商品级中间继电器的核级转化

任 涛 赵 军 韩雪华

（中广核核电运营有限公司）

0 引言

本文结合某CPR1000核电厂的核岛380V交流应急电源系统（LL*）配电盘中间继电器的替代换型工作，对如何评价商品级中间继电器满足核级要求以及如何保证后继再供应备件的质量一致性进行分析与评估。具体对安全功能分析、关键特性分析、鉴定评估、商品化检证等评估内容如下。

1 安全功能分析

根据RCC-E中对电气设备安全级1E级的设备鉴定要求，电仪类设备的鉴定等级可分为K1、K2、K3。

K1：质量鉴定程序用于保证安装在安全壳内的设备在地震荷载和正常、事故和／或事故后环境条件下仍能执行其规定的功能。

K2：质量鉴定程序用于确保安装在安全壳内的设备在正常环境条件下和地震载荷下能执行其规定的功能。

K3：质量鉴定程序的目的是确保安装安全壳外的设备在正常环境和地震载荷下以及某些项目规定的事故工况下能完成其指定的功能。

中间继电器的原理图见图1，在线圈两端施加工作电源，当电压达到中间继电器动作电压时，线圈吸合动触点，使得中间继电器触点状态改变。

根据中间继电器所在盘柜或箱体的鉴定等级，同时结合中间继电器所用于控制的下游设备的鉴定等级，确认中间继电器所用满足的鉴定要求，即中间继电器具体所执行的安全功能。以CPR1000核电厂的核岛电气厂房为例，中间继电器的安全功能为：在正常环境条件下和地震荷载下保证继电器在动作（释放）电压范围内，继电器触点能够可靠动作（接通或断开）。中间继电器工作原理如下图所示。

图 中间继电器工作原理图

2 关键特性分析

通过对以上中间继电器的安全功能分析，确认中间继电器为了执行规定的安全功能所需要具备的关键特性。中间继电器的常见关键特性如下，具体还需根据中间继电器的使用环境等因素加以选择。

1）中间继电器插针与插座接触电阻：中间继电器通常与插座配套使用，一般为插接，两者接触是否良好直接影响中间继电器功能。该接触电阻须满足现场实际控制回路的电源或负载要求。

2）线圈电阻：线圈电阻是直接评价线圈性能是否完好的重要性指标。各厂家因其设计不同，相同规格的中间继电器也会存在线圈电阻偏差较大的情况，但各厂家的线圈电阻均有自己的设计范围，超出该设计范围可评价该中间继电器不合格。同时中间继电器的换型还须考虑线圈电阻变化对回路触点和工作电源的影响。

3）触点接触电阻：触点接触电阻是直接评价触点性能是否完好的重要性指标。目前市场上的中间继电器触点材料常见的有Ag、AgNi等，新生产的中间继电器在出厂时，触点接触电阻一般均在100mA以下，但由于加工工艺、材料、使用环境等因素的差异，各厂家相同规格的产品质量差异较大。

4）触点容量：各厂家之间相同规格中间继电器的触点容量差异较大，触点容量直接影响对控制设备的适用性，故该参数须满足现场实际负载要求。

5）动作电压：因现场实际可能因为工作电源偏差、中间继电器线圈回路分压等因素的影响，最终导致中间继电器线圈两侧的实际工作电压与额定电压不一致，故须保证中间继电器的动作电压值要满足回路实际使用条件。通常中间继电器的动作电压在80%的额定电压以下。

6）释放电压：中间继电器的设计一般均满足大于5%或者10%的额定电压的设计要求，如现场有特殊要求，该值须满足现场释放电压动作值要求。

7）机械耐久性、电耐久性：中间继电器的这两个参数须满足现场实际对中间继电器的寿命要求，该寿命是指在中间继电器更换周期内，中间继电器可能动作的最大值。

8）介质耐电压、绝缘电阻：这两个参数是反映中间继电器结构性能的基本参数，现场如无特殊要求，根据中间继电器所符合的标准要求值进行评价即可。

9）耐极限条件性能：这些极限条件包含环境温湿度、振动、电磁干扰等，具体需要根据现场实际使用环境进行选择和评价。

10）热老化性能：如中间继电器有明确的使用寿命要求，可通过加速老化试验或者分析进行说明。如无法确认是否有寿命要求，可根据标准GB／T 12727—2017的4.1节描述（对处于和缓环境且没有显著老化机理的设备不要求确定鉴定寿命）进行判断。

11）耐辐照性能：如中间继电器所处环境有辐射，须进行耐辐照性能分析。

12）抗震性能：核级中间继电器均有抗震要求，但不同电站、不同使用位置的地震反应谱可能不同，抗震性能须结合实际使用位置的抗震要求进行评价。

3 鉴定评估

鉴定评估主要内容见RCC-E，本次以K3鉴定等级为例，依据RCC-E和NB／T 20351—2015中对鉴定工作的要求，主要从如下4个方面考核设备性能。

1）基准性能；

2）耐极限条件性能；

3）老化性能；

4）抗震性能。

鉴定方法有分析法、试验法和综合法。结合第2节中中间继电器的关键特性，对所选取的中间继电器样品开展鉴定评估。

中间继电器的抗震性能一般通过试验法加以验证，试验谱须包括现场使用位置，且在试验过程中还须对中间继电器的触点状态进行录波，以便确认试验过程中开关状态变化的正确性。

4 商品化检证

通过以上对中间继电器的鉴定评估，可以确认中间继电器样品是否通过对应鉴定等级要求，但也仅能说明所选鉴定样品的符合性。为保证后续所采购的中间继电器也满足对应鉴定要求，就需要确认其与中间继电器样品的产品一致性。

对于如何确保中间继电器的一致性，需要从中间继电器的设计、制造工艺、原材料采购、质保等各环节加以确认。如再次采购的中间继电器在以上各方面发生变更，就需要对变化内容重新进行评估，如变更项不影响中间继电器的关键特性，则认为变化后中间继电器仍满足变化前已满足的鉴定要求，如变更项影响到了中间继电器的关键特性，则应对所影响的关键特性重新进行鉴定评估，根据最新评估结论确认变更后中间继电器是否满足变更前已满足的鉴定要求。

以下举例说明部分关键特性的影响因素。

触点接触电阻：触点接触电阻与触点的焊接工艺、动静触点的接触方式、触点材料、污染物、负载类型、弹簧力、电磁力等因素有关。其中触点材料不同，抗氧化、抗硫化、抗电弧能力也不相同。如镀金材料不适用有电感性负载，因触点断开时的电弧会损耗镀金层，甚至导致镀金层消失。这些影响因素的任一变化，都会影响触点接触电阻。

线圈电阻：线圈电阻与导线材质、匝数、长度相关。中间继电器的线圈导线为外购件，为确保线圈原材料漆包线的品质，制造厂在外购件到货时的独立检查手段会直接影响产品合格率，间接影响线圈电阻。另外，线圈绕制的自动化生产过程的自动检测等工艺，也将影响产品质量。

继电器插针与插座接触电阻：该接触电阻与插针的材料、结构以及插槽的材料、结构、插拔力相关。

中间继电器的每一项关键特性均需要分析其影响因素，并根据其影响因素的控制方法最终确定关键特性的控制措施。只有确认各项影响因素没有发生变化，才可以保证后续采购的中间继电器与鉴定评估样品的质量一致性。

5 结束语

商品级中间继电器的核级转化涉及的工作是一个系统性工作，本文仅对整个过程中的涉及内容进行简述，在使用该方法开展具体工作时，还需要结合设备类型、使用位置、制造厂产品设计、制造工艺等方面的具体情况开展相关工作。本文旨在解决各商运核电机组的核级备件保障问题，希望可为广大同行提供借鉴。