海洋核动力平台核级数字化仪控设备鉴定通用要求研究

吴宝安，赵友有，王绪霄

（中广核研究院有限公司，广东 深圳 518031）

0 引言

海洋核动力平台是海上移动式小型核电站，是小型核反应堆与船舶工程的有机结合，可广泛应用于海洋能源开采、海水淡化、岛屿供电、远航运输等领域。核安全是海洋核动力平台设计、建设、运营等环节需要考虑的首要问题，贯穿于整个生命周期。核级数字化仪控系统（简称“I&C系统”）执行核反应堆保护系统功能，是保障海洋核动力平台核安全的重要系统，而设备鉴定可以证明在规定的运行条件和环境条件下I&C 系统设备能按规定的准确度和性能要求起作用[1]。目前，由于国内无民用海洋核动力平台建设和运营的先例，因而对其I&C 系统还没有建立相关的鉴定要求。有必要对国内外核电I&C 设备的鉴定标准以及国内船级社（简称“CCS”）型式认可标准深入分析，提出一种适用于海洋核动力平台I&C 系统设备鉴定通用要求。

1 设备鉴定适用标准选取

1.1 标准简介

设备鉴定活动的依据标准通常可按照3 个层次进行选用：主体标准、配套标准和通用标准。主体标准规定设备鉴定的一般过程、程序和方法，但未对具体鉴定试验详细说明，执行起来存在困难。配套标准针对某些鉴定试验专题项目展开说明，以从中找到适合产品的试验等级及试验指标，配套标准是指导性质的，具体试验执行时一般引向通用标准，通用标准对具体试验过程有详细说明。

1.1.1 核电鉴定标准体系

国际上应用于核电厂核级电气设备鉴定标准体系主要有IEEE 系列标准和IEC 系列标准，主体标准分别为IEEE323-2003 和IEC60780-1998。此外，法国核电行业核级电气设备鉴定主要遵循RCC-E，其具体过程、方法和要求与IEC60780-1998 保持一致。无论是IEEE323 和IEC60780，两者规定的鉴定原则、方法、过程是一致的，目前已经合并为标准IEC/IEEE60780-323:2016。中国已经将IEC60780-1998 转化为GB/T12727-2002，技术内容两者等 同。GB/T12727-2002 与IEEE323-2003 及RCC-E-2005中规定鉴定试验内容及鉴定试验可以使用的方法基本一致。因此，可采用GB/T12727-2002 作为海洋核动力平台I&C设备鉴定的主体标准。

标准EJ/T1197-2007作为GB/T12727-2002的配套标准，用以指导环境试验；对于电磁环境试验，RG1.180-2003、TR-102323-Rev.1 均对核电厂核级设备的EMC 性能提出要求。因此，选择RG1.180-2003、TR-102323-Rev.1 作为GB/T12727-2002 的EMC 试验的配套标准。

在通用标准方面，环境试验执行标准选择如下：对于温湿度条件试验，选择GB/T2423（IEC60068-2）系列标准；对于电磁兼容试验，选择GB/T17626（IEC61000-4）系列标准和GB/T4824-2013（CISPR11-2010）。

1.1.2 CCS的标准体系

《钢质海船入级规范》（2018）是适用于海上航行入级船舶的总体规范文件，包括入级条件与范围、相配套的技术要求，旨在控制安全与质量达到适当水平，并得到广泛的认同。CCS 颁布的规范是入级的基础和唯一依据。因此，采用CCS《钢质海船入级规范》（2018）作为船用设备相关鉴定的主体标准。I&C 系统设备需要考虑该规范第4 分册第7 章《自动化系统》相关要求。

CCS 出版物《电气电子产品型式认可试验指南2015》（GD22-2015）是针对船舶电气电子设备型式认可的规范。该指南除了对船用电气电子产品型式认可试验中的外观检查、性能试验作出原则规定外，还对其所应进行的各种船舶环境条件试验的试验目的、条件、方法、结果和所依据的标准作出了明确规定，可作为船用I&C 设备鉴定的参考指南。

在GD22-2015 的引用标准中，对于环境试验，多采用IEC60068-2 系列标准；对于电磁兼容试验，采用CISPR16-2-1、CISPR16-2-3 和IEC61000-4 系列标准。

此外，针对船用环境的特殊要求，如果《钢质海船入级规范》中缺少相关设计要求，可参考船舶相关的GB、CB 和GJB 等相关标准要求执行。

1.1.3 核电鉴定与CCS型式认可的关系

海洋和动力平台I&C 系统设备需要满足核电仪控设备鉴定要求，同时也需要充分考虑船用仪控设备的CCS 入级检验要求。通过分析对比核电仪控设备鉴定要求和CCS 仪控设备入级要求，两者分别要求执行的鉴定试验和型式认可试验中的相同试验项除部分存在差异外，实际执行的通用标准基本一致。

本文后续涉及的I&C 设备鉴定试验项综合考虑了核电仪控设备鉴定试验项和CCS 仪控设备入级型式认可试验项。对于试验项的严酷程度或试验等级，需要包络核电和CCS相关要求。

核电仪控设备鉴定对试验顺序有一定要求，CCS 型式认可试验对试验顺序无明确要求，海洋核动力平台I&C 设备鉴定可采用核电仪控设备鉴定的试验顺序，但需要得到CCS 的审批认可。

2 鉴定输入

鉴定输入主要包括海洋核动力平台对I&C 系统的功能、性能要求和环境影响因素两方面。功能、性能要求主要在相关技术规格书和鉴定大纲中规定。

环境的因素指设备在其寿期内经历的所有环境条件和运行条件对设备的影响因素。环境条件是指存在于设备外部的条件，比如温度、振动等；运行条件是指存在于设备内部的条件或者设备本身物理、机械相关的条件。

以陆上压水堆为基础，结合特有的海洋环境条件[2]和运行条件，确定海洋核动力平台I&C 设备的鉴定因素包括但不限于：

- 温度、湿度、压力、盐雾、霉菌等。

- 电磁干扰（EMI）、射频干扰（RMI）、浪涌等。

- 电压、电流及频率的变化等。

- 震动、倾斜、摇摆、冲击等。

3 鉴定试验要求

参考陆上压水堆经验，I&C 系统设备属于安全壳外安全级设备，满足K3 鉴定要求[3]。根据GD22-2015 规定，船上受控环境到敞开的甲板分为5 类环境（A-E），海洋核动力I&C 系统设备处所属于B 类环境：一般温度、高湿和振动的围蔽处所，且是“一般配电区域”的电磁环境要求。

需要指出的是，海洋核动力平台I&C 系统设备进行鉴定时，在满足核电鉴定要求的前提下，应统筹考虑GD22-2015 中型式认可试验的有关要求。

本章节描述鉴定通用要求，不对具体试验条件、试验方法和试验验收准则进行具体说明。

3.1 鉴定试验顺序

海洋核动力平台I&C 设备采用试验法进行鉴定，鉴定试验前应准备一套对于被鉴定的I&C 系统设备具有足够代表性的试验样机[4]（以下简称样机）。

鉴定试验可分为以下4 个阶段。

◇ 阶段1：基准试验

样机的基本技术参数及功能性测试，作为后续其它试验的比较基准。部分试验可以在后续各项试验后重复。基准试验内容如下：

- 基本电气性能试验，如介电强度试验、绝缘电阻试验、机械接地的电气连续性检查。

- 功能、性能检查。

◇ 阶段2：极限条件下的试验

用于检验设备在影响因素的额定范围内和限值下的功能特性，通常包括：

- 环境条件，如温度、湿度、振动、倾斜和摇摆等。- 不同设备的特殊影响因素，如电磁兼容。

◇ 阶段3：老化试验

该试验用于检验I&C 设备的耐久性。结合K3 类设备的鉴定要求，需要进行环境老化。

◇ 阶段4：事故试验

冲击环境为海洋核动力平台需考虑的主要事故工况[5]。该阶段用于检验设备在事故环境条件下的功能特性。

通常除极限条件下的试验外，其它试验均应该在同一个样机上进行，而且试验应该按照阶段1 ～4 的顺序执行。需要指出的是，GD22-2015 对试验顺序没有强制要求。因此，下述阶段2 和阶段3 与环境温湿度老化有关的试验，应注意统筹考虑核电与CCS 的要求，如环境参数包络性、设备在试验过程中是否通电等。

3.2 基准试验

基准试验包括正常大气条件下的电气安全、功能性能等试验，以产生基准数据，作为后面鉴定试验的依据。

海洋核动力平台采用核电试验项目的分类方法，根据GD22-2015 的基本试验项目，总结出海洋核动力平台I&C设备基本试验项目，如表 1 所示。

3.3 极限条件下的试验

极限条件下的试验包括电源条件试验、温湿条件试验和电磁兼容试验。除上述试验外，GD22-2015 的试验项还包括倾斜和摇摆试验。上述试验汇总如表2 所示。

表1 基准试验项目Table 1 Benchmark test items

表 2 极限条件下的试验项目Table 2 Test items under extreme conditions

表 3 EMC试验项Table 3 EMC test items

海洋核动力平台I&C 系统电磁兼容试验可在任何样机（如有多个样机）和任何试验阶段执行。电磁兼容试验项如表 3 所示。电磁兼容试验条件和验收标准，必须包络核电鉴定要求和GD22-2015 的要求，试验等级和验收标准在鉴定大纲中明确。

3.4 老化试验

老化试验也称为评价设备性能随时间变化的试验，用于检验设备的耐久性。老化试验应根据样机特点，在满足核电鉴定要求的前提下，统筹考虑GD22-2015 型式认可试验的有关要求。一般应包括：热老化、长期运行、振动老化。

如认为某项老化试验对某项设备不适用时，应提供合理的证明，才能使用专用的试验程序。老化试验项目见表4。

表4 老化试验项Table 4 Aging test items

3.5 事故试验

海洋核动力平台I&C 系统设备鉴定的事故试验主要为冲击试验。试验的目的是模拟设备在使用或运输过程中可能受到的随机性的冲击效应，可参考GB/T 2423.5-1995 (试验Ea)试验方法进行试验。

4 结束语

海洋核动力平台兼具核工程和船舶工程的双重属性，目前国内无相关建设和运营经验借鉴，其I&C 设备鉴定标准体系和鉴定方法处于空白。本文通过对比分析核电站核级I&C 系统设备鉴定要求和CCS 电气设备的形式试验要求，并结合海洋环境条件，提出一种适用于海洋核动力平台I&C 系统设备的通用鉴定要求，为后续海洋核动力平台I&C 设备鉴定提供一种思路和方法。