海洋核動力平臺核級數(shù)字化儀控設(shè)備鑒定通用要求研究

吳寶安，趙友有，王緒霄

（中廣核研究院有限公司，廣東 深圳 518031）

0 引言

海洋核動力平臺是海上移動式小型核電站，是小型核反應(yīng)堆與船舶工程的有機(jī)結(jié)合，可廣泛應(yīng)用于海洋能源開采、海水淡化、島嶼供電、遠(yuǎn)航運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。核安全是海洋核動力平臺設(shè)計、建設(shè)、運(yùn)營等環(huán)節(jié)需要考慮的首要問題，貫穿于整個生命周期。核級數(shù)字化儀控系統(tǒng)（簡稱“I&C系統(tǒng)”）執(zhí)行核反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)功能，是保障海洋核動力平臺核安全的重要系統(tǒng)，而設(shè)備鑒定可以證明在規(guī)定的運(yùn)行條件和環(huán)境條件下I&C 系統(tǒng)設(shè)備能按規(guī)定的準(zhǔn)確度和性能要求起作用[1]。目前，由于國內(nèi)無民用海洋核動力平臺建設(shè)和運(yùn)營的先例，因而對其I&C 系統(tǒng)還沒有建立相關(guān)的鑒定要求。有必要對國內(nèi)外核電I&C 設(shè)備的鑒定標(biāo)準(zhǔn)以及國內(nèi)船級社（簡稱“CCS”）型式認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn)深入分析，提出一種適用于海洋核動力平臺I&C 系統(tǒng)設(shè)備鑒定通用要求。

1 設(shè)備鑒定適用標(biāo)準(zhǔn)選取

1.1 標(biāo)準(zhǔn)簡介

設(shè)備鑒定活動的依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)通?？砂凑? 個層次進(jìn)行選用：主體標(biāo)準(zhǔn)、配套標(biāo)準(zhǔn)和通用標(biāo)準(zhǔn)。主體標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)備鑒定的一般過程、程序和方法，但未對具體鑒定試驗詳細(xì)說明，執(zhí)行起來存在困難。配套標(biāo)準(zhǔn)針對某些鑒定試驗專題項目展開說明，以從中找到適合產(chǎn)品的試驗等級及試驗指標(biāo)，配套標(biāo)準(zhǔn)是指導(dǎo)性質(zhì)的，具體試驗執(zhí)行時一般引向通用標(biāo)準(zhǔn)，通用標(biāo)準(zhǔn)對具體試驗過程有詳細(xì)說明。

1.1.1 核電鑒定標(biāo)準(zhǔn)體系

國際上應(yīng)用于核電廠核級電氣設(shè)備鑒定標(biāo)準(zhǔn)體系主要有IEEE 系列標(biāo)準(zhǔn)和IEC 系列標(biāo)準(zhǔn)，主體標(biāo)準(zhǔn)分別為IEEE323-2003 和IEC60780-1998。此外，法國核電行業(yè)核級電氣設(shè)備鑒定主要遵循RCC-E，其具體過程、方法和要求與IEC60780-1998 保持一致。無論是IEEE323 和IEC60780，兩者規(guī)定的鑒定原則、方法、過程是一致的，目前已經(jīng)合并為標(biāo)準(zhǔn)IEC/IEEE60780-323:2016。中國已經(jīng)將IEC60780-1998 轉(zhuǎn)化為GB/T12727-2002，技術(shù)內(nèi)容兩者等 同。GB/T12727-2002 與IEEE323-2003 及RCC-E-2005中規(guī)定鑒定試驗內(nèi)容及鑒定試驗可以使用的方法基本一致。因此，可采用GB/T12727-2002 作為海洋核動力平臺I&C設(shè)備鑒定的主體標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)EJ/T1197-2007作為GB/T12727-2002的配套標(biāo)準(zhǔn)，用以指導(dǎo)環(huán)境試驗；對于電磁環(huán)境試驗，RG1.180-2003、TR-102323-Rev.1 均對核電廠核級設(shè)備的EMC 性能提出要求。因此，選擇RG1.180-2003、TR-102323-Rev.1 作為GB/T12727-2002 的EMC 試驗的配套標(biāo)準(zhǔn)。

在通用標(biāo)準(zhǔn)方面，環(huán)境試驗執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)選擇如下：對于溫濕度條件試驗，選擇GB/T2423（IEC60068-2）系列標(biāo)準(zhǔn)；對于電磁兼容試驗，選擇GB/T17626（IEC61000-4）系列標(biāo)準(zhǔn)和GB/T4824-2013（CISPR11-2010）。

1.1.2 CCS的標(biāo)準(zhǔn)體系

《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》（2018）是適用于海上航行入級船舶的總體規(guī)范文件，包括入級條件與范圍、相配套的技術(shù)要求，旨在控制安全與質(zhì)量達(dá)到適當(dāng)水平，并得到廣泛的認(rèn)同。CCS 頒布的規(guī)范是入級的基礎(chǔ)和唯一依據(jù)。因此，采用CCS《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》（2018）作為船用設(shè)備相關(guān)鑒定的主體標(biāo)準(zhǔn)。I&C 系統(tǒng)設(shè)備需要考慮該規(guī)范第4 分冊第7 章《自動化系統(tǒng)》相關(guān)要求。

CCS 出版物《電氣電子產(chǎn)品型式認(rèn)可試驗指南2015》（GD22-2015）是針對船舶電氣電子設(shè)備型式認(rèn)可的規(guī)范。該指南除了對船用電氣電子產(chǎn)品型式認(rèn)可試驗中的外觀檢查、性能試驗作出原則規(guī)定外，還對其所應(yīng)進(jìn)行的各種船舶環(huán)境條件試驗的試驗?zāi)康?、條件、方法、結(jié)果和所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)作出了明確規(guī)定，可作為船用I&C 設(shè)備鑒定的參考指南。

在GD22-2015 的引用標(biāo)準(zhǔn)中，對于環(huán)境試驗，多采用IEC60068-2 系列標(biāo)準(zhǔn)；對于電磁兼容試驗，采用CISPR16-2-1、CISPR16-2-3 和IEC61000-4 系列標(biāo)準(zhǔn)。

此外，針對船用環(huán)境的特殊要求，如果《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》中缺少相關(guān)設(shè)計要求，可參考船舶相關(guān)的GB、CB 和GJB 等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行。

1.1.3 核電鑒定與CCS型式認(rèn)可的關(guān)系

海洋和動力平臺I&C 系統(tǒng)設(shè)備需要滿足核電儀控設(shè)備鑒定要求，同時也需要充分考慮船用儀控設(shè)備的CCS 入級檢驗要求。通過分析對比核電儀控設(shè)備鑒定要求和CCS 儀控設(shè)備入級要求，兩者分別要求執(zhí)行的鑒定試驗和型式認(rèn)可試驗中的相同試驗項除部分存在差異外，實(shí)際執(zhí)行的通用標(biāo)準(zhǔn)基本一致。

本文后續(xù)涉及的I&C 設(shè)備鑒定試驗項綜合考慮了核電儀控設(shè)備鑒定試驗項和CCS 儀控設(shè)備入級型式認(rèn)可試驗項。對于試驗項的嚴(yán)酷程度或試驗等級，需要包絡(luò)核電和CCS相關(guān)要求。

核電儀控設(shè)備鑒定對試驗順序有一定要求，CCS 型式認(rèn)可試驗對試驗順序無明確要求，海洋核動力平臺I&C 設(shè)備鑒定可采用核電儀控設(shè)備鑒定的試驗順序，但需要得到CCS 的審批認(rèn)可。

2 鑒定輸入

鑒定輸入主要包括海洋核動力平臺對I&C 系統(tǒng)的功能、性能要求和環(huán)境影響因素兩方面。功能、性能要求主要在相關(guān)技術(shù)規(guī)格書和鑒定大綱中規(guī)定。

環(huán)境的因素指設(shè)備在其壽期內(nèi)經(jīng)歷的所有環(huán)境條件和運(yùn)行條件對設(shè)備的影響因素。環(huán)境條件是指存在于設(shè)備外部的條件，比如溫度、振動等；運(yùn)行條件是指存在于設(shè)備內(nèi)部的條件或者設(shè)備本身物理、機(jī)械相關(guān)的條件。

以陸上壓水堆為基礎(chǔ)，結(jié)合特有的海洋環(huán)境條件[2]和運(yùn)行條件，確定海洋核動力平臺I&C 設(shè)備的鑒定因素包括但不限于：

- 溫度、濕度、壓力、鹽霧、霉菌等。

- 電磁干擾（EMI）、射頻干擾（RMI）、浪涌等。

- 電壓、電流及頻率的變化等。

- 震動、傾斜、搖擺、沖擊等。

3 鑒定試驗要求

參考陸上壓水堆經(jīng)驗，I&C 系統(tǒng)設(shè)備屬于安全殼外安全級設(shè)備，滿足K3 鑒定要求[3]。根據(jù)GD22-2015 規(guī)定，船上受控環(huán)境到敞開的甲板分為5 類環(huán)境（A-E），海洋核動力I&C 系統(tǒng)設(shè)備處所屬于B 類環(huán)境：一般溫度、高濕和振動的圍蔽處所，且是“一般配電區(qū)域”的電磁環(huán)境要求。

需要指出的是，海洋核動力平臺I&C 系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行鑒定時，在滿足核電鑒定要求的前提下，應(yīng)統(tǒng)籌考慮GD22-2015 中型式認(rèn)可試驗的有關(guān)要求。

本章節(jié)描述鑒定通用要求，不對具體試驗條件、試驗方法和試驗驗收準(zhǔn)則進(jìn)行具體說明。

3.1 鑒定試驗順序

海洋核動力平臺I&C 設(shè)備采用試驗法進(jìn)行鑒定，鑒定試驗前應(yīng)準(zhǔn)備一套對于被鑒定的I&C 系統(tǒng)設(shè)備具有足夠代表性的試驗樣機(jī)[4]（以下簡稱樣機(jī)）。

鑒定試驗可分為以下4 個階段。

◇ 階段1：基準(zhǔn)試驗

樣機(jī)的基本技術(shù)參數(shù)及功能性測試，作為后續(xù)其它試驗的比較基準(zhǔn)。部分試驗可以在后續(xù)各項試驗后重復(fù)?；鶞?zhǔn)試驗內(nèi)容如下：

- 基本電氣性能試驗，如介電強(qiáng)度試驗、絕緣電阻試驗、機(jī)械接地的電氣連續(xù)性檢查。

- 功能、性能檢查。

◇ 階段2：極限條件下的試驗

用于檢驗設(shè)備在影響因素的額定范圍內(nèi)和限值下的功能特性，通常包括：

- 環(huán)境條件，如溫度、濕度、振動、傾斜和搖擺等。- 不同設(shè)備的特殊影響因素，如電磁兼容。

◇ 階段3：老化試驗

該試驗用于檢驗I&C 設(shè)備的耐久性。結(jié)合K3 類設(shè)備的鑒定要求，需要進(jìn)行環(huán)境老化。

◇ 階段4：事故試驗

沖擊環(huán)境為海洋核動力平臺需考慮的主要事故工況[5]。該階段用于檢驗設(shè)備在事故環(huán)境條件下的功能特性。

通常除極限條件下的試驗外，其它試驗均應(yīng)該在同一個樣機(jī)上進(jìn)行，而且試驗應(yīng)該按照階段1 ～4 的順序執(zhí)行。需要指出的是，GD22-2015 對試驗順序沒有強(qiáng)制要求。因此，下述階段2 和階段3 與環(huán)境溫濕度老化有關(guān)的試驗，應(yīng)注意統(tǒng)籌考慮核電與CCS 的要求，如環(huán)境參數(shù)包絡(luò)性、設(shè)備在試驗過程中是否通電等。

3.2 基準(zhǔn)試驗

基準(zhǔn)試驗包括正常大氣條件下的電氣安全、功能性能等試驗，以產(chǎn)生基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，作為后面鑒定試驗的依據(jù)。

海洋核動力平臺采用核電試驗項目的分類方法，根據(jù)GD22-2015 的基本試驗項目，總結(jié)出海洋核動力平臺I&C設(shè)備基本試驗項目，如表 1 所示。

3.3 極限條件下的試驗

極限條件下的試驗包括電源條件試驗、溫濕條件試驗和電磁兼容試驗。除上述試驗外，GD22-2015 的試驗項還包括傾斜和搖擺試驗。上述試驗匯總?cè)绫? 所示。

表1 基準(zhǔn)試驗項目Table 1 Benchmark test items

表 2 極限條件下的試驗項目Table 2 Test items under extreme conditions

表 3 EMC試驗項Table 3 EMC test items

海洋核動力平臺I&C 系統(tǒng)電磁兼容試驗可在任何樣機(jī)（如有多個樣機(jī)）和任何試驗階段執(zhí)行。電磁兼容試驗項如表 3 所示。電磁兼容試驗條件和驗收標(biāo)準(zhǔn)，必須包絡(luò)核電鑒定要求和GD22-2015 的要求，試驗等級和驗收標(biāo)準(zhǔn)在鑒定大綱中明確。

3.4 老化試驗

老化試驗也稱為評價設(shè)備性能隨時間變化的試驗，用于檢驗設(shè)備的耐久性。老化試驗應(yīng)根據(jù)樣機(jī)特點(diǎn)，在滿足核電鑒定要求的前提下，統(tǒng)籌考慮GD22-2015 型式認(rèn)可試驗的有關(guān)要求。一般應(yīng)包括：熱老化、長期運(yùn)行、振動老化。

如認(rèn)為某項老化試驗對某項設(shè)備不適用時，應(yīng)提供合理的證明，才能使用專用的試驗程序。老化試驗項目見表4。

表4 老化試驗項Table 4 Aging test items

3.5 事故試驗

海洋核動力平臺I&C 系統(tǒng)設(shè)備鑒定的事故試驗主要為沖擊試驗。試驗的目的是模擬設(shè)備在使用或運(yùn)輸過程中可能受到的隨機(jī)性的沖擊效應(yīng)，可參考GB/T 2423.5-1995 (試驗Ea)試驗方法進(jìn)行試驗。

4 結(jié)束語

海洋核動力平臺兼具核工程和船舶工程的雙重屬性，目前國內(nèi)無相關(guān)建設(shè)和運(yùn)營經(jīng)驗借鑒，其I&C 設(shè)備鑒定標(biāo)準(zhǔn)體系和鑒定方法處于空白。本文通過對比分析核電站核級I&C 系統(tǒng)設(shè)備鑒定要求和CCS 電氣設(shè)備的形式試驗要求，并結(jié)合海洋環(huán)境條件，提出一種適用于海洋核動力平臺I&C 系統(tǒng)設(shè)備的通用鑒定要求，為后續(xù)海洋核動力平臺I&C 設(shè)備鑒定提供一種思路和方法。