電儀設(shè)備EQML的篩選方法研究

劉 華，游 洲，劉亞男，劉飛洋，王 偉，歐陽(yáng)宏志，王新林

（1.南華大學(xué)電氣工程學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001；2.中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610041）

環(huán)境鑒定是設(shè)備鑒定的主要內(nèi)容之一，是驗(yàn)證設(shè)備在正常與事故環(huán)境條件下的性能[1]。依據(jù)已有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，電儀設(shè)備異常導(dǎo)致的自動(dòng)或強(qiáng)迫停堆檢修事件屢有發(fā)生，運(yùn)行許可證延續(xù)（OLE）非常關(guān)注電儀設(shè)備的正常運(yùn)行[2]。進(jìn)行OLE必須開(kāi)展電儀設(shè)備的環(huán)境鑒定（EQ）管理活動(dòng)，確保處于嚴(yán)酷環(huán)境中的電儀設(shè)備在受到服役期間的老化影響后，仍具有在嚴(yán)酷環(huán)境中實(shí)現(xiàn)其預(yù)期功能的能力。鑒于上述原因和工程背景，在執(zhí)照更新中，選取對(duì)核電廠安全運(yùn)行有影響的電儀設(shè)備，形成環(huán)境鑒定電儀設(shè)備清單，作為環(huán)境鑒定時(shí)限老化分析（TLAA）的對(duì)象，需要開(kāi)展設(shè)備鑒定物項(xiàng)清單（EQML）篩選方法研究。

1 電儀設(shè)備篩選的背景

1.1 電儀設(shè)備簡(jiǎn)介

本文涉及的電儀設(shè)備是指安全重要且處于嚴(yán)酷環(huán)境下的電儀設(shè)備，該類設(shè)備通?？煞譃?類：①安全相關(guān)的電儀設(shè)備；②非安全相關(guān)的電儀設(shè)備，但其失效能夠影響安全相關(guān)電儀設(shè)備實(shí)現(xiàn)其預(yù)期功能；③事故后監(jiān)測(cè)設(shè)備。嚴(yán)酷環(huán)境是指核電廠假想的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故和事故后工況下的預(yù)期環(huán)境，如由安全殼內(nèi)的失水事故、主蒸汽管道破裂和高能管道破裂工況，安全殼外的高能管道破裂，或失水事故后工況引起的預(yù)期環(huán)境。

EQML指核電廠許可證持有者制定的需要環(huán)境鑒定的電氣設(shè)備清單。基于TLAA的EQML電儀設(shè)備篩選是基于電廠的執(zhí)照更新和整體電廠評(píng)估來(lái)實(shí)施開(kāi)展的。電儀設(shè)備EQML的篩選方法存在差異，各有特點(diǎn)和側(cè)重。

1.2 電儀設(shè)備篩選方法和程序的定位

按 照 導(dǎo) 則NEI95-10[3]、NUREG 1800[4]章 節(jié)4.4及NUREG1801[5]章節(jié)VI.B，電氣設(shè)備的環(huán)境鑒定是TLAA要考慮的組成部分，并應(yīng)按照10CFR50.49進(jìn)行。特別的，根據(jù)10CFR50.49(c)所述的環(huán)境鑒定不包括電氣設(shè)備的動(dòng)態(tài)和抗震鑒定以及和緩環(huán)境下的環(huán)境鑒定。通?？紤]的對(duì)象為電氣設(shè)備中的有機(jī)聚合物及金屬材料（NUREG1801 VI.B），通常的條件包括冷卻劑喪失事故LOCA、高能管道破裂HLB以及LOCA后的環(huán)境（如高熱、輻照、氧化、潮濕等惡劣環(huán)境）。因此，對(duì)于和緩環(huán)境下的電氣設(shè)備，如無(wú)顯著的老化機(jī)理，無(wú)需確定鑒定壽命。在這種情況下，無(wú)需開(kāi)展復(fù)雜的TLAA分析，按照電廠正常的試驗(yàn)維護(hù)程序進(jìn)行管理即可。

電儀設(shè)備篩選方法、程序，可以從下面幾個(gè)方面進(jìn)行定位：

1）實(shí)際電廠角度：篩選方法和程序應(yīng)該與每個(gè)核電廠的實(shí)際情況結(jié)合起來(lái)，體現(xiàn)一定的靈活性和適應(yīng)性。

2）項(xiàng)目實(shí)踐角度：電儀設(shè)備篩選方法和程序應(yīng)該在尊重老化管理審查框架的基礎(chǔ)上，還要注重效率，適當(dāng)優(yōu)化，減少人力、物力的占用和消耗。篩選方法和程序應(yīng)該體現(xiàn)出一定的EQML篩選收斂性。

3）工程學(xué)科角度：不同類型的設(shè)備或設(shè)備組，篩選方法和程序應(yīng)該充分考慮這些設(shè)備的物理特點(diǎn)、環(huán)境特點(diǎn)、運(yùn)行特點(diǎn)等。篩選方法和程序應(yīng)該體現(xiàn)EQML的電儀設(shè)備對(duì)應(yīng)性。

4）老化管理審查角度：EQML篩選方法和程序應(yīng)該與儀控電設(shè)備老化管理的設(shè)備篩選方法具備承接特性和一致性。國(guó)外已有執(zhí)照更新體系的角度：從宏觀角度，對(duì)國(guó)際原子能組織IAEA、法國(guó)、美國(guó)等主要技術(shù)體系的兼收并蓄，各取所長(zhǎng)。IAEA長(zhǎng)周期運(yùn)行，基于全生命周期的老化管理，內(nèi)容的系統(tǒng)性好；法國(guó)開(kāi)展每10年的定期安全審查PSR；美國(guó)的執(zhí)照更新，在核電廠40年運(yùn)行基礎(chǔ)上再延長(zhǎng)20年；從操作和細(xì)節(jié)角度，美國(guó)執(zhí)照更新體系的電儀設(shè)備環(huán)境鑒定和TLAA可操作性強(qiáng)，依據(jù)具體、明確的篩選準(zhǔn)則，評(píng)估和審查的流程簡(jiǎn)潔，邏輯清晰。因此，篩選方法和流程可以遵循美國(guó)的體系為主，IAEA的作為輔助參考。

1.3 老化管理的設(shè)備篩選方法

核電廠取得執(zhí)照更新，EQML篩選需要充分結(jié)合已有的老化管理審查中使用的篩選方法和結(jié)論，從而使審查耗費(fèi)的調(diào)查、時(shí)間和人力并不像預(yù)期那么多。

電站空間方法是執(zhí)行電站范圍老化管理審查的一種方法。一些電廠將這種方法作為篩選和篩除程序的一部分。在篩選過(guò)程中，除特別篩除的電纜外，所有電纜都被認(rèn)為在篩選范圍內(nèi)。在電廠規(guī)定的大范圍（比如反應(yīng)堆廠房、進(jìn)水建筑物等）內(nèi)，比較部件材料的老化特性與運(yùn)行環(huán)境下的理論老化特性，以判定這些區(qū)域的材料是否提前老化。

邊界方法學(xué)，也是執(zhí)行電站范圍老化管理審查的一種方法。初步篩選范圍主要包括所有的電站系統(tǒng)，進(jìn)一步的篩選（擴(kuò)展功能篩選）在篩選階段進(jìn)行。從電廠電氣部件中篩選出非能動(dòng)和長(zhǎng)壽命部件，然后從留下的電氣設(shè)備組中進(jìn)行再篩選（延伸功能篩選）。這些是通過(guò)采用類似電站空間方法對(duì)絕緣電纜和連接件進(jìn)行審查來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

1.4 考慮設(shè)備特性的電儀設(shè)備篩選

電儀設(shè)備篩選不同于機(jī)械設(shè)備的篩選。因?yàn)殡姎夂蜋C(jī)械部件存在著一個(gè)基本區(qū)別是大多數(shù)電氣部件是非能動(dòng)的而被篩除在整體電廠評(píng)估范圍外，另一個(gè)主要區(qū)別是機(jī)械部件的內(nèi)環(huán)境比外環(huán)境老化跡象明顯。而電氣部件正好相反，其外環(huán)境通常老化的跡象即環(huán)境惡化的程度更明顯。例如，核電廠最大的電氣設(shè)備組——電纜和連接件在普通的電廠區(qū)域都有分布。在同一區(qū)域的電纜和連接件暴露在相同的外部環(huán)境中。

2 電儀設(shè)備篩選方法探討

2.1 系統(tǒng)邊界篩選方法

系統(tǒng)邊界篩選方法的基本出發(fā)點(diǎn)是電廠里的所有電氣和儀控系統(tǒng)都包含在執(zhí)照更新范圍內(nèi)。系統(tǒng)邊界篩選方法的范圍是最寬的，即電廠里的全部電氣和儀控系統(tǒng)[6]。

一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)邊界篩選方法默認(rèn)的結(jié)論是所有的電氣和儀控系統(tǒng)都屬于執(zhí)照更新范圍，這體現(xiàn)了一種用于電氣系統(tǒng)整體電廠評(píng)估的方法。這與機(jī)械系統(tǒng)和構(gòu)筑物篩選的常規(guī)方法不同。由于該方法的篩選范圍過(guò)于寬泛，所以時(shí)間消耗大，效率低，操作起來(lái)不方便。

2.2 系統(tǒng)級(jí)預(yù)期功能篩選方法

系統(tǒng)級(jí)預(yù)期功能篩選方法具有較好的適應(yīng)性和靈活性。不同于系統(tǒng)邊界篩選方法，系統(tǒng)級(jí)預(yù)期功能篩選的范圍縮小了，只在具有執(zhí)照更新預(yù)期功能的系統(tǒng)中篩選即可。出發(fā)點(diǎn)可以說(shuō)是基于執(zhí)照更新預(yù)期功能為導(dǎo)向，這種方法需要鑒別和標(biāo)識(shí)部件或部件類型。系統(tǒng)級(jí)預(yù)期功能篩選方法體現(xiàn)了做減法和層次性的思想，篩選的效率提高了。第一個(gè)層次的篩選和做減法：不具有執(zhí)照更新預(yù)期功能的系統(tǒng)，就被篩除，不作為EQML集合里的系統(tǒng)或設(shè)備；第二個(gè)層次的篩選和做減法：非能動(dòng)部件和長(zhǎng)壽命部件因?yàn)椴皇抢匣芾韺彶榈膶?duì)象，被篩除出去，不作為EQML集合里的設(shè)備。采用這種方法，可以在篩選過(guò)程中，有效率地排除核電廠空間內(nèi)任何沒(méi)有執(zhí)照更新預(yù)期功能設(shè)備的區(qū)域，還能邏輯清晰地排除能動(dòng)部件和短壽命部件，從而節(jié)省人力物力，提高篩選效率。

2.3 全系統(tǒng)和部件篩選方法

全系統(tǒng)和部件篩選方法依據(jù)美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)§54.4中的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)相應(yīng)系統(tǒng)中的電氣系統(tǒng)和部件進(jìn)行細(xì)粒度的篩選，包括每一根絕緣電纜?！?4.4涉及的篩選很寬泛，這種方法收斂性不好，EQML的結(jié)果過(guò)于龐雜，還需要依賴電纜數(shù)據(jù)庫(kù)。這種方法花費(fèi)大，收益低，不建議使用[7]。

3 EQML篩選過(guò)程的考慮因素

EQML的篩選，是一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^(guò)程。篩選過(guò)程是與篩選方法緊密結(jié)合的。

1）最優(yōu)篩選

電儀設(shè)備的EQML篩選實(shí)施過(guò)程中，最優(yōu)的篩選方法和程序沒(méi)有絕對(duì)固定的衡量標(biāo)準(zhǔn)，有很多考慮因素，例如核電廠的現(xiàn)行執(zhí)照基準(zhǔn)（CLB）、實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、其他核電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋以及核電廠現(xiàn)有的工程評(píng)估結(jié)果。在某個(gè)核電廠最優(yōu)篩選可能意味著篩選留下的部件數(shù)量最小，在另一個(gè)核電廠最優(yōu)篩選可能意味著篩選需要花費(fèi)的時(shí)間和人力最少。

2）篩選結(jié)果的數(shù)量比例

非能動(dòng)和長(zhǎng)壽命部件的篩除，使老化管理審查刪除了大部分電氣部件。例如，非能動(dòng)部件篩除，使NEI 95-10附錄B中90%以上的電氣設(shè)備組沒(méi)進(jìn)入EQML。

3）篩選的粒度

篩選的粒度即篩選的精細(xì)程度?！?4.4中的篩選規(guī)程沒(méi)有規(guī)定具體細(xì)化的篩選行為，而是提供了確定部件或系統(tǒng)是否屬于審查范圍的判斷標(biāo)準(zhǔn)。基于篩選準(zhǔn)則，可操作性強(qiáng)。

4）篩選的時(shí)間點(diǎn)

一般來(lái)說(shuō)，篩選可以在任何時(shí)候執(zhí)行。對(duì)于絕緣電纜和連接件，如果將篩選推遲到AMR末尾的時(shí)間段，可以限制篩選次數(shù)。采用邊界方法時(shí)，篩選時(shí)間點(diǎn)可以是在役檢查期間（執(zhí)照更新申請(qǐng)?zhí)峤缓螅┗蚶匣芾泶缶V的實(shí)施執(zhí)行期間。任何時(shí)候都可能出現(xiàn)部件不符合§54.4篩選標(biāo)準(zhǔn)的情況，鑒于執(zhí)照更新要求的考慮，可以將其刪除。這為篩選程序提供了靈活性和機(jī)動(dòng)性，而又不會(huì)增加過(guò)多工作量。

4 篩選方法的應(yīng)用

系統(tǒng)級(jí)預(yù)期功能篩選作為美國(guó)核電廠許可證更新工作中的電儀設(shè)備篩選方法，具有可操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備時(shí)間和效率優(yōu)勢(shì)。多個(gè)運(yùn)行核電廠均采用此方法，例如美國(guó)的Palisades核電廠、Point Beach核電廠、Oconee 核電廠、ANO-1核電廠等。結(jié)合國(guó)內(nèi)運(yùn)行許可證延續(xù)工作的開(kāi)展和實(shí)踐，篩選方法和篩選過(guò)程的操作與美國(guó)核電廠的系統(tǒng)級(jí)預(yù)期功能篩選方法一致。

4.1 對(duì)電儀設(shè)備系統(tǒng)級(jí)篩選

篩選需識(shí)別各電儀系統(tǒng)所執(zhí)行的功能。根據(jù)10CFR54.4(a)，屬于許可證延續(xù)考慮范圍內(nèi)的系統(tǒng)的3條具體篩選判定準(zhǔn)則如下：

1）篩選準(zhǔn)則1：安全有關(guān)的系統(tǒng)、設(shè)備和部件

即系統(tǒng)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故中和事故后需承擔(dān)或者支持以下功能：保持反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界的完整性，保持停堆和維持停堆狀態(tài)的能力，防止放射性外泄事件或緩解外泄事件的后果，具體以CLB為準(zhǔn)（10CFR54.4(a)(1)）。

2）篩選準(zhǔn)則2：不執(zhí)行安全功能的系統(tǒng)

不執(zhí)行安全功能的系統(tǒng)，但系統(tǒng)的失效會(huì)影響準(zhǔn)則1對(duì)安全有關(guān)系統(tǒng)執(zhí)行其安全功能（10CFR54.4(a)(2)）。

3）篩選準(zhǔn)則3：安全分析或電廠評(píng)估中依靠其功能，從而滿足防火（10CFR50.48）、環(huán)境鑒定（10CFR50.49）、承壓熱沖擊（10CFRS0.61）、未能緊急停堆的預(yù)期瞬態(tài)（ATWS）（1OCFR50.62），和全廠斷電（10CFR50.63）等功能的構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件10CFR54.4(a)(3)。

針對(duì)每個(gè)電儀系統(tǒng)，根據(jù)上述3條篩選準(zhǔn)則進(jìn)行分析和篩選，對(duì)于篩選出來(lái)的系統(tǒng)，以表的形式進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，具體見(jiàn)表1。

表1 系統(tǒng)級(jí)篩選清單（示例）Table 1 System-level screening list (example)

4.2 設(shè)備和部件篩選

在上述系統(tǒng)級(jí)篩選的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定需進(jìn)行時(shí)限老化分析的設(shè)備和部件，篩選出需要時(shí)限老化分析的設(shè)備清單。根據(jù)10CFR54.3和NEI95-10的要求，篩選出的設(shè)備和部件必須完全滿足下述6條具體判定準(zhǔn)則和有關(guān)CLB的鑒定要求：

1）在3.5.1系統(tǒng)級(jí)篩選的范圍內(nèi)。

2）涉及老化效應(yīng)的計(jì)算和分析，如材料損失、韌性降低、預(yù)應(yīng)力降低、沉降、開(kāi)裂、絕緣性能降低等。

3）目標(biāo)期限為當(dāng)前許可證年限，即30年。

4）電廠確定的與安全決策相關(guān)的計(jì)算和分析。

5）經(jīng)3.5.1篩選出的電儀設(shè)備需執(zhí)行預(yù)期功能，該設(shè)備和部件應(yīng)能支撐上述功能或提供與結(jié)論依據(jù)相關(guān)的計(jì)算和分析。

6）CLB所包含或引用的計(jì)算和分析，分析結(jié)果以參考文件的形式納入CLB。

篩選和判定的邏輯：

上述6條準(zhǔn)則，電儀系統(tǒng)及其設(shè)備只要有一條不滿足，就不進(jìn)入篩選范圍，即不考慮TLAA；電儀系統(tǒng)及其設(shè)備必須6條準(zhǔn)則全部滿足，才進(jìn)入篩選，接下來(lái)開(kāi)展TLAA分析。根據(jù)上述要求和CLB，篩選出需要滿足設(shè)備鑒定要求的電儀設(shè)備完整清單，篩選最終結(jié)果詳見(jiàn)表2。

表2 需要時(shí)限老化分析的設(shè)備清單（示例）Table 2 List of equipment requiring time-bound aging analysis (example)

5 總結(jié)

本文介紹電儀設(shè)備的宏觀范圍、篩選的意義和工程背景，分析了系統(tǒng)邊界篩選方法、系統(tǒng)級(jí)預(yù)期功能篩選方法、全系統(tǒng)和部件篩選方法；其次，探討了EQML篩選過(guò)程的考慮因素；最后，給出了一個(gè)適合國(guó)內(nèi)運(yùn)行核電廠的電儀設(shè)備EQML篩選方法和篩選過(guò)程，以及應(yīng)用篩選方法后的篩選結(jié)果示例。通過(guò)電儀設(shè)備EQML篩選方法研究，從理論角度為運(yùn)行核電廠的許可證延續(xù)提供方法支撐，助力國(guó)內(nèi)運(yùn)行核電廠的延壽實(shí)踐，積極推動(dòng)和保障核電廠的安全運(yùn)行，為國(guó)家的核能發(fā)展和雙碳目標(biāo)貢獻(xiàn)力量。