核电厂DCS系统鉴定策略研究

王 强，潘 玉

（中核控制系统工程有限公司，北京 102401）

0 引言

随着社会经济的不断发展，电力需求也日益提高，核电因其高效性、清洁性和经济性而受到人们的广泛关注。但是核电厂又不同于一般的电厂，核电厂是利用核反应所产生的热量来制造蒸汽，推动汽轮机发电。由于核电厂中许多设备和部件聚集着大量的放射性物质，为了防止发生核辐射泄漏事故，必须保证核电厂在可能遇到的情况下可靠的工作。

为了保证核电厂能够在预知的工况下可靠的工作，HAF102《核动力厂设计安全规定》中提出：“必须采用设备鉴定的程序来确认安全重要物项能够在其整个设计运行期间满足正常运行、预计运行事件和设计基准事件等工况的要求”。另外，《民用核安全设备设计制造安装和无损检验监督管理规定（HAF601）》中的第27条也提到：“民用核安全设备设计单位应对其设计进行设计验证，可以采用设计评审、鉴定试验等形式”。而在《进口民用核安全设备监督管理规定(HAF604)》中，也对进口民用核安全设备提出了相应的要求。

核电DCS系统在核电厂起着至关重要的作用，相当于是核电厂的大脑。如果核电DCS系统失效将导致操纵员无法了解核电厂现场的情况，也无法控制核电厂现场的设备，严重的时候会造成核电安全事故。因此，对于核电DCS系统，只有经过鉴定试验，并完全通过，才能确保其在预知的工况下能够可靠的工作[1]。只有通过鉴定以后，才能开展核电工程项目中核电DCS系统的采购和后续的集成制造工作。如果鉴定试验没有通过，就必须对设备进行重新选型，然后重新做鉴定试验，直到最终通过鉴定试验。

1 鉴定试验的内容和特点

1.1 鉴定试验项

一般核电DCS系统的鉴定试验包括：环境试验、电磁兼容试验以及抗震试验[1]。

环境试验主要是为了验证DCS系统在核电厂的正常或极端外部环境下是否能够正常的工作。例如，机柜电子间内正常运行温度应该是30℃以下，但是如果空调出现故障以后，环境温度会上升到50℃左右，在这种情况下，核电DCS系统也必须正常运转。

电磁兼容试验主要是因为核电厂有大量的用电设备，如电机、水泵、阀门等设备。这些设备会对周围的其他设备产生辐射、传导骚扰、浪涌等各种电磁干扰，DCS系统必须能够承受这些外部的干扰，才能保证核电厂正常的运转。

而抗震试验的主要目的就是验证DCS系统在核电厂发生地震的情况下，能否保持正常运转。因为对于核电厂的一些特别重要的系统，或者与核电厂安全运行相关的系统，在地震的情况下也要求能够正常运行，确保核电厂不会出现安全事故。

1.2 鉴定样机

鉴定试验并非是要将所有工程上用到的设备都做试验，而是搭建一套典型的鉴定样机即可，鉴定样机需要包络项目中所有使用到的DCS设备，如控制器、各种IO卡件、各种IT设备和电气设备等。由于核电DCS所用到的设备较多，为了涵盖核电DCS系统所有的功能，鉴定样机一般包括3～4个机柜，按功能可分为控制柜、网络柜、服务器柜和供电柜。为了保证鉴定试验的公正与公平，需要在第三方有资质的实验室进行试验。

1.3 鉴定试验的特点

鉴定试验存在如下特点：

1）成本高

4个鉴定样机需要花费几百万的成本，鉴定实验室一般也需要选用第三方实验室，成本也要上百万。

2）周期长

由于鉴定的试验项非常多，鉴定试验的周期也需要至少两个月以上。另外，从策划、设计、采购、制造、集成和鉴定试验，总共需要花费将近1年半左右的时间。

3）风险大

鉴定试验也是核电项目前期最大的风险，由于所鉴定的设备中包含没有鉴定经验的设备，鉴定的要求又非常的苛刻，因而鉴定试验过程中存在很多不确定性。如果鉴定试验失败，不仅仅会导致以前所有的工作都付诸流水，而且还要重新进行设备选型和鉴定，不仅面临高昂的成本，而且项目进度无法保证。同时，核电厂安全运行关系到国家的安危，因此国家对核电厂建设过程也实行了严格地监管，尤其关注鉴定试验部分，对于关键设备的鉴定试验通常都会现场见证。如果鉴定试验失败的话，核电DCS系统供应商的形象和供货能力都将被质疑，如果多次失败，可能会失去参与核电项目的机会。

2 鉴定试验优化策略

由于鉴定试验成本高、周期长和风险大，因而在前期策划阶段更要仔细策划，逐条分析，尽量降低成本与风险。本文在鉴定试验设计、鉴定设备选型和采购方面提出了优化的方法，进一步降低了鉴定试验的成本和风险。

2.1 鉴定试验规划

鉴定试验的试验项、试验等级、试验顺序等都需要仔细规划，如果规划不当会导致该做的试验没有做，而不该做的试验反而做了，严重的话会导致设备损坏，无法通过鉴定试验。如果鉴定试验规划的好，不仅可以降低试验严酷等级，降低鉴定风险，而且可以减少鉴定试验项，降低成本。

首先，所有的鉴定要求都来自于技术规格书或各种标准[2]，由于技术规格书和标准中写的内容并不是非常的详细和具体，因而每个项目在开始鉴定前都需要进行澄清，需要明确每项鉴定试验的具体指标、参照标准和接受原则；另外，每个项目选择的设备也有自身的特点，每个标准都有适用的范围。因此，需要对比设备自身属性与规格书和标准的要求，提前发现不一致的地方，降低鉴定试验要求或减免鉴定试验，避免在鉴定试验中损坏设备或做不必要的试验。

例如，核电厂要求DCS系统在环境温度为50℃的情况下正常运行。采购过程中发现市面上的显示器最高的运行温度为35℃～40℃之间，无法在50℃情况下正常运行。但是由于显示器都摆放主控室，主控室的温度如果达到50℃的话操纵员已经无法工作，必须撤离，因此显示器在50℃情况下工作也没有意义，只需要满足正常运行温度即可。

再比如，电磁兼容试验中有一项是“电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验”，主要是模拟电气电子设备的电源突然暂降和中断。其中，短时中断分为20ms中断和5s中断两项试验。鉴定要求断电20ms不影响DCS设备运行，断电5s的话，要求在重新上电以后DCS系统正常运行。对于20ms断电基本上对系统没有什么影响，但是对于5s断电的情况，由于核电DCS系统中有很多IT设备，尤其是服务器，服务器突然的断电会对服务器的主板和硬盘造成很大的损坏，所以一般的服务器都要配备UPS电源，以避免外部的突然断电造成损坏，而且核电厂已经配备了UPS电源。因此，对于断电5s的试验，通过与需求方沟通，减免了服务器的5s电源中断试验，避免了服务器的损坏。

其次，对于鉴定试验项所用的标准也需要提前确定。同一种试验可以参考多个标准，每个标准规定的细节会有所差别，必须提前确定采用哪个标准来执行试验。例如,国内外关于抗震试验的标准就有很多，包括IEEE344，IEC60980，GB13625，HAF J0053等。另外，标准中会给出一定的选择范围，例如GB/T2423.4中，交变湿热试验的高温分为40℃和55℃两种，需要根据项目实际情况来进行选择。

最后，鉴定试验分为环境试验、电磁兼容试验和抗震试验。试验顺序一般采用先易后难的原则安排试验，即先做容易通过且对设备没有损害的试验，最后做不容易通过且对设备损害比较大的试验[3]。

另外，对于公司自有产品或多个项目常用的产品，鉴定试验方案的设计也要有一定前瞻性。可以在项目鉴定要求的试验等级基础上进一步提升，以便充分验证自有产品的性能。这样的话，如果将来其他项目鉴定要求等级更高的话，就可以免做试验，避免出现A项目刚刚做完试验就发现试验等级不满足B项目的要求，需要重新做试验的情况。

2.2 鉴定设备选型与采购[4]

鉴定设备的选型也非常重要，如果每个项目都选不同的设备或选用没有在项目上用过的设备，不仅每次都需要重新鉴定，而且新的设备会带来鉴定试验无法通过的风险。另外，设备采购方式也很重要，合理的采购方式可以降低鉴定的风险。

2.2.1 设备选型

对于核电DCS供应商，应该将所有以前做过鉴定的设备收集起来形成一个设备优选库，在每个项目选型时优先选择在鉴定优选库中的产品。只要所选的设备做过相应的鉴定试验，且试验等级满足项目要求，就可以在新的项目中免做试验。

对于鉴定试验高风险的设备，可以选用多家产品同时开展鉴定试验。例如服务器等IT设备都是商业级产品，并非工业级，鉴定试验失败的风险非常大。为了降低鉴定失败的风险，一般会选择多个厂家的产品同时进行试验，即使某一家的产品在试验中失败，还有另外一家的产品可用。这样虽然增加了成本，但是降低了鉴定风险，保证了项目的进度。

为了确保鉴定试验的成功，尽量选择有过鉴定经验，或者厂家能够提供鉴定报告的产品，或者是有丰富应用业绩的产品。当然，每个项目中都可能会选择从来没有用过的，也没有鉴定业绩的物料，对于比较关键的物料可以要求供应商进行摸底试验。例如，盘台中使用的数显表在环境试验中容易出现温漂现象，那么在采购数显表的时候就应该要求供应商自己做摸底试验，如果摸底试验失败的话就要及时进行整改，避免在正式的鉴定试验时出现问题。

2.2.2 采购方式

为了降低项目风险，可以将鉴定试验分包。例如，核电厂主控室会放置多个大屏幕，主要显示一些综合的画面。但是每个大屏幕都需要配套一个安装支架，大屏幕需要安装在支架上作为一套系统一起做抗震试验。因此，一般在采购大屏幕的时候也会将大屏幕的支架以及鉴定试验都分包给供应商，由供应商一起完成试验。如果将大屏幕与支架分开采购的话，如果抗震试验出现问题就很难定位到底是大屏幕的问题还是支架的问题。

要对供应商的售后服务提出明确的要求。鉴定试验过程中不可避免会出现各种各样意想不到的故障，需要供应商及时响应并解决问题。如果供应商售后人员水平太差或响应速度太慢，会极大影响鉴定的进度。

与鉴定实验室可以签订长期合作合同。由于需要鉴定的项目较多，而且进度都很紧张，如果每个项目都重新采购，鉴定实验室就需要花费很长的时间，而且采购人员也不堪重负。如果有长期合作的鉴定实验室，一旦有鉴定需求就直接去做试验，就可以大大缩短采购时间。

3 总结

本文从鉴定试验规划、设备选型和采购方式等方面进行了分析，提出了多个优化方案。包括根据设备自身特点减免试验项目、降低试验严酷等级；合理安排鉴定试验顺序；建立鉴定设备优选库、提供备选方案等方法，不仅降低了鉴定的成本和风险，并且加快了鉴定的进度。