淺析核電廠保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備鑒定方案

宿俊海，楊 萌，李 穎

（1.中核控制系統(tǒng)工程有限公司，北京 102401；2.中國核電工程有限公司，北京 100840）

0 引言

近年來為解決能源的可持續(xù)性，中國大力發(fā)展核電事業(yè)，然而核電的安全性一直被人們所關(guān)注。反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)是產(chǎn)生與保護(hù)任務(wù)有關(guān)的必要信息，防止反應(yīng)堆狀態(tài)超過規(guī)定的安全限值或減輕超過安全限值所造成的損壞和損失后果的安全系統(tǒng)。當(dāng)反應(yīng)堆出現(xiàn)異常，但還不致馬上危及反應(yīng)堆安全時，為確保核電站連續(xù)運行，反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出報警信號或由閉鎖系統(tǒng)提供校正措施，使反應(yīng)堆恢復(fù)到正常運行狀態(tài)；當(dāng)運行保護(hù)參數(shù)超過了設(shè)計停堆整定值時，能快速緊急停堆；當(dāng)出現(xiàn)超出停堆保護(hù)能力的故障時，能啟動相應(yīng)的專設(shè)安全設(shè)施，縮小事故范圍和防止放射性污染；當(dāng)核電站運行達(dá)到某種狀態(tài)時，允許手動或自動閉鎖某些保護(hù)動作，防止系統(tǒng)誤操作。所以反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)是核電廠反應(yīng)堆儀控系統(tǒng)的一個非常重要的組成部分，是反應(yīng)堆穩(wěn)定、可靠運行的有力保障。反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的功能主要是保護(hù)3大核安全屏障（燃料包殼、一回路壓力邊界和安全殼）的完整性。因此，對于核電廠反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)自身的可靠性要求是非常高的。保護(hù)系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備通常為核級設(shè)備，與常規(guī)設(shè)備不同，核級設(shè)備性能的好壞和穩(wěn)定直接影響到整個核電站的安全可靠運行。

目前，國內(nèi)核電廠核級相關(guān)設(shè)備大部分為進(jìn)口設(shè)備，在供貨周期、價格、售后服務(wù)等方面都存在劣勢，推進(jìn)其國產(chǎn)化勢在必行。而在國產(chǎn)化過程中，設(shè)備的核級鑒定至關(guān)重要。

1 核電廠設(shè)備的鑒定分級及鑒定方法

核電廠設(shè)備的分級分為安全級（1E級）和非安全級（非1E級），安全級設(shè)備執(zhí)行安全功能，必須進(jìn)行設(shè)備鑒定。根據(jù)設(shè)備的安裝位置以及設(shè)備的安全功能，設(shè)備的鑒定等級分為3個等級，即K1、K2和K3。K1是指安裝在安全殼內(nèi)，在正常環(huán)境條件、事故中、事故后環(huán)境條件及地震載荷下仍能執(zhí)行其設(shè)計功能；K2是指安裝在安全殼內(nèi)，在正常環(huán)境條件和地震載荷下能執(zhí)行其設(shè)計功能；K3是指位于安全殼外，在正常運行工況的環(huán)境條件下以及地震荷載下保證其功能的設(shè)備。本文所涉及的保護(hù)系統(tǒng)相關(guān)電氣設(shè)備的鑒定等級為K3。

設(shè)備鑒定的基本方法有型式試驗法、論證分析法和運行經(jīng)驗法，也可根據(jù)設(shè)備的不同情況采取幾種方法的組合方式進(jìn)行實際的設(shè)備鑒定。型式試驗法在于通過將一個設(shè)備樣品在規(guī)定的設(shè)備使用條件下經(jīng)受一系列有代表性的試驗來證明此設(shè)備有能力完成對其要求的功能。論證分析法在于通過定性和（或）定量的論證，證明設(shè)備有能力完成對其要求的功能。運行經(jīng)驗法是通過收集和分析類似設(shè)備在相近或更嚴(yán)酷環(huán)境中的成功運行數(shù)據(jù)，類比論證設(shè)備執(zhí)行其安全功能的能力[1,2]。保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)備鑒定通常采用型式試驗法。

2 保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的鑒定方案

2.1 樣機(jī)的選擇

按照K3類質(zhì)量鑒定要求，保護(hù)系統(tǒng)的鑒定包括基準(zhǔn)試驗、正常運行環(huán)境條件下極限值試驗、EMC試驗、老化試驗和抗震試驗。由于上述試驗大部分屬于破壞性試驗，因而可以對保護(hù)系統(tǒng)選取典型樣機(jī)，對樣機(jī)進(jìn)行型式試驗，通過樣機(jī)的鑒定試驗結(jié)果來反應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)的性能。

由于整個保護(hù)系統(tǒng)物理實體規(guī)模較大，直接1:1進(jìn)行型式試驗，對鑒定人員和實驗室要求都很高。依據(jù)IEEE420，保護(hù)系統(tǒng)機(jī)架的鑒定試驗可以在適當(dāng)規(guī)模尺寸條件下進(jìn)行的原則，可將保護(hù)設(shè)備進(jìn)行典型性抽樣，對選取的具有典型性的樣機(jī)進(jìn)行型式試驗，通過樣機(jī)的鑒定結(jié)果證明保護(hù)系統(tǒng)在設(shè)計規(guī)定的環(huán)境條件和運行條件時，能完成預(yù)定的功能并達(dá)到設(shè)計要求的性能指標(biāo)。

樣機(jī)的選取應(yīng)具有典型性，具體原則如下：

1）從結(jié)構(gòu)角度來看，應(yīng)對整個保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行有限元分析，有限元分析結(jié)果中結(jié)構(gòu)特征最具有代表性的或最薄弱的應(yīng)作為樣機(jī)的結(jié)構(gòu)體。

2）從設(shè)備角度來看，應(yīng)對整個保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行分析，樣機(jī)中應(yīng)盡量包含全部種類的設(shè)備，如條件限制無法滿足，則應(yīng)選取的設(shè)備種類、樣式應(yīng)能包絡(luò)住全部種類的設(shè)備。

3）從功能角度來看，應(yīng)對整個保護(hù)系統(tǒng)的功能進(jìn)行分析，樣機(jī)中的功能應(yīng)盡量包含全部種類的功能，如條件限制無法滿足，則應(yīng)選取的功能種類應(yīng)能包絡(luò)住全部種類的功能。

4）從安裝方式角度來看，應(yīng)對整個保護(hù)系統(tǒng)中設(shè)備的安裝位置、安裝方式進(jìn)行分析，樣機(jī)中的安裝位置、安裝方式應(yīng)能夠具有包絡(luò)性；另外，樣機(jī)整體的安裝也應(yīng)與實際工程中保護(hù)系統(tǒng)的安裝方式相同。

通過上述4個步驟，即可得到保護(hù)系統(tǒng)的樣機(jī)形式。

2.2 樣機(jī)的鑒定試驗項

鑒定試驗包括基準(zhǔn)試驗、正常運行環(huán)境條件下極限值試驗、EMC試驗、老化試驗和抗震試驗?；鶞?zhǔn)試驗?zāi)軌蝌炞C鑒定樣機(jī)設(shè)備/部件的安全功能及相關(guān)性能，在各型式試驗前、中（如果有）、后都需要進(jìn)行，以此來說明各型式試驗的影響。老化試驗為抗震試驗前的預(yù)老化試驗，需在抗震試驗前完成。其余試驗無試驗順序要求。

2.2.1 基準(zhǔn)試驗

針對保護(hù)系統(tǒng)整體，根據(jù)RCC-E的要求，需要做如下的基準(zhǔn)試驗：

1）外觀和機(jī)械檢查（RCC-E MC2000）。

2）功能試驗。

3）介電強(qiáng)度試驗（RCC-E MC3100）。

4）絕緣電阻試驗（RCC-E MC3200）。

5）機(jī)械接地電氣連續(xù)性試驗（RCC-E MC3300）。

2.2.2 正常運行環(huán)境條件下極限值試驗

針對保護(hù)系統(tǒng)整體，根據(jù)RCC-E的要求，需要做如下的試驗項目：

1）供電電壓慢變化試驗（RCC-E MC4400）。

2）供電頻率變化試驗（RCC-E MC4600）。

3）電壓和溫度變化試驗（RCC-E MC4700）。

4）電子設(shè)備的短路承受能力試驗（RCC-E MC4200）。

5）有關(guān)維修和消除故障操作的試驗（RCC-E MC4300）。

6）短時失去電壓的承受能力試驗（RCC-E MC4500）。

2.2.3 EMC試驗

針對保護(hù)系統(tǒng)整體，依據(jù)部分RG 1.180中等暴露要求進(jìn)行如下試驗項目[3]：

◆ 發(fā)射類：

1）輻射發(fā)射（電場）試驗。

2）傳導(dǎo)發(fā)射（高頻）試驗。

◆ 抗擾度類：

1）交流電源端口諧波、諧間波及電網(wǎng)信號的低頻抗擾度試驗。

2）射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)抗擾度試驗。

3）共模傳導(dǎo)抗擾度試驗。

4）射頻電磁場輻射抗擾度試驗。

5）電壓暫降抗擾度試驗。

◆ 電源浪涌類：

1）電源浪涌試驗——振鈴波。

2）電源浪涌試驗——組合波。

13）電源浪涌試驗——電快速瞬變脈沖群。靜電放電試驗，包括接觸放電和空氣放電。

2.2.4 老化試驗

根據(jù)GB 12727和EJ/T1197規(guī)定了對于K3類設(shè)備如果存在明顯老化因素應(yīng)在地震試驗之前進(jìn)行預(yù)老化，針對保護(hù)系統(tǒng)整體，應(yīng)考慮的老化因素包括如下：

1）溫度（循環(huán)或不循環(huán)的溫度變化）。

2）腐蝕。

3）長時間運行。

4）可能經(jīng)受的輻照。

5）機(jī)械振動。

◆ 對于溫度因素

根據(jù)GB12727第5.4.3.5.1節(jié)C）項規(guī)定，同時結(jié)合EJ/T1197的要求，應(yīng)進(jìn)行高溫試驗、低溫試驗、溫度變化試驗、交變濕熱試驗。

◆ 對于腐蝕因素

在電子儀控間內(nèi)正常操作和事故條件下無腐蝕，所以腐蝕不屬于明顯老化因素。

◆ 對于長時間運行因素

根據(jù)GB/T 12727的規(guī)定和EJ/T1197的要求，應(yīng)進(jìn)行長期運行試驗，包括觸點類長期運行和非觸點類長期運行。

◆ 對于輻照因素

在電子儀控間內(nèi)正常操作和事故條件下無輻照影響，所以輻照不屬于明顯老化因素。

◆ 對于振動因素

應(yīng)對保護(hù)系統(tǒng)整體進(jìn)行振動試驗以證明其能夠滿足機(jī)械振動的要求。

2.2.5 抗震試驗

抗震試驗是為了考核樣機(jī)在SL-2（或SSE）地震載荷下的其結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度以及在地震載荷作用中和作用后的功能指標(biāo)，以驗證其在規(guī)定的地震載荷作用下及作用后的結(jié)構(gòu)和功能的完整性。應(yīng)按照GB 13625的規(guī)定進(jìn)行[4]。

3 結(jié)論

本文介紹了核電廠設(shè)備的鑒定分級和鑒定方法，從整體上對保護(hù)系統(tǒng)的鑒定方案進(jìn)行分析，包括樣機(jī)的選擇、鑒定的需求和鑒定試驗項等內(nèi)容，對核電廠保護(hù)系統(tǒng)的鑒定具有一定的指導(dǎo)意義。