)美國(guó)核管會(huì)（NRC）RG1.209《核電廠中基于計(jì)算機(jī)的安全相關(guān)儀表和控制系統(tǒng)的環(huán)境鑒定指導(dǎo)》。

IEC 60780（GB/T 12727）、RCC-E和IEEE 323主 體鑒定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)安全級(jí)數(shù)字化儀控系統(tǒng)設(shè)備鑒定適用的試驗(yàn)法規(guī)定方面的比較（表1）。

表1 IEC 60780、RCC-E和IEEE 323標(biāo)準(zhǔn)鑒定試驗(yàn)項(xiàng)目比較Table 1 Compare of RCC-E、IEC 60780 and IEEE 323

1）從鑒定方法上，RCC-E的內(nèi)容主要是針對(duì)試驗(yàn)法。IEC 60780與IEEE 323均提出型式試驗(yàn)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、分析法、組合法質(zhì)量鑒定4種鑒定方法；此外，IEC 60780提出了在役質(zhì)量鑒定方法。對(duì)于安全級(jí)數(shù)字化儀控設(shè)備而言，采用數(shù)字化技術(shù)后，其相對(duì)模擬設(shè)備的技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度更快，獲取某些儀控設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行條件下的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)會(huì)比較困難，所以應(yīng)按照IEC 60780的要求，優(yōu)先采用型式試驗(yàn)方法進(jìn)行儀控設(shè)備的環(huán)境鑒定。

2）從鑒定試驗(yàn)項(xiàng)目的規(guī)定來(lái)說(shuō)，IEC 60780（GB/T 12727）與RCC-E是一致的。IEEE 323的鑒定試驗(yàn)項(xiàng)目類型也是4類試驗(yàn)，與IEC 60780/RCC-E的4類試驗(yàn)沒(méi)有大的明顯的區(qū)別。

3）從環(huán)境條件上，IEEE 323按照和緩環(huán)境和嚴(yán)酷環(huán)境進(jìn)行了區(qū)分，而IEC 60780（GB/T 12727）未進(jìn)行環(huán)境條件的區(qū)分。RCC-E對(duì)環(huán)境條件分為正常環(huán)境條件和事故環(huán)境條件。核安全級(jí)數(shù)字化儀控系統(tǒng)(物理變量檢測(cè)設(shè)備以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)除外)屬于安全殼外1E級(jí)設(shè)備，通常安裝在具有通風(fēng)和空調(diào)的電氣設(shè)備間，運(yùn)行條件為和緩環(huán)境。和緩環(huán)境下設(shè)備在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件(DBE)工況下失效的潛在共因?yàn)榈卣疬\(yùn)動(dòng)，對(duì)于事故和事故后環(huán)境條件，核安全級(jí)數(shù)字化儀控系統(tǒng)主要考慮地震的情況[1]。

4）在老化方面，IEEE 323和IEC 60780都指出溫度、輻射劑量、磨損和振動(dòng)都是可能的老化機(jī)理，IEC 60780還包括了腐蝕。

5）三類標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定進(jìn)行抗震鑒定，分別執(zhí)行IEEE 344和IEC 70980（GB/T 13625），在抗震試驗(yàn)的要求和方法方面，基本相同。

6）關(guān)于裕量，IEC 60780（GB/T 12727）與IEEE 323相比較，沒(méi)有規(guī)定溫度和地震裕量，其他參數(shù)的裕度值基本一致。

1.2 核安全級(jí)數(shù)字化儀控系統(tǒng)設(shè)備鑒定的主體標(biāo)準(zhǔn)

IEEE 323鑒定的原則和方法能夠適用于二代改進(jìn)型和AP1000等三代壓水堆核安全級(jí)數(shù)字化儀控設(shè)備的鑒定活動(dòng)，具備通用性，因此我國(guó)核安全級(jí)數(shù)字化儀控的設(shè)備鑒定可以采用IEEE 323作為主體標(biāo)準(zhǔn)。

2 核安全級(jí)數(shù)字化儀控系統(tǒng)設(shè)備鑒定試要求

2.1 設(shè)備鑒定要素

核安全級(jí)數(shù)字化儀控設(shè)備鑒定若執(zhí)行IEEE 323為主體標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)IEEE 323中規(guī)定：設(shè)備鑒定的基本要素包括：包含安全功能說(shuō)明的設(shè)備技術(shù)規(guī)格書；驗(yàn)收準(zhǔn)則；在役條件的說(shuō)明，包括適用的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件及其持續(xù)時(shí)間；鑒定計(jì)劃；鑒定計(jì)劃的實(shí)施；鑒定所需的文件資料，包括保持鑒定所要求的維修活動(dòng)。設(shè)備使用者負(fù)責(zé)明確設(shè)備的性能要求和驗(yàn)證已滿足鑒定要求的文件[2]。

2.2 鑒定試驗(yàn)項(xiàng)目

根據(jù)GB/T 12727—2002的5.4.2以及IEEE 323對(duì)于設(shè)備鑒定試驗(yàn)項(xiàng)及試驗(yàn)順序的要求，鑒定試驗(yàn)一般按照正常環(huán)境條件下的基準(zhǔn)功能試驗(yàn)、極限環(huán)境條件下的試驗(yàn)、老化處理、事故及事故后環(huán)境條件下的試驗(yàn)4個(gè)部分進(jìn)行。

鑒定試驗(yàn)應(yīng)至少在一套完整的試驗(yàn)樣機(jī)上按順序完成下述4類試驗(yàn)內(nèi)容。

2.3 鑒定試驗(yàn)要求

2.3.1 基準(zhǔn)試驗(yàn)

基準(zhǔn)試驗(yàn)用于檢驗(yàn)設(shè)備在正常環(huán)境條件下的電氣及功能性能特性，以產(chǎn)生基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，作為后面試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)，包括以下方面的試驗(yàn)。

1）外觀和機(jī)械結(jié)構(gòu)檢查

2）基本電氣性能試驗(yàn)

包括介電強(qiáng)度、絕緣電阻、接地連續(xù)性試驗(yàn)，可依據(jù)RCC-E中的相關(guān)要求進(jìn)行。

3）設(shè)備功能特性的測(cè)定試驗(yàn)

檢查系統(tǒng)的完整性或配置典型性，包括：

系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：?jiǎn)我还收显瓌t、獨(dú)立性原則和冗余性原則。單一故障條件試驗(yàn)按照IEC 61131-2-2007進(jìn)行。在安全級(jí)數(shù)字化儀控設(shè)備中如果應(yīng)用了隔離模塊，需要按照IEEE 384要求進(jìn)行信號(hào)線短路和開(kāi)路試驗(yàn)及串模和共模電壓故障試驗(yàn)；按照RCC-E D7620要求進(jìn)行隔離電壓和絕緣電阻試驗(yàn)。

性能和功能特性。

2.3.2 極限使用條件下的試驗(yàn)

1）環(huán)境試驗(yàn)

在環(huán)境試驗(yàn)中，對(duì)于環(huán)境條件，國(guó)內(nèi)M310堆型的核電廠應(yīng)首先滿足RCC-E規(guī)范中的環(huán)境條件[3]；而AP1000堆型應(yīng)首先滿足NUREG 0800認(rèn)可的EPRI TR-107330中的環(huán)境條件[4]（表2）。

表2 環(huán)境條件比較Table 2 Comparison of Environmental Conditions

目前國(guó)內(nèi)核電標(biāo)準(zhǔn)中還沒(méi)有統(tǒng)一的環(huán)境條件要求，因此可保守的認(rèn)為核安全級(jí)數(shù)字化儀控設(shè)備鑒定應(yīng)當(dāng)同時(shí)滿足RCC-E和EPRI TR-107330中規(guī)定的環(huán)境條件，并滿足具體廠址的要求[1]。

從表2可知，RCC-E中的D2220“安全殼外設(shè)備正常環(huán)境條件”和D2221“極限運(yùn)行條件下的環(huán)境條件”都比EPRI TR-107330中的相應(yīng)條件范圍更大一些。因此，從保守的角度來(lái)說(shuō)，核安全級(jí)數(shù)字化儀控設(shè)備鑒定可考慮采用RCC-E中規(guī)定的環(huán)境條件。

2）溫濕條件試驗(yàn)

試驗(yàn)方法和條件：按照EPRI TR-107330的4.3.6.3[4]。

3）電磁兼容性試驗(yàn)

電磁兼容性試驗(yàn)方法和條件按照NRC的RG1.180[5]（表3）。

2.3.3 老化處理

安全級(jí)數(shù)字化儀控系統(tǒng)設(shè)備位于和緩環(huán)境，不存在明顯老化機(jī)理，不需要明確其鑒定壽命，因此不需要進(jìn)行老化試驗(yàn)。若該區(qū)域的累積輻照劑量不高于100Gy，因此可判定輻照為非明顯老化機(jī)理，可不考慮輻照老化。

操作循環(huán)對(duì)部件（如斷路器、開(kāi)關(guān)和繼電器等）壽命的影響主要源于機(jī)械疲勞和磨損。由于這種疲勞和磨損效應(yīng)是無(wú)法預(yù)見(jiàn)的，因此，除非已有試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，該部件在經(jīng)受合格壽命內(nèi)規(guī)定的操作次數(shù)而并無(wú)明顯性能下降，否則應(yīng)在規(guī)定條件下進(jìn)行規(guī)定次數(shù)的運(yùn)行老化，因此運(yùn)行老化是安全級(jí)數(shù)字化控制系統(tǒng)設(shè)備鑒定需要考慮的顯著老化機(jī)理。

表3 電磁兼容性試驗(yàn)方法和條件Table 3 Test methods and conditions for EMC

1）運(yùn)行老化試驗(yàn)

試驗(yàn)方法和條件：按照IEEE 649-2006中規(guī)定的方法對(duì)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行運(yùn)行老化試驗(yàn)。

2）長(zhǎng)期運(yùn)行試驗(yàn)

長(zhǎng)期運(yùn)行試驗(yàn)是RCC-E標(biāo)準(zhǔn)中的耐久性試驗(yàn)項(xiàng)目，IEEE 323中沒(méi)有該試驗(yàn)，從保守角度看，核安全級(jí)數(shù)字化儀控設(shè)備鑒定的老化處理試驗(yàn)中可考慮采用該試驗(yàn)。

試驗(yàn)方法和條件：按照EJ/T 1197-2007中的5.4.4和5.5.e)。

3）振動(dòng)老化試驗(yàn)

試驗(yàn)方法和條件：參考IEC 60068-2-6-2006中的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)。

2.3.4 事故及事故后環(huán)境條件下的試驗(yàn)

試驗(yàn)方法和條件：按照IEEE 344的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)。采用連續(xù)正弦波信號(hào)或白噪聲隨機(jī)波信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)，掃描頻率范圍為1Hz～100Hz～1Hz，掃描速率為1倍頻程/1min，進(jìn)行共振頻率探查試驗(yàn)。在雙軸地震試驗(yàn)臺(tái)上或在三向地震試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行5次運(yùn)行基準(zhǔn)地震（OBE）試驗(yàn)，再進(jìn)行1次安全停堆地震（SSE）試驗(yàn)。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外法規(guī)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的分析，提出了對(duì)核級(jí)數(shù)字化儀控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備鑒定的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)條件。認(rèn)為IEEE 323可作為我國(guó)核安全級(jí)數(shù)字化儀控設(shè)備鑒定的主體標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)在環(huán)境試驗(yàn)條件方面，可結(jié)合我國(guó)電廠實(shí)際情況，綜合考慮RCC-E和EPRI TR-l07330。在老化機(jī)理分析中，認(rèn)為運(yùn)行老化是需要考慮的顯著老化機(jī)理，此外，按照RCC-E以及EJ/T 1197-2007，增加了長(zhǎng)期運(yùn)行試驗(yàn)。還對(duì)單一故障條件試驗(yàn)、隔離試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)、電磁兼容性試驗(yàn)和抗震試驗(yàn)等試驗(yàn)要求提出了具體建議。

隨著數(shù)字技術(shù)設(shè)備的迅速發(fā)展和其在我國(guó)新建核電廠中的廣泛應(yīng)用，在對(duì)此類設(shè)備進(jìn)行鑒定時(shí)，應(yīng)吸納先進(jìn)核電國(guó)家在此方面進(jìn)行的研究成果，增加適用的鑒定要求，以適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展的變化需求，從而保障核電廠安全可靠的運(yùn)行。

[1]黃偉杰.核電廠數(shù)字化儀表控制系統(tǒng)設(shè)備鑒定方法研究[J].核動(dòng)力工程, 2014, 35(6):111-114.

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