核电厂安全级数字化仪控系统的设备鉴定

于宏伟，王江波，邱建文，张丽芹

（中科华核电技术研究院有限公司 北京分公司，北京 100086）

0 引言

核安全级数字化仪控系统已逐步应用于新建核电厂仪控系统或在役核电厂仪控系统的改造项目。由于技术复杂、要求苛刻，目前我国在运核电机组的核级数字化仪控系统大多数由国外供货商提供，大大增加了工程造价。为了适应我国核电发展的需要，大力推进设备自主化、国产化已成为一个重大的战略决策。由于核级设备的可靠性将直接影响到核电站的安全运行，因此核级数字化仪控系统在自主化过程中应按照相关法规和标准进行设备鉴定。目前国内对核级数字化仪控系统还没有建立相关的鉴定标准体系，相关研究只对国外标准进行简单的对比和引用，没有针对试验项目提出具体的试验要求，可操作性不强。通过对国内外法规及相关标准、规范的深入分析，提出对核级数字化仪控系统进行设备鉴定的方法，为核级数字化仪控系统的自主化提供参考。

1 核安全级数字化仪控系统设备鉴定适用性标准

1.1 RCC-E、IEC 60780和IEEE标准比较

国内二代及二代改进型核电厂核安全级数字化仪控系统的设备鉴定主体标准选取和采用法国 《RCC-E 核岛电气设备设计和建造规则》（2005年12月版），同时也选用GB/T12727-2002《核电厂安全系统电气物项质量鉴定》（等效IEC60780）作为主体标准。在鉴定试验的具体执行和实施方面，优先考虑采用已被国内较普遍接受的适用标准作为特定标准，抗震试验选取GB/T 13625-1992 《核电厂安全系统电气设备抗震鉴定》（等效IEC 60980），环境试验选取GB/T 2423(等效IEC 60068-2）系列标准，电磁兼容性试验选取GB/T 17626 (等效IEC 61000-4）系列标准。

三代AP1000项目核安全级数字化仪控系统的设备鉴定的主体标准采用IEEE 323《核电厂安全级设备鉴定》，环境鉴定依据美国核管会（NRC）RG1.209《核电厂中基于计算机的安全相关仪表和控制系统的环境鉴定指导》。

IEC 60780（GB/T 12727）、RCC-E和IEEE 323主 体鉴定标准对安全级数字化仪控系统设备鉴定适用的试验法规定方面的比较（表1）。

表1 IEC 60780、RCC-E和IEEE 323标准鉴定试验项目比较Table 1 Compare of RCC-E、IEC 60780 and IEEE 323

1）从鉴定方法上，RCC-E的内容主要是针对试验法。IEC 60780与IEEE 323均提出型式试验、运行经验、分析法、组合法质量鉴定4种鉴定方法；此外，IEC 60780提出了在役质量鉴定方法。对于安全级数字化仪控设备而言，采用数字化技术后，其相对模拟设备的技术发展和产品的更新换代速度更快，获取某些仪控设备在实际运行条件下的实际运行经验数据会比较困难，所以应按照IEC 60780的要求，优先采用型式试验方法进行仪控设备的环境鉴定。

2）从鉴定试验项目的规定来说，IEC 60780（GB/T 12727）与RCC-E是一致的。IEEE 323的鉴定试验项目类型也是4类试验，与IEC 60780/RCC-E的4类试验没有大的明显的区别。

3）从环境条件上，IEEE 323按照和缓环境和严酷环境进行了区分，而IEC 60780（GB/T 12727）未进行环境条件的区分。RCC-E对环境条件分为正常环境条件和事故环境条件。核安全级数字化仪控系统(物理变量检测设备以及执行机构除外)属于安全壳外1E级设备，通常安装在具有通风和空调的电气设备间，运行条件为和缓环境。和缓环境下设备在设计基准事件(DBE)工况下失效的潜在共因为地震运动，对于事故和事故后环境条件，核安全级数字化仪控系统主要考虑地震的情况[1]。

4）在老化方面，IEEE 323和IEC 60780都指出温度、辐射剂量、磨损和振动都是可能的老化机理，IEC 60780还包括了腐蚀。

5）三类标准都规定进行抗震鉴定，分别执行IEEE 344和IEC 70980（GB/T 13625），在抗震试验的要求和方法方面，基本相同。

6）关于裕量，IEC 60780（GB/T 12727）与IEEE 323相比较，没有规定温度和地震裕量，其他参数的裕度值基本一致。

1.2 核安全级数字化仪控系统设备鉴定的主体标准

IEEE 323鉴定的原则和方法能够适用于二代改进型和AP1000等三代压水堆核安全级数字化仪控设备的鉴定活动，具备通用性，因此我国核安全级数字化仪控的设备鉴定可以采用IEEE 323作为主体标准。

2 核安全级数字化仪控系统设备鉴定试要求

2.1 设备鉴定要素

核安全级数字化仪控设备鉴定若执行IEEE 323为主体标准，根据IEEE 323中规定：设备鉴定的基本要素包括：包含安全功能说明的设备技术规格书；验收准则；在役条件的说明，包括适用的设计基准事件及其持续时间；鉴定计划；鉴定计划的实施；鉴定所需的文件资料，包括保持鉴定所要求的维修活动。设备使用者负责明确设备的性能要求和验证已满足鉴定要求的文件[2]。

2.2 鉴定试验项目

根据GB/T 12727—2002的5.4.2以及IEEE 323对于设备鉴定试验项及试验顺序的要求，鉴定试验一般按照正常环境条件下的基准功能试验、极限环境条件下的试验、老化处理、事故及事故后环境条件下的试验4个部分进行。

鉴定试验应至少在一套完整的试验样机上按顺序完成下述4类试验内容。

2.3 鉴定试验要求

2.3.1 基准试验

基准试验用于检验设备在正常环境条件下的电气及功能性能特性，以产生基准数据，作为后面试验数据的基准，包括以下方面的试验。

1）外观和机械结构检查

2）基本电气性能试验

包括介电强度、绝缘电阻、接地连续性试验，可依据RCC-E中的相关要求进行。

3）设备功能特性的测定试验

检查系统的完整性或配置典型性，包括：

系统设计准则：单一故障原则、独立性原则和冗余性原则。单一故障条件试验按照IEC 61131-2-2007进行。在安全级数字化仪控设备中如果应用了隔离模块，需要按照IEEE 384要求进行信号线短路和开路试验及串模和共模电压故障试验；按照RCC-E D7620要求进行隔离电压和绝缘电阻试验。

性能和功能特性。

2.3.2 极限使用条件下的试验

1）环境试验

在环境试验中，对于环境条件，国内M310堆型的核电厂应首先满足RCC-E规范中的环境条件[3]；而AP1000堆型应首先满足NUREG 0800认可的EPRI TR-107330中的环境条件[4]（表2）。

表2 环境条件比较Table 2 Comparison of Environmental Conditions

目前国内核电标准中还没有统一的环境条件要求，因此可保守的认为核安全级数字化仪控设备鉴定应当同时满足RCC-E和EPRI TR-107330中规定的环境条件，并满足具体厂址的要求[1]。

从表2可知，RCC-E中的D2220“安全壳外设备正常环境条件”和D2221“极限运行条件下的环境条件”都比EPRI TR-107330中的相应条件范围更大一些。因此，从保守的角度来说，核安全级数字化仪控设备鉴定可考虑采用RCC-E中规定的环境条件。

2）温湿条件试验

试验方法和条件：按照EPRI TR-107330的4.3.6.3[4]。

3）电磁兼容性试验

电磁兼容性试验方法和条件按照NRC的RG1.180[5]（表3）。

2.3.3 老化处理

安全级数字化仪控系统设备位于和缓环境，不存在明显老化机理，不需要明确其鉴定寿命，因此不需要进行老化试验。若该区域的累积辐照剂量不高于100Gy，因此可判定辐照为非明显老化机理，可不考虑辐照老化。

操作循环对部件（如断路器、开关和继电器等）寿命的影响主要源于机械疲劳和磨损。由于这种疲劳和磨损效应是无法预见的，因此，除非已有试验数据证明，该部件在经受合格寿命内规定的操作次数而并无明显性能下降，否则应在规定条件下进行规定次数的运行老化，因此运行老化是安全级数字化控制系统设备鉴定需要考虑的显著老化机理。

表3 电磁兼容性试验方法和条件Table 3 Test methods and conditions for EMC

1）运行老化试验

试验方法和条件：按照IEEE 649-2006中规定的方法对运动部件进行运行老化试验。

2）长期运行试验

长期运行试验是RCC-E标准中的耐久性试验项目，IEEE 323中没有该试验，从保守角度看，核安全级数字化仪控设备鉴定的老化处理试验中可考虑采用该试验。

试验方法和条件：按照EJ/T 1197-2007中的5.4.4和5.5.e)。

3）振动老化试验

试验方法和条件：参考IEC 60068-2-6-2006中的规定进行试验。

2.3.4 事故及事故后环境条件下的试验

试验方法和条件：按照IEEE 344的规定进行试验。采用连续正弦波信号或白噪声随机波信号进行激励，扫描频率范围为1Hz～100Hz～1Hz，扫描速率为1倍频程/1min，进行共振频率探查试验。在双轴地震试验台上或在三向地震试验台上进行5次运行基准地震（OBE）试验，再进行1次安全停堆地震（SSE）试验。

3 结论

通过对国内外法规及相关标准、规范的分析，提出了对核级数字化仪控系统进行设备鉴定的试验方法和试验条件。认为IEEE 323可作为我国核安全级数字化仪控设备鉴定的主体标准。同时在环境试验条件方面，可结合我国电厂实际情况，综合考虑RCC-E和EPRI TR-l07330。在老化机理分析中，认为运行老化是需要考虑的显著老化机理，此外，按照RCC-E以及EJ/T 1197-2007，增加了长期运行试验。还对单一故障条件试验、隔离试验、环境试验、电磁兼容性试验和抗震试验等试验要求提出了具体建议。

随着数字技术设备的迅速发展和其在我国新建核电厂中的广泛应用，在对此类设备进行鉴定时，应吸纳先进核电国家在此方面进行的研究成果，增加适用的鉴定要求，以适应新技术发展的变化需求，从而保障核电厂安全可靠的运行。

[1]黄伟杰.核电厂数字化仪表控制系统设备鉴定方法研究[J].核动力工程, 2014, 35(6):111-114.

[2]H IS under license with IEEE.IEEE Std 323-2003 IEEE Standard for Qualifying Class 1E Equipment for Nuclear Power Generating Stations[S].New York, USA: The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc, 2004.

[3]AFCEN.RCC-E Design and construction rules for electrical equipment of nuclear island[S].France: AFCEN, 2005.

[4]EPR I Working Group.EPR I TR-107330 Generic requirements specification for qualifying a commercially available PLC for safety-related applications in nuclear power plants[S].Pleasant H ill CA,U.S:EPR I,1996..

[5]U.S.Nuclear Regulatory Comm ission.REGULATORY GUIDE 1.180 Guidelines for evaluating electromagnetic andradi of equency interference in safety-related instrumentation and control systems[S].Washington D.C,U.S: U.S.Nuclear Regulatory Commission 2003.