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★北京廣利核系統工程有限公司劉春明

關鍵詞：核級設備；RPS；設備鑒定；型式試驗法

核電廠儀控系統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、穩定、經濟運行發揮著重要的作用，是核電廠運行的關鍵設備之一。按照核安全相關法律法規要求，在規定的運行條件和環境條件下，核電廠安全級儀控系統設備須滿足設計要求，完成其預定的功能，達到相應的性能指標。核電廠安全級設備運行前必須要完成設備鑒定活動，以驗證安全重要物項在其整個設計運行壽期內的環境條件下能夠執行安全功能。

通過對設備鑒定相關標準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設備的型式試驗鑒定方法，為核電廠安全級儀控系統設備鑒定提供了指導。

1　標準研究

國際上核電領域的標準基本已經成熟，一般比較通用的是IAEA與IEC兩個系列。在國內使用的時候，通常將兩個系統標準進行結合。法規IAEANS-R-1給出了核電廠的質量保證與安全設計總體要求。導則IAEA NS-G-1.1對核電廠安全重要儀控系統提出了要求。在IEC關于核電領域的一系列標準中，IEC61513在遵循國際原子能機構法規導則的基礎上，提出了核電廠安全重要系統的儀器儀表和控制設備系統的一般要求；IEC60780作為質量領域的頂層標準，給出了質量鑒定的總體要求；IEC60068系列標準提出了環境試驗的要求；IEC61000系列標準給出了電磁兼容試驗的要求；IEC60980給出了抗震試驗的要求。這些標準形成了一整套完善的國際通用核級設備鑒定標準體系，如圖1所示。

圖1 國外核級設備鑒定適用標準體系

我國核電發展起步較晚，借鑒美國、法國等核電技術先進國家的經驗，經過數十年的摸索，在國際標準的基礎上，結合自身經驗總結，形成了一系列行業標準、國家標準。我國核電站設計制造的頂層法律法規是HAF和HAD，其中HAF102由IAEA NS-R-1轉化而來，HAD102/10與HAD102/14由IAEA NS-G-1.1轉化而來。作為我國核安全數字化儀控系統頂層標準，GB/T40444是由IEC61513轉化而來。除此之外，還有GB/T 12727、GB/T 13625、GB/T 2423、GB/T 17626、GB/T 17799、NB/T 20040等質量鑒定相關的標準。

為便于對現質量鑒定相關標準的理解和使用，將現有標準分為：鑒定頂層標準、鑒定指導標準、鑒定執行標準。鑒定頂層標準規定設備鑒定的總體要求、一般過程和方法等，缺少詳細的說明，只能作為總體綱領，執行起來存在一定困難；鑒定指導標準，針對某些鑒定試驗科目進行詳細說明，從中可以找到的試驗等級及試驗指標是具有一定的指導性的；鑒定執行標準，給出了某一項試驗的具體步驟、試驗指標，以及選取指標的建議，具有非常強的可執行性。

1.1　鑒定頂層標準

GB/T 12727由IEC60780轉化而來，同時借鑒美國的IEEE323和RCC-EB卷要求，GB/T 12727與IEEE323及RCC-EB卷中規定鑒定試驗內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準不會違背IEEE323及RCC-EB卷要求，故采用GB/T 12727-2002作為鑒定頂層標準，同時參考IEEE 323-2003及RCC-E 2005的相關要求。

1.2　鑒定指導標準

在環境試驗方面，EJ/T 1197-2007《核安全級電氣設備質量鑒定試驗方法和環境條件》是依據RCC-E并結合我國在核電廠的設計建造過程中的經驗總結而成。該標準明確指出，其作為GB/T 12727-2002的配套標準，與GB/T 12727-2002配套使用。

在EMC試驗方面，國內核級設備設計制造過程中一般采用美國RG1.180中規定的全部試驗項目，其對電磁兼容的要求比較嚴格。RG1.180指向了IEC61000系列標準，EMC試驗按照IEC61000系列標準指導進行。

在抗震試驗方面，我國GB 13625及HAF J0053分別由IEC60980及IEEE344轉化而來，抗震試驗可以根據這兩個標準的指導進行。

1.3　鑒定執行標準

在環境試驗方面，EJ/T 1197-2007不夠詳細，在細節方面，它指向了GB/T 2423系列。GB/T 2423系列給出了詳細的參數和試驗方法，因此環境試驗可以參照該標準執行。

在EMC試驗方面，GB/T 17626及GB/T 17799系列分別由IEC61000-4及IEC61000-6系列標準轉化而來。這兩個標準給出了EMC的詳細參數和試驗方法，因此EMC試驗將參照這兩個標準執行。

在抗震試驗方面，GB 13625及HAF J0053已經相對比較詳細，而且能源局行業標準NB/T 20040也給出了非常詳細的抗震參數和試驗方法，因此抗震試驗可以參照GB13625、HAF J0053及NB/T 20040執行。

2　設備鑒定對象及試驗項

2.1　設備鑒定對象

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

2.2　試驗項及順序

根據GB/T 12727-2002《核電廠安全系統電氣設備質量鑒定》5.4.2節對試驗順序的要求，鑒定試驗應分為三組，其中第一組要求首先進行設備檢查，然后進行正常環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、傳導和輻射的電力電磁干擾的影響試驗；第二組要求驗證設備的抗震性能；第三組要求驗證設備在事故和事故后環境條件下的性能。核電廠安全級儀控系統設備屬于K3類設備，不受事故和事故后環境條件的影響，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節對K3類設備質量鑒定試驗內容進行了規定。其中要求的試驗對應于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規定K3類質量鑒定程序一般包括環境條件的標準質量鑒定程序和地震試驗程序。其中標準質量鑒定程序包括基準試驗、正常運行環境條件下的極限值試驗、機械強度試驗和/或耐久性試驗。

綜合以上標準分析，鑒定試驗包括基準試驗、環境試驗、EMC試驗、抗震試驗及最終檢查在內的所有試驗，并按照圖2順序執行。

基準試驗主要包括正常環境下的電氣安全、功能性能等試驗，以產生基準數據，作為后面鑒定試驗的原始依據。環境試驗包括極限溫度、濕度等極限環境條件下的試驗。EMC試驗包括ESD試驗、EMI/RFI試驗、浪涌抗擾度試驗?？拐鹪囼炗糜隍炞C設備的抗震性能。

圖2 鑒定試驗順序示意圖

3　設備鑒定試驗方法

3.1　基準試驗

基準試驗可在設備調試大廳進行，不受試驗場地空間限制?；鶞试囼瀸ο笫窃O備鑒定樣機所有設備構成的整個系統，試驗內容包括對鑒定樣機的功能試驗和性能試驗。

3.2　環境試驗

依據GB/T 12727-2002章節5.4.1.6要求，型式試驗法進行設備鑒定時，可通過提高試驗的嚴酷程度，確保設備具有足夠的鑒定裕度。依據此兩點要求給出最終需要模擬的環境條件，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，對鑒定設備進行檢測，記錄相關數據，試驗后鑒定設備通電監測其性能。試驗后鑒定設備可以按照預定的功能運行，輸入、輸出、通信、診斷性能指標不下降。在溫濕綜合試驗、長期運行試驗過程中持續監視鑒定設備的功能、性能，試驗后鑒定設備可以按照預定的功能運行，性能不降低。機械振動試驗對象可以根據試驗場地、試驗儀器等客觀條件對鑒定對象適當刪減，試驗時必須從完成環境試驗機柜中抽取典型機箱和模塊。

表1 環境試驗表

3.3　EMC試驗

EMC試驗的主要目的是考察設備發射干擾的水平，同時驗證設備經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。根據試驗不同，試驗對象的位置也不近盡相同，例如對于傳導相關的試驗，試驗對象是典型設備的典型電氣端口，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域、機柜接地線、安全顯示屏和外殼、柜內機箱面板、鑰匙開關、助拔器、網絡接口、硬接線接口、指示燈、數碼管陣列、復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，鑒定設備需要通電運行，并持續進行性能監測，要求設備不損壞，處理器連續運行（不死機），通信不出現導致整個功能喪失的中斷，數字量I/O狀態不發生異常變化，模擬量I/O變化不超過3%，如果冗余設備發生故障，但是沒有破壞這個系統設備的運行，是可接受的。

3.4　抗震試驗

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

4　設備鑒定方法應用實踐

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

（1）系統架構應體現RPS系統架構主要特點；

（2）覆蓋RPS系統典型的接口類型；

（3）內部通信應具備RPS系統中實際使用到的所有通信方式，且網絡通信架構應保證網絡負荷不低于RPS系統的網絡負荷。

依據某核電廠安全級儀控系統RPS設計說明書，在正常環境下，對RPS系統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

根據上文鑒定試驗方法開展基準試驗、環境試驗、EMC試驗、抗震試驗，鑒定設備經過試驗后，運行狀態正常，預定功能全部實現，性能指標未降低。

5　結論

根據核安全相關標準要求，核電廠安全級儀控系統設備鑒定是設計、生產制造核安全級產品必不可少的活動。我們通過對行業標準的分析，結合實際工作經驗，梳理出適用于核電廠安全級儀控系統設備鑒定的試驗項、試驗對象，以及一套完整的鑒定方法。該方法已經成功在某核電廠工程項目中應用實踐，證明了其具備良好的適用性和可執行性。

作者簡介：

劉春明（1983-），男，北京人，高級工程師，碩士，現就職于北京廣利核系統工程有限公司，主要從事儀控系統研發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