核电厂淘汰品解决方案探讨

曾其权

（中广核核电运营有限公司，广东 深圳 518124）

大亚湾核电厂自投产以来，已经运行了近20年，核电厂的电气和仪控设备已老化，目前存在以下问题：(1)设备故障多；(2)设备老旧备件无法采购；(3)设备功能不能满足现行规范标准要求而需要改造。因此，积极开展核电厂的淘汰品管理工作，不断优化淘汰品处理方案，是保证核电厂设计运行寿命的一项重要工作。

一、淘汰品典型处理方案

淘汰品的典型处理方案有过剩市场采购、特别制造、设备翻新、物项替代、反向设计、改造和商品化7种方式。淘汰品处理方案选择流程见图1所示。在紧急情况下，应同时推进几种解决方案，以保证最快速地解决淘汰品问题。在非紧急情况下，应优先考虑成本最低的解决方案。

在淘汰品处理过程中，安全、可用和成本是必须遵循的3个基本原则。安全是指电厂的核安全必须优先得到保证；可用是指保证机组的可用率；在安全和可用的前提下，考虑备件的标准化、减少备件种类和库存量以降低核电厂的运营成本。

图1 淘汰品处理方案选择流程

1.过剩市场采购

过剩市场是指产品虽然已经停产，但是在其他电厂、企业或销售单位仍然有库存产品供出售。过剩市场采购通常是最快速、最经济的淘汰品解决方案，但是该种方式往往只能解决短期备件问题，除非通过过剩市场可以采购到满足电厂寿命周期内需用的足够备件。

2.特别制造

特别制造是指制造厂重新进行淘汰品的生产制造，这种情况会导致采购价格过高。为解决电厂长期存在的备件问题，应考虑一次性采购足够数量的备件，以满足电厂寿命周期内的使用要求。为降低特别制造的采购成本，还应考虑与其他电厂或该产品的其他用户联合进行采购。

3.设备翻新

设备翻新是指采购贮存足量的设备上使用的零部件或易损件，及时对设备进行维护和易损件更换，以保证设备的可用性。设备翻新通常用于电子类设备，如电源或板件等。对大型设备，如高压电机、水泵、阀门等进行翻新处理，也是一个较好的解决淘汰品问题的途径。

4.物项替代

物项替代是指从市场上选用与原始物项功能等效且可以互换安装的物项来取代原始物项。通常而言，物项替代是一种灵活、便捷且能长期解决淘汰品问题的方法。在物项替代的选型过程中，必须遵循替代物项与原始物项的功能等效、可互换安装和相容性的原则。对核安全相关的物项，还必须考虑设计制造规范的一致性。

5.反向设计

反向设计是指根据原始物项的技术参数和测试结果，重新设计功能相同的物项。反向设计是一个重新设计和制造的过程，其成本较高。通常而言，反向设计是在无法进行替代时采用的一种办法。对原始物项进行复制的反向设计，存在侵犯商业秘密和知识产权的风险。但如果产品设计已经超过专利保护有效期或约束条件允许非赢利的最终用户解决自身问题时，则该方法面临的风险很小，甚至无风险。

6.设计变更

设计变更的典型方式就是改造。由于改造过程的复杂性，以及新引入设备性能的不确定性和维修经验的匮乏等问题，使改造成为成本最昂贵的淘汰品处理方式。因此，设计变更通常是解决淘汰品问题的最后手段。

7.商品化

商品化是指把商品级物项通过鉴定后证明其可以应用于核安全相关位置的过程，主要包括2个步骤：(1)通过技术评估(包括试验)证明商品级物项的功能、失效模式和关键特性参数是否能够满足核电厂的安全使用需求；(2)根据客观证据证明采购的物项与评估的物项完全一致。技术评估是分析物项的功能和失效模式，证明商品级物项满足核电厂的使用要求，把对物项的具体要求转化为详细准确地采购文件的过程。商品级物项的验收是为了确保所采购的物项满足技术评估所指定的采购技术要求。商品化处理流程见图2。

二、大亚湾核电厂淘汰品处理案例

1.板件翻新

图2 商品化流程

电气仪控板件的使用寿命约为10~15a，而板件上使用的电解电容、光耦等易老化元器件的使用寿命则远远低于板件的寿命。由于电子元器件老化失效引起板件的使用寿命降低成为目前存在的现实问题。为维持电厂的备件可用性，进行翻新处理是最经济的一种淘汰品处理方式。需要重点关注的是，必须严格控制板件翻新质量，确保处理后的板件具有较高的可靠性。

以电源板件翻新为例，板件失效的主要原因是电解电容器老化。通过技术分析，电解电容的使用寿命约为5a，通过更换电容器可延长板件的使用寿命和储存寿命。从2005年开始，大亚湾核电厂已对库存电源板件进行了批量翻新处理，处理后使用效果良好。该种处理方式简单、相对成本低，为电厂备件采购节约了大量资金。对其他板件，也可通过分析易损件的使用寿期（如光耦、继电器等），对元器件进行更换，以实现获取长寿备件的目的。

2.核岛电动头处理

大亚湾核电厂一回路相关系统使用了近百台电动头，主要是BERNARD公司生产的SR系列电动头。大亚湾核电厂曾多次在进行定期试验时发生因SR系列电动头过负荷动作导致阀门拒动的故障，成为影响机组安全的潜在隐患。经电厂技术部门分析确认，该系列电动头离合器的行星齿轮容易因磨损导致卡死，离合器存在设计缺陷。SR50以下的电动头其力矩传输机构也存在问题，导致力矩开关拒动。同时，经与BERNARD公司联系得知，SR系列产品为BERNARD公司20世纪80年代兼并的法纳乌公司的产品，正在逐步停产，无法继续采购。由于这些电动头均承担着核安全相关功能，其设计、制造和生产要求很高，因价格昂贵库存备件很少。因此，SR系列电动头淘汰品的问题亟待解决。

SR系列电动头失效的主要原因是离合器行星齿轮磨损。从维修角度考虑，采取更换离合器星轮的方式最为快捷经济。但SR系列电动头面临停产，且离合器的星轮架采用非圆曲线设计，加工制造困难。20世纪90年代，法国BERNARD公司某中国合作伙伴曾尝试复制离合器，并委托具有多坐标激光测量设备的机构进行测量、绘制。在制造的5台样机中有3台出现间歇性电机转轴抱死现象，检查发现离合器磨损，使该部件成了机械传动的瓶颈。可见，通过特别制造行星齿轮进行维修更换的可靠性不高。更换星轮虽然可以暂时满足系统运行要求，但是并没有从根本上解决离合器设计缺陷问题，电动头失效风险仍然存在。

为了解决SR系列电动头备件短缺问题，并从根本上杜绝电动头离合器设计缺陷，进行物项替代是比较合理的手段。经过与合作伙伴法国电力公司（EDF）技术沟通得知，法国EDF各电厂使用的是LR系列电动头。经与原厂法国BERNARD公司沟通证实，SR系列电动头的后续升级产品是ST系列电动头。ST系列电动头取消了离合器，使用蜗轮蜗杆自锁，提高了电动执行器运行的稳定性，其效率较SR系列有一定程度的提高。最终，物项替代经过详细技术论证，采用ST系列电动头替代了SR系列电动头。该方案通过了电厂技术部门和国家核安全局的审查。目前，ST电动头已在现场安装了8台，运行状况良好。

3.仪控板件仿制

与机械设备相比较，电气仪控设备的更新换代周期更短。为避免因单个板件的淘汰给电厂造成巨大的经济损失，进行仿制是对电厂影响最小的淘汰品解决方案。

仿制是反向设计的一种。是指新物项采用相同或相近的原材料实现原功能的方法。如果采用新设计实现原功能，实现手段不具有相似性，这种方法则不属于仿制，但属于反向设计。仿制手段可能有侵犯知识产权的风险，必须在确保安全的前提下谨慎使用。通常，如果原产品的专利保护期过期，或因原制造厂倒闭、停产、淘汰等因素造成无法采购的，最终用户为了解决自身问题而进行的非赢利仿制，不会对原制造厂造成经济损失，不存在侵犯知识产权的风险。如果原制造厂仍然生产某产品，且在知识产权有效保护期内，核电厂仅仅为了降低成本而进行仿制，则存在侵犯知识产权的风险，应杜绝该类备件的仿制工作。

大亚湾核电厂运行多年以来，部分备件因厂家倒闭、停产或淘汰等因素无法采购，面临无备件更换的情况。考虑到原厂已经不再生产这些备件，从解决电厂自身备件问题的角度出发，大亚湾核电厂近年已经陆续开展了小部分板件的国产化仿制工作，并取得了不错的成果。大亚湾核电厂板件仿制流程分为3个阶段：可行性研究、试制和实验及批量生产（图3）。首先，对板件的国产化仿制进行技术可行性分析和经济成本分析调研，给出仿制可行性分析报告。然后，根据板件的可行性研究报告，委托协作厂家进行板件的小批量试制及实验。对核级备件而言，实验阶段尤为重要，核级鉴定试验必须在该阶段完成，鉴定试验大纲和试验结果都必须获得国家核安全局的批准或认可。通常，仿制的板件还必须通过现场安装和测试达到试验验收的目的。在证明仿制的板件与预期功能完全相符后，进入产品的正式采购过程，厂家进行批量生产。

图3 板件国产化仿制流程

4.核级断路器的鉴定

大亚湾核电厂直流系统和220VAC不间断系统使用了某公司生产的核级断路器，由于采购渠道不畅，面临核级断路器无备件更换的情况。整盘改造是比较彻底解决该问题的方法。但将电厂所有核级配电盘进行改造，其设计、采购成本高和施工周期长都是运营电厂难以接受的重要因素。对商品级产品进行设备鉴定是对电厂影响较小的解决方案，且成本较低。

美国核电厂自1975年开始已经陆续通过商品化途径，解决了大量核级电仪备件淘汰品问题。在美国核电厂，商品化是一个常用的解决方案。目前，大亚湾核电厂正在尝试借鉴美国的经验，通过采购商品级产品，补充进行电气性能试验和地震试验以验证商品级产品是否满足核安全要求。如果试验证明商品级产品满足核安全要求，那么与实验样本相同设计和制造的商品级断路器就可以直接作为核级产品使用。由于相同系列的商品级和核级断路器在电气特性、尺寸和安装方面具有高度的相似性，因此应用于电厂时不需要进行任何改动，对电厂的正常维修和运行影响可降低到最小程度。

三、结语

在整个核电厂运行寿命周期内，会遇到各种各样的淘汰品问题。在处理这些具体淘汰品问题时，可以参考本文探讨的方法，并结合现场需求和不同淘汰品的特点，进行综合判断后再决定解决方案。另外，淘汰品处理是所有运营核电厂面临的共同问题，建立共享资源、共享解决方案的平台有利于每个核电厂加强淘汰品管理的计划性和前瞻性，从而实现核电厂长期安全、稳定、经济运行。

[1]INPO.Nuclear Utility Obsolescence Program Guideline,NX-1037[R].America:INPO,2003.