关于核电厂安全级设备鉴定的研究

杨峰　梁熙

摘要：该文介绍了核电厂安全级设备鉴定的研究，这里以核岛通风系统为例，主要从鉴定设备选择、质量鉴定试验步骤和试验方法等方面进行阐述，为核电厂1E/K3类相关设备的鉴定试验提供了非常有益借鉴和参考依据。同时鉴定试验表明，该核岛通风安全级（1E）就地控制系统的鉴定试验的结果符合相关法规、规范和标准要求。

关键词：安全级设备；鉴定试验；核岛通风；抗震试验；环境试验；电磁兼容性试验

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）10-0219-03

本文介绍了核电厂安全级设备鉴定的研究，这里以核岛通风系统为例，主要从鉴定设备选择、质量鉴定试验步骤和试验方法等方面进行阐述，为核电厂1E/K3类相关设备的鉴定试验提供了非常有益借鉴和参考依据。同鉴定试验表明核岛通风安全级（1E）就地控制系统的鉴定试验的结果符合相关法规、规范和标准要求[1][2]。

1 鉴定设备的选择和分类

试验样机的选择应充分考虑其包络代表性及其保守性，应在质量鉴定涉及设备范围内选择外形尺寸最大、结构相对复杂和安装元件较多的作为样机，即选择同等地震载荷作用下，结构动力特性最不稳定，并具有一定包络代表性产品作为样机。结合核岛通风就地控制系统设备的特点选择试验样机一落地柜，试验样机二壁挂箱；试验样机的安全等级1E，抗震等级1类，质保等级QA1，鉴定等级K3，防护等级IP65。

2 质量鉴定试验[3][5]

K3级仪控设备标准质量鉴定程序包括基准试验、正常运行环境条件下极限值试验、耐久性试验、地震试验。

2.1 基准试验

在基准（设计）条件下测定设备的初始功能特性，作为以后的试验的初始基准值，并确定每种试验期间和每次试验之后测得的功能特性参数的允许偏差。

基准试验包括两部分：1）外观检查以及基本电气特性试验，如介电强度、绝缘电阻、接地连续性；2）系统功能试验。

2.2 IP防护等级试验

试验依据GB 4208-2008外壳防护等级（IP码）进行，样机IP等级要求为IP65。

将样机放入防尘箱中，用滑石粉代替粉尘，样机与真空泵连接，外壳内部与外部压差为1.9kPa，试验持续8h。试验完毕后打开样机进行检查，无明显灰尘进入。

使用淋喷水装置对样机进行防水性能试验，使用Ф6.3mm喷头，流水量12.5L/min，喷头距样机2.5～3m，试验持续5min。试验完毕后打开样机检查，无明显进水、渗漏现象。

在IP防护试验前、试验后的系统功能测试结果满足基准试验的设计要求。

2.3 运行环境条件下极限值试验

运行环境条件试验用于检验设备在影响量的额定范围内和限值上的功能特性，针对试验样机的设备特性，所选取的影响量为电源电压、电源频率以及电磁干扰等，样机的功能特性需要在这些影响量的作用下仍能满足相关要求。

2.3.1 电源变化影响试验

试验依据RCC-E（2005）MC4400/4600/4700进行，对处于运行状态下的系统进行如下试验：

1）供电电压极限范围影响试验：供电电压为交流403V时保持30min，供电电压为交流342V时保持30min，分在2个极限供电条件下进行系统功能测试。

2）电压慢变化试验：使用交流342V电压为样机供电，然后将电压在大于60s的时间内按照线性规律下降至0V，然后从0V开始在60s内增加电压至交流342V，以相同的试验条件重复进行2次试验。在电压慢变化变化试验过程中对系统进行监测。

3）电源频率变化试验：将供电电源频率调至48Hz，并进行系统功能测试；将供电电源频率调至52Hz，并进行系统功能测试。

4）电压变化和温度变化试验：将通电的样机置于一个高低温潮湿试验箱中，依次使试验箱的温度达到下述数值：23℃、-15℃、23℃、40℃、23℃。温度变化平均速率为10℃/h，对于以上列出的温度平台，在温度保持2小时后对样机系统进行系统功能测试。其中，对于温度-15℃时，将供电电压调整到其额定范围的最低值（交流342V）；对于温度+40℃，将供电电压调整到其额定范围的最高值（交流403V）。

在电源变化影响试验的各个阶段中，系统功能测试结果均满足基准试验的设计要求，并且在电压缓慢变化过程中没有引起被试设备或相关设备的任何损坏。

2.3.2 电磁兼容（EMC）试验[8]

1）静电放电抗扰度试验：按照安装方式安装样机，连接布线并进行通电，试验依据GB/T17626.2静电放电抗扰度试验严酷等级4进行。样机与实验室墙壁和其他金属性结构之间的距离最小为1m。在机柜钥匙孔、垂直耦合版处采用接触放电试验10次，在电缆、机柜接缝、指示灯、柜壳处采用空气放电试验10次。

试验完成后对样机进行系统功能测试。

2）射频电磁场辐射抗扰度试验：按照安装方式安装样机，连接布线并进行通电，试验依据GB/T 17626.3 射频电磁场辐射抗扰度试验严酷等级3进行。样机放置在距地面0.8m的绝缘台上，场强为10V/m，用1kHz的正弦波对信号进行80%的幅度调制后，在80MHz-1000MHz频率范围内以基频1%步长进行扫描测量，每一频率点上扫描驻留时间0.5s。分别对样机水平和垂直方向进行试验。

试验完成后对样机进行系统功能测试。

3）电快速瞬变脉冲群抗扰度试验：按照安装方式安装样机，连接布线并进行通电，试验依据GB/T 17626.4 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验严酷等级3进行。样机放置在距离接地参考地面0.1m±0.01m的绝缘支座进行隔离，将试验电压调到峰值2kV，脉冲频率5kHz。依次对电源端口和地线施加电压5次，试验持续时间60s。

试验完成后对样机进行系统功能测试。

4）浪涌（冲击）抗扰度试验：按照安装方式安装样机，连接布线，试验依据GB/T 17626.5 浪涌（冲击）抗扰度试验进行。分别按等级1（0.5士0.05）kV、等级2（1.0士0.1）kV、等级3（2士0.2）kV，依次进行试验。施加不同的等级电压时，在直流电源端和互联线上加五次正极性和五次负极性浪涌脉冲，在交流电源端口应分别在0°、90°、180°、270°相位加五次正极性和五次负极性浪涌脉冲，连续脉冲的间隔不超过1分钟。

试验完成后对样机进行系统功能测试。

5）射频场感应的传导骚扰抗扰度试验：按照安装方式安装样机，连接布线并进行通电，试验依据GB/T 17626.6射频场感应的传导骚扰抗扰度试验等级3进行。电源端口采用CDN-M2直接注入，用1kHz的正弦波对信号进行80%的幅度调制后，在150kHz-80MHz频率范围内以基频的1%步长进行扫描测量，每一频率点上扫描驻留时间0.5s。扫描3次，发现敏感频点时应个别分析。频率递增扫描时，步进尺寸不应超过先前频率的1%。

试验过程中对系统进行监测，试验完成后对样机进行系统功能测试。

6）工频磁场抗扰度试验：按照安装方式安装样机，连接布线并进行通电，试验依据GB/T 17626.8工频磁场抗扰度试验等级4进行。采用浸入法对样机施加磁场，线圈方向分别为X、Y、Z，磁场强度30A/m，磁场频率50Hz，持续时间30s。

试验过程中对系统进行监测，试验完成后对样机进行系统功能测试。

7）信息技术设备的无线电骚扰试验：按照技术要求连接布线，并进行通电，试验依据GB 9254 信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法进行，即分别对电源端子（A、B、C三相）传导骚扰值和模拟件在测量距离R处（10m）的辐射骚扰值进行测量记录，需满足B级要求。

试验过程中对系统进行监测，试验完成后对样机进行系统功能测试。

8）电压短时中断抗扰度试验：按照技术要求连接布线，并进行通电，试验依据GB/T 17626.11 电压暂、短时中断和电压变化的抗扰度试验类别3进行试验。对样机分别提供额定供电电压的下限值（342V）、中间值（372.5V）和上限值（403V），并在三种电压等级下调节试验发生器，使初始值电压在100ms内降至3.42V一下，停留250个周期后在20ms内增加电压至初始值。

试验过程中对系统进行监测，试验完成后对样机进行系统功能测试。

在电磁兼容（EMC）试验的各个阶段中，系统功能监测结果均满足基准试验的设计要求。每个阶段试验前、试验后的系统功能测试结果满足基准试验的设计要求。

2.4 耐久性试验

耐久性试验的目的是模拟样机在正常运行范围内运行时所引起的退化，以考核样机在一定的期间内保持功能的能力。设备需要连续经受以下试验：热老化试验、交变湿热试验、长期运行老化试验、振动老化试验。

2.4.1 热老化试验

热老化试验一般采用加速老化，加速老化的模拟原则是，既要尽可能的缩短老化时间，又要能确保设备元器件不致因为温度过高而损坏。

1）干燥高温试验：将样机放进高低温试验箱中，试验依据GB/T 2423.2电工电子产品环境试验（高温）进行。使试验箱的温度从环境温度逐渐上升到试验采取的（70±2）℃。在达到热平衡后，保持恒定96h，然后温度逐渐回降到环境温度，温度上升和下降的变化速度应小于1℃/min。

试验结束后，需使试验箱在规定的正常大气条件下保持足够的时间（2h），使之达到热平衡，然后对样机进行系统功能测试。

2）低温试验：将样机放进高低温试验箱中，试验依据GB/T 2423.1电工电子产品环境试验（低温）进行。使试验箱的温度从环境温度逐渐下降到试验采取的（-25±2）℃。在达到热平衡后，保持恒定95h，然后温度逐渐回升到环境温度，温度上升和下降的变化速度应小于1℃/min。

试验结束后，需使试验箱在规定的正常大气条件下保持足够的时间（2h），使之达到热平衡，然后对样机进行系统功能测试。

2.4.2 交变湿热试验

交变湿热试验是用以确定样机在温度循环变化、样品表面产生凝露的湿热条件下使用和贮存的适应性，检验样机在湿热条件下仍可正常工作。

将样机放进高低温试验箱中，试验依据GB/T 2423.4 电工电子产品环境试验（交变湿热）进行。在温度25℃±3℃、相对湿度45%～75%的条件下，使温度达到稳定之后，在1h内使相对湿度升高到不小于95%，使试验箱温度在24h内按升温、高温高湿恒定、降温、低温高湿恒定四个阶段循环变化。

试验结束时（循环末），试验箱条件是温度（25±3）℃、相对湿度95%。将试验箱的相对湿度在1h内降至（75±2）%，然后再在另外的2h内将温度降至试验室温度，恢复期结束后对样机进行系统功能测试。

2.4.3 长期运行试验

按照技术要求连接布线，并进行通电，试验依据GB/T 2423.2 电工电子产品环境试验（高温）进行。试验分为两个阶段，第一阶段试验温度为（55±2）℃，持续300h；第二阶段试验温度为（40±2）℃，持续300h。

2.4.4 振动老化试验[7]

按照技术要求连接布线，试验依据GB/T 2423.10电工电子产品环境试验 震动（正弦）进行。试验程序如下：

1） 扫频探查试验：沿三条轴线分别按照1倍频程/分钟扫描，扫描频率范围：10Hz—2000Hz—10Hz，在交越频率（60Hz）以下，保持位移0.035mm不变，在交越频率（60Hz）以上保持加速度0.5g不变，探查共振点；

2） 扫频耐久性试验：按上述方法，沿三条轴线进行扫描，每一轴线上的持续时间为2个循环；

3） 定频试验：对每一轴线上探查试验中探查到的危险频率进行定频试验，如果在探查试验中没有显现出任何共振频率，则对100Hz固定频率进行试验。各点试验持续时间为10min±0.5min。

试验前和试验完成后需分别对样机进行系统功能测试。

在耐久性试验的各个阶段中，系统功能监测结果均满足基准试验的设计要求。每个阶段试验前、试验后的系统功能测试结果满足基准试验的设计要求。

2.5 抗震试验[4，6]

抗震试验目的是为了考核试验样机在地震载荷下的其结构刚度、强度以及在地震载荷作用中和作用后的功能指标，以验证其在规定的地震载荷作用下及作用后的结构和功能的完整性。抗震鉴定试验应按照下列步骤进行：

1） 动态特性探查试验，用于查明设备的自振频率、振型和阻尼等，了解设备的固有动态特性；

2） 抗震性能试验，采用地震台台面的加速度信号作为控制信号先后完成5次SL1（OBE）和1次SL2（SSE）地震试验，每次持续30s。用于考核设备在规定的地震动下，能否履行其规定的安全功能；

3） 最终检验，设备抗震性能试验后，应对设备的外形、结构和功能进行测试和检查，并与试验前的基准数据相比，以证明设备在地震后的完整性、功能性和可运行性。

3 结束语

核电厂核岛通风安全级（1E）就地控制系统的鉴定试验的结果符合相关法规、规范和标准要求，并通过了国家核安全局验收，为公司获得安全局颁发的《民用核安全级设备设计和制造许可证》。同时本文研究了1E/K3类设备的鉴定试验流程和试验方法，可作为核电站仪控设计人员借鉴和参考。

参考文献：

[1] 广东核电培训中心编.900MW压水堆核电站系统与设备[M].北京：原子能出版社，2004：193-223.

[2] IEEE Std 382-2006 IEEE Standard for Qualification of Safety-Related Actuators for Nuclear Power Generating Stations

[3] 核工业第二研究院.RCC-E压水堆核岛电气设备设计和建造规则[S].2004.12.

[4] 国家核安全局.HAF.J0053 核设备抗震鉴定试验指南[S].1995.10.

[5] 国家质量监督检验检疫总局.GB 12727-2002核电厂安全系统电气设备质量鉴定[S].北京：中国标准出版社，2003.

[6] 国家质量监督检验检疫总局.GB 13625-92核电厂安全系统电气设备抗震鉴定[S].北京：中国标准出版社，1993.

[7] 国家质量监督检验检疫总局.GB/T 2423.10-2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Fc和导则：振动（正弦）[S].北京：中国标准出版社，2008.

[8] 国家质量监督检验检疫总局.GB/T 17626 电磁兼容试验和测量技术[S].北京：中国标准出版社，2008.