★北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司劉春明

關(guān)鍵詞：核級設(shè)備；RPS；設(shè)備鑒定；型式試驗法

核電廠儀控系統(tǒng)控制著整個核電廠的正常運行和各類工況處理過程，對保障核電廠安全、可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行發(fā)揮著重要的作用，是核電廠運行的關(guān)鍵設(shè)備之一。按照核安全相關(guān)法律法規(guī)要求，在規(guī)定的運行條件和環(huán)境條件下，核電廠安全級儀控系統(tǒng)設(shè)備須滿足設(shè)計要求，完成其預(yù)定的功能，達到相應(yīng)的性能指標(biāo)。核電廠安全級設(shè)備運行前必須要完成設(shè)備鑒定活動，以驗證安全重要物項在其整個設(shè)計運行壽期內(nèi)的環(huán)境條件下能夠執(zhí)行安全功能。

通過對設(shè)備鑒定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的分析和鑒定對象的研究，本文提出了一種適合核電廠安全級儀控系統(tǒng)設(shè)備的型式試驗鑒定方法，為核電廠安全級儀控系統(tǒng)設(shè)備鑒定提供了指導(dǎo)。

1　標(biāo)準(zhǔn)研究

國際上核電領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)基本已經(jīng)成熟，一般比較通用的是IAEA與IEC兩個系列。在國內(nèi)使用的時候，通常將兩個系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)進行結(jié)合。法規(guī)IAEANS-R-1給出了核電廠的質(zhì)量保證與安全設(shè)計總體要求。導(dǎo)則IAEA NS-G-1.1對核電廠安全重要儀控系統(tǒng)提出了要求。在IEC關(guān)于核電領(lǐng)域的一系列標(biāo)準(zhǔn)中，IEC61513在遵循國際原子能機構(gòu)法規(guī)導(dǎo)則的基礎(chǔ)上，提出了核電廠安全重要系統(tǒng)的儀器儀表和控制設(shè)備系統(tǒng)的一般要求；IEC60780作為質(zhì)量領(lǐng)域的頂層標(biāo)準(zhǔn)，給出了質(zhì)量鑒定的總體要求；IEC60068系列標(biāo)準(zhǔn)提出了環(huán)境試驗的要求；IEC61000系列標(biāo)準(zhǔn)給出了電磁兼容試驗的要求；IEC60980給出了抗震試驗的要求。這些標(biāo)準(zhǔn)形成了一整套完善的國際通用核級設(shè)備鑒定標(biāo)準(zhǔn)體系，如圖1所示。

圖1 國外核級設(shè)備鑒定適用標(biāo)準(zhǔn)體系

我國核電發(fā)展起步較晚，借鑒美國、法國等核電技術(shù)先進國家的經(jīng)驗，經(jīng)過數(shù)十年的摸索，在國際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身經(jīng)驗總結(jié)，形成了一系列行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)。我國核電站設(shè)計制造的頂層法律法規(guī)是HAF和HAD，其中HAF102由IAEA NS-R-1轉(zhuǎn)化而來，HAD102/10與HAD102/14由IAEA NS-G-1.1轉(zhuǎn)化而來。作為我國核安全數(shù)字化儀控系統(tǒng)頂層標(biāo)準(zhǔn)，GB/T40444是由IEC61513轉(zhuǎn)化而來。除此之外，還有GB/T 12727、GB/T 13625、GB/T 2423、GB/T 17626、GB/T 17799、NB/T 20040等質(zhì)量鑒定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

為便于對現(xiàn)質(zhì)量鑒定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的理解和使用，將現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)分為：鑒定頂層標(biāo)準(zhǔn)、鑒定指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)、鑒定執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。鑒定頂層標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)備鑒定的總體要求、一般過程和方法等，缺少詳細(xì)的說明，只能作為總體綱領(lǐng)，執(zhí)行起來存在一定困難；鑒定指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，針對某些鑒定試驗科目進行詳細(xì)說明，從中可以找到的試驗等級及試驗指標(biāo)是具有一定的指導(dǎo)性的；鑒定執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，給出了某一項試驗的具體步驟、試驗指標(biāo)，以及選取指標(biāo)的建議，具有非常強的可執(zhí)行性。

1.1　鑒定頂層標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 12727由IEC60780轉(zhuǎn)化而來，同時借鑒美國的IEEE323和RCC-EB卷要求，GB/T 12727與IEEE323及RCC-EB卷中規(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。因此采用我國自己的GB/T 12727作為鑒定試驗的鑒定頂層標(biāo)準(zhǔn)不會違背IEEE323及RCC-EB卷要求，故采用GB/T 12727-2002作為鑒定頂層標(biāo)準(zhǔn)，同時參考IEEE 323-2003及RCC-E 2005的相關(guān)要求。

1.2　鑒定指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)

在環(huán)境試驗方面，EJ/T 1197-2007《核安全級電氣設(shè)備質(zhì)量鑒定試驗方法和環(huán)境條件》是依據(jù)RCC-E并結(jié)合我國在核電廠的設(shè)計建造過程中的經(jīng)驗總結(jié)而成。該標(biāo)準(zhǔn)明確指出，其作為GB/T 12727-2002的配套標(biāo)準(zhǔn)，與GB/T 12727-2002配套使用。

在EMC試驗方面，國內(nèi)核級設(shè)備設(shè)計制造過程中一般采用美國RG1.180中規(guī)定的全部試驗項目，其對電磁兼容的要求比較嚴(yán)格。RG1.180指向了IEC61000系列標(biāo)準(zhǔn)，EMC試驗按照IEC61000系列標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)進行。

在抗震試驗方面，我國GB 13625及HAF J0053分別由IEC60980及IEEE344轉(zhuǎn)化而來，抗震試驗可以根據(jù)這兩個標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)進行。

1.3　鑒定執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

在環(huán)境試驗方面，EJ/T 1197-2007不夠詳細(xì)，在細(xì)節(jié)方面，它指向了GB/T 2423系列。GB/T 2423系列給出了詳細(xì)的參數(shù)和試驗方法，因此環(huán)境試驗可以參照該標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

在EMC試驗方面，GB/T 17626及GB/T 17799系列分別由IEC61000-4及IEC61000-6系列標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化而來。這兩個標(biāo)準(zhǔn)給出了EMC的詳細(xì)參數(shù)和試驗方法，因此EMC試驗將參照這兩個標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

在抗震試驗方面，GB 13625及HAF J0053已經(jīng)相對比較詳細(xì)，而且能源局行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 20040也給出了非常詳細(xì)的抗震參數(shù)和試驗方法，因此抗震試驗可以參照GB13625、HAF J0053及NB/T 20040執(zhí)行。

2　設(shè)備鑒定對象及試驗項

2.1　設(shè)備鑒定對象

設(shè)備鑒定對象是核電廠安全級儀控系統(tǒng)設(shè)備，由于核電廠安全級儀控系統(tǒng)設(shè)備一般規(guī)模較大，型式試驗可以不直接在整個系統(tǒng)設(shè)備上進行，選取典型功能及技術(shù)性能、典型配置的設(shè)備，搭建鑒定樣機，開展鑒定試驗。設(shè)備鑒定樣機的選取應(yīng)覆蓋所有的設(shè)備類型，具備設(shè)備的典型功能、性能、系統(tǒng)架構(gòu)，以及典型應(yīng)用軟件、典型應(yīng)用硬件配置等。

2.2　試驗項及順序

根據(jù)GB/T 12727-2002《核電廠安全系統(tǒng)電氣設(shè)備質(zhì)量鑒定》5.4.2節(jié)對試驗順序的要求，鑒定試驗應(yīng)分為三組，其中第一組要求首先進行設(shè)備檢查，然后進行正常環(huán)境條件下的特性檢查和極限使用條件下的特性檢查，包括供電電壓和頻率的極限、溫度極限、傳導(dǎo)和輻射的電力電磁干擾的影響試驗；第二組要求驗證設(shè)備的抗震性能；第三組要求驗證設(shè)備在事故和事故后環(huán)境條件下的性能。核電廠安全級儀控系統(tǒng)設(shè)備屬于K3類設(shè)備，不受事故和事故后環(huán)境條件的影響，故不進行第三組試驗中要求的事故和事故后環(huán)境條件下的試驗以及事故工況之前的模擬實際老化試驗。

EJ/T 1197-2007中4.3節(jié)對K3類設(shè)備質(zhì)量鑒定試驗內(nèi)容進行了規(guī)定。其中要求的試驗對應(yīng)于GB/T 12727-2002中5.4.2.1中第一組試驗、5.4.2.3中第三組中a）評價性能隨時間變化的老化試驗，以及5.4.2.2中的第二組試驗。EJ/T 1197-2007中6.1規(guī)定K3類質(zhì)量鑒定程序一般包括環(huán)境條件的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量鑒定程序和地震試驗程序。其中標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量鑒定程序包括基準(zhǔn)試驗、正常運行環(huán)境條件下的極限值試驗、機械強度試驗和/或耐久性試驗。

綜合以上標(biāo)準(zhǔn)分析，鑒定試驗包括基準(zhǔn)試驗、環(huán)境試驗、EMC試驗、抗震試驗及最終檢查在內(nèi)的所有試驗，并按照圖2順序執(zhí)行。

基準(zhǔn)試驗主要包括正常環(huán)境下的電氣安全、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原始依據(jù)。環(huán)境試驗包括極限溫度、濕度等極限環(huán)境條件下的試驗。EMC試驗包括ESD試驗、EMI/RFI試驗、浪涌抗擾度試驗。抗震試驗用于驗證設(shè)備的抗震性能。

圖2 鑒定試驗順序示意圖

3　設(shè)備鑒定試驗方法

3.1　基準(zhǔn)試驗

基準(zhǔn)試驗可在設(shè)備調(diào)試大廳進行，不受試驗場地空間限制。基準(zhǔn)試驗對象是設(shè)備鑒定樣機所有設(shè)備構(gòu)成的整個系統(tǒng)，試驗內(nèi)容包括對鑒定樣機的功能試驗和性能試驗。

3.2　環(huán)境試驗

依據(jù)GB/T 12727-2002章節(jié)5.4.1.6要求，型式試驗法進行設(shè)備鑒定時，可通過提高試驗的嚴(yán)酷程度，確保設(shè)備具有足夠的鑒定裕度。依據(jù)此兩點要求給出最終需要模擬的環(huán)境條件，如表1所示。

在低溫試驗、高溫試驗、交變濕熱試驗、溫度變化試驗、機械振動試驗前，對鑒定設(shè)備進行檢測，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，試驗后鑒定設(shè)備通電監(jiān)測其性能。試驗后鑒定設(shè)備可以按照預(yù)定的功能運行，輸入、輸出、通信、診斷性能指標(biāo)不下降。在溫濕綜合試驗、長期運行試驗過程中持續(xù)監(jiān)視鑒定設(shè)備的功能、性能，試驗后鑒定設(shè)備可以按照預(yù)定的功能運行，性能不降低。機械振動試驗對象可以根據(jù)試驗場地、試驗儀器等客觀條件對鑒定對象適當(dāng)刪減，試驗時必須從完成環(huán)境試驗機柜中抽取典型機箱和模塊。

表1 環(huán)境試驗表

3.3　EMC試驗

EMC試驗的主要目的是考察設(shè)備發(fā)射干擾的水平，同時驗證設(shè)備經(jīng)受外界干擾的時候也能達到既定功能和性能，例如：ESD試驗、EMI/RFI試驗、浪涌等電磁干擾。根據(jù)試驗不同，試驗對象的位置也不近盡相同，例如對于傳導(dǎo)相關(guān)的試驗，試驗對象是典型設(shè)備的典型電氣端口，包括：220VAC輸入電源線、24V直流電源線、I/O信號線；對于ESD試驗，試驗對象是設(shè)備運行過程中人可能觸及的典型位置，包括：機柜外殼、機柜門把手及周邊區(qū)域、機柜接地線、安全顯示屏和外殼、柜內(nèi)機箱面板、鑰匙開關(guān)、助拔器、網(wǎng)絡(luò)接口、硬接線接口、指示燈、數(shù)碼管陣列、復(fù)位按鈕附近等手能接觸的位置。

按照GB/T 17626及GB/T 17799的電磁條件進行模擬，制定試驗條件如表2所示。在EMI/RFI干擾期間，鑒定設(shè)備需要通電運行，并持續(xù)進行性能監(jiān)測，要求設(shè)備不損壞，處理器連續(xù)運行（不死機），通信不出現(xiàn)導(dǎo)致整個功能喪失的中斷，數(shù)字量I/O狀態(tài)不發(fā)生異常變化，模擬量I/O變化不超過3%，如果冗余設(shè)備發(fā)生故障，但是沒有破壞這個系統(tǒng)設(shè)備的運行，是可接受的。

3.4　抗震試驗

抗震鑒定所采用的反應(yīng)譜應(yīng)包絡(luò)設(shè)備所在廠房樓層反應(yīng)譜，并包絡(luò)審查水平地震（RLE）下的樓層反應(yīng)譜。同時，對于安裝方式，必須與設(shè)備工程現(xiàn)場安裝方式保持一致。在抗震試驗時，鑒定設(shè)備需要通電運行，并持續(xù)進行性能監(jiān)測，要求設(shè)備達到既定的功能、性能指標(biāo)。

4　設(shè)備鑒定方法應(yīng)用實踐

以某核電廠安全級儀控系統(tǒng)RPS設(shè)備為例，設(shè)備鑒定樣機中各設(shè)備的版本應(yīng)與最終交付某核電廠現(xiàn)場的設(shè)備版本一致，設(shè)備鑒定樣機所使用到的設(shè)備類型應(yīng)覆蓋RPS系統(tǒng)范圍內(nèi)所有產(chǎn)品類型及型號，設(shè)備鑒定樣機應(yīng)具備鑒定范圍內(nèi)設(shè)備的典型安全功能及主要技術(shù)性能。設(shè)備鑒定樣機在搭建時，典型性方面必須包括以下要求：

（1）系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)體現(xiàn)RPS系統(tǒng)架構(gòu)主要特點；

（2）覆蓋RPS系統(tǒng)典型的接口類型；

（3）內(nèi)部通信應(yīng)具備RPS系統(tǒng)中實際使用到的所有通信方式，且網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)應(yīng)保證網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不低于RPS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。

依據(jù)某核電廠安全級儀控系統(tǒng)RPS設(shè)計說明書，在正常環(huán)境下，對RPS系統(tǒng)進行功能試驗和性能試驗，試驗項如表3所示。

表3 RPS功能、性能試驗表

根據(jù)上文鑒定試驗方法開展基準(zhǔn)試驗、環(huán)境試驗、EMC試驗、抗震試驗，鑒定設(shè)備經(jīng)過試驗后，運行狀態(tài)正常，預(yù)定功能全部實現(xiàn)，性能指標(biāo)未降低。

5　結(jié)論

根據(jù)核安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，核電廠安全級儀控系統(tǒng)設(shè)備鑒定是設(shè)計、生產(chǎn)制造核安全級產(chǎn)品必不可少的活動。我們通過對行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的分析，結(jié)合實際工作經(jīng)驗，梳理出適用于核電廠安全級儀控系統(tǒng)設(shè)備鑒定的試驗項、試驗對象，以及一套完整的鑒定方法。該方法已經(jīng)成功在某核電廠工程項目中應(yīng)用實踐，證明了其具備良好的適用性和可執(zhí)行性。

作者簡介：

劉春明（1983-），男，北京人，高級工程師，碩士，現(xiàn)就職于北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司，主要從事儀控系統(tǒng)研發(fā)及項目管理方向的研究。

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摘自《自動化博覽》2024年10月刊