我国核电站安全级数字化仪控系统设备鉴定适用标准研究

北京广利核系统工程有限公司 孟广国，邹华明环境保护部核与辐射安全中心 郭银辉北京广利核系统工程有限公司 裴红伟

我国核电站安全级数字化仪控系统设备鉴定适用标准研究

北京广利核系统工程有限公司 孟广国，邹华明
环境保护部核与辐射安全中心 郭银辉
北京广利核系统工程有限公司 裴红伟

核级设备鉴定技术是保障核电站安全经济运行的必要技术手段,同时也是实现核电自主化的核心技术之一。在核级设备鉴定方面,我国尚未形成完整的标准体系架构,只将部分国际标准转化为国内标准。而国际上有以NRC为代表的多个标准体系,且各个标准体系之间对设备鉴定要求也不统一,导致我国设备鉴定方面的采标存在一定的难度。本文从我国在役、在建核电站设计建造中采用的设备鉴定标准出发,分析、比较、研究NRC、RCC-E、IEC等标准体系中要求执行的设备鉴定标准,综合考虑这些标准体系的要求,提出一套适用于我国核安全级数字化仪控系统设备鉴定适用的标准体系。

核电站；安全级；数字化仪控系统；设备鉴定；标准

核电站安全级数字化仪表控制（DI&C）系统是核电站的神经中枢系统，核电站机组的可靠、经济运行很大程度上取决于I&C系统的性能水平。而核级设备鉴定技术又是保障I&C系统在经受正常、异常服务条件及事故条件时能正常运行的必要技术手段，同时也是实现核电自主化的核心技术之一。

在核级设备鉴定方面，国际上存在两大标准体系，分别是美国体系和欧洲体系，美国体系以美国核管理委员会（NRC）发布的法规、导则、标准审查大纲（SRP）与国际电工电子工程师协会（IEEE）机构发布的标准形成；欧洲体系以国际原子能机构（IAEA）发布的法规、导则与国际电工委员会（IEC）机构发布的标准形成。其中欧洲体系中的设备鉴定要求又存在法国和德国两大分支。

而我国在各层级的标准中，几乎都是翻译现有标准体系中的、法规及标准再结合我国核电站设计建造方面的经验形成的我国自己的法规、国家标准或行业标准。除HAF及HAD是完全从IAEA法规及导则顺承下来外，其余各标准，尤其鉴定方面则来自不同的体系。这些不同的体系之间对于设备鉴定的要求也不完全统一，导致我国在设备鉴定方面的采标工作存在一定困难。因此有必要从我国在役、在建核电站设计建造中采用的设备鉴定标准出发，分析、比较、研究国际上其他标准体系中要求执行的设备鉴定标准，综合考虑这些标准体系的要求并将其统一，提出一套适用于我国核安全级数字化仪控系统设备鉴定适用的标准体系。

1 设备鉴定标准体系

1.1 美国标准体系现状

美国标准体系主要包括NRC发布的美国联邦法规10CFR50、RG导则、NUREG 0800标准审查大纲（SRP）以及IEEE发布的相关标准。其中10CFR50站在美国标准体系的顶端，指出了核电站设计建造许可相关要求，RG和SRP是对核电站建造和运行中进行审查的相关导则，其分析了10CFR50中相关要求，并给出解释及提出了审查方法和通过准则，用于指导NRC员工的具体审查活动。这些导则认可部分IEEE相关标准或这些标准的部分章节内容，因此这些导则建立了10CFR50法规和IEEE标准之间的桥梁。

作为美国体系架构中顶层法规10CFR50中对于鉴定的要求体现在10CFR50.49、GDC2及GDC4及10CFR50.55a(h)中。GDC2指出“安全重要的建筑物、系统、部件的设计应该能抵抗自然现象：地震、旋风、飓风、洪水、海啸、湖震”。GDC4指出“安全重要的建筑物、系统、部件的设计应该能抵抗运行、维护、测试、假设事故（LOCA）等环境条件”。这些都隐含着设备鉴定的要求。美国联邦法规10CFR50. 49规定了核电厂安全重要电气设备的环境鉴定要求，但该法规同时指出，位于温和环境中的安全重要电气设备的环境鉴定不包括在其范围内。此外，10CFR50.55a（h）中指出，安全系统必须符合IEEE603-1991的要求，而IEEE603章节5.4指出，设备鉴定应该使用型式试验法、运行经验法、分析法、组合法来证实设备性能要求符合指定的设计基准。1E级鉴定应该按照IEEE323要求进行。使用数字计算机及固件的设备准则应参考IEEE7-4.3.2。

SRP第七章是针对仪控系统要求的审查导则，其附录SRP7 .1-C章节5.4及7.1-D章节5.4分别提出了仪控系统应分别符合IEEE603章节5.4及IEEE7-4.3.2章节5.4的要求。

以上标准并没有提及设备鉴定的详细要求，而作为取证过程的指导文件DI&C-ISG-06中指出，温和环境条件下设备的环境鉴定应依据RG1.209进行，RG1.209-2006认可IEEE323-2003的部分章节作为环境鉴定的通用准则。同时RG1.209指出，NRC认可TR-107330-1996作为温和环境条件下的环境鉴定，TR-107330中的环境条件和温和环境条件下的环境相当。RG1.209还指出IEEE323-2003中的环境条件暗含着电磁兼容相关要求，此部分要求应符合RG1.180-2003和TR-102323-1996。

设备鉴定除了环境鉴定还包括抗震鉴定，有关抗震鉴定相关要求在RG1.100中有相关说明。RG1.100-1988认可IEEE344-1975。

从以上分析来看，美国标准体系中对于鉴定相关要求及标准依据，参考图1的关系：

图1 美国标准体系设备鉴定依据标准架构

1.2 欧洲标准体系现状

欧洲标准体系主要是建立在IAEA法规、导则及IEC标准的基础上。IAEA相关法规及导则站在欧洲标准体系的顶端。有关核动力厂仪控系统的安全导则是NS-G-1.3-2002，其章节4.62～章节4.73是设备鉴定相关内容。其指出：“‘设计要求’规定，要制订一个质量鉴定程序，以证实所述设备在其整个设计工作寿期中，当其处在要求其完成安全功能时可能出现的环境条件（振动、温度、压力、喷气式飞机撞击、电磁干扰、辐射、湿度或其任何可能的组合）下，能够满足完成安全功能的要求。NS-G-1.3-2002中并没有指出设备鉴定应该依据哪个标准，而作为仪控系统总体要求的IEC标准是IEC61513-2001。 其章节6.4指出了系统质量鉴定的相关要求，其指出了系统设备鉴定应该遵循的标准是IEC60780-1998。

在欧洲标准体系中，法国及德国各自建立了自己的一套鉴定标准体系，尤其是法国的RCC-E及其配套规范，在中国各压水堆电站系统的设备鉴定中得到了广泛应用。

法国标准体系是法国电力公司、法马通公司、诺瓦通公司组成的“法国锅炉电气设备设计建造规则协会”AFCEN编制的，以“法国核岛电气设备设计建造规则”RCC-E及其配套规范构成标准体系架构。其中，B卷是针对鉴定与认可的相关要求。其章节B2600指出，如果不按照RCC-E方法实施，则可以使用替换方法，替换的方法需满足IEC60780。由此可见，法国标准体系也认可IEC60780。

而德国标准体系架构，是德国核标准委员会出的KTA系列标准。其中KTA3503是安全重要的电气插件的型式试验标准，而对于系统级的鉴定，KTA3503在附录B中指向了IEC60780。而我国已将KTA3503-1982转换成我国核行业标准EJ/T 609-1991

从以上几点分析来看，IEC60780是欧洲体系中设备鉴定的主体标准。分析该标准对于鉴定内容的要求得出，鉴定应分三组进行，并分别依据标准IEC 61298-2、IEC 60980、IEC 61000-4系列、IEC 60068-2系列执行。

从以上分析来看，欧洲标准体系中对于鉴定相关要求及标准依据，符合图2的关系：

图2 欧洲标准体系设备鉴定依据标准架构

1.3 中国体系现状

我国在核安全方面颁布了一系列法律、法规、导则、技术文件及相关标准。这些法律、法规及导则等文件处在不同的层次上，如图3所示：

图3 我国核安全方面法规、标准体系层次结构

HAF及HAD是法规层面，只有对设备鉴定总体要求的描述，并未提及设备鉴定该如何实施，具体内容在规范及标准层面。不幸的是，在设备鉴定方面我国暂未建立完整的标准体系架构，而是将各大体系中的部分规范、标准转化成了我国的相关标准和规范文件。如表1所示：

表1 国内设备鉴定相关标准

从上表可以看出，设备鉴定相关标准主要来自IEEE和IEC，并未形成一个完整体系，且这些鉴定相关标准之间对于鉴定相关要求也不完全统一。

2 设备鉴定适用标准分析

2.1 设备鉴定标准的三层架构

鉴定试验标准应按照三个层次进行选用，主体标准、配套标准/导则、通用标准。主体标准规定设备鉴定的一般过程、程序和方法，并没有对具体鉴定试验有很详细的说明，执行起来存在一定困难。因此需要配套标准或导则，针对某些鉴定试验专题项目展开说明，以从中找到适合自己产品的合适的试验等级及试验指标。这些配套标准是指导性质的，具体试验执行时一般引向了通用标准，例如RG1.180引向了IEC61000-4及IEC61000-6系列。

下面章节就从三个层次分析设备鉴定的适用标准。

2.2 主体标准

美国体系中的IEEE323是核电站1E级电气设备鉴定的通用标准。欧洲体系中主要以IEC60780核电站安全系统电气设备质量鉴定作为1E级鉴定的通用标准。另外法国也提出了以RCC-EB卷为依据的鉴定规范，RCC-E B卷也认可IEC60780的相关要求，其指出，如不按照RC-E要求进行鉴定，则鉴定必须符合IEC60780要求。而德国提出的型式试验标准中KTA3503也提出系统级鉴定应该符合IEC60780要求。我国已将IEC60780转换成GB/T 12727，目前此标准是我国电气设备鉴定顶层标准。

分析比较这几个主体标准的主要内容，可以得到RCC-E B卷中关于电气设备鉴定试验项目上的规定与GB/T 12727 5.4.2中的规定是一致的。从电气设备鉴定试验的主体标准角度来说，执行RCC-E B卷与执行GB/T 12727是一致的、相当的。GB/T 12727与IEEE323及RCC-E B卷中规定鉴定试验内容及鉴定试验可以使用的方法是基本一致，但三者之间重点介绍的内容又有些区别。

虽然GB/T12727是我国电气设备鉴定的主体标准，但RCC-E B卷在中国各压水堆电站系统的设备鉴定中得到了广泛应用，它的相关要求我们也有必要考虑。此外IEEE323作为美国体系中的设备鉴定标准，也越来越受到大家重视，且国际上其他DCS平台的设备鉴定也都参考了该标准。因此在设备鉴定中主体标准的采用上，适宜以GB/T 12727为主，同时也充分考虑IEEE323及RCC-E B卷的相关要求。

2.3 配套标准、导则及通用标准

无论是美国体系还是欧洲体系，都将设备鉴定分成几个阶段，并按照一定的顺序执行。不同的阶段有不同的配套标准和导则及通用标准与之相对应。分析这几个主体标准对于试验阶段的划分，总结出设备鉴定可以按照四个阶段进行：基准试验、环境试验、EMC试验、抗震试验。下面就从这几个方面分别分析各阶段适用的配套标准及指导标准。

2.3.1 基准试验

基准试验对应于GB/T 12727-2002中章节5.4.2中规定的第一组试验中的a）和b）以及RCC-E B卷中的B3200。主要目的是检查设备在正常环境条件下的功能特性，产生基准数据作为后续试验基准。试验包括两部分要求，一是电气接口特性试验，如介电强度试验与绝缘电阻试验。另一部分是功能特性的测试试验。对于第一部分，以及功能特性试验，除了需要依据设备的技术规格书外，按照 GB/T 12727-2002要求，还应参考IEC61298-2中的测试方法。

对于基准试验中的测试环境条件，EJ/T 1197-2007给出了说明。EJ/T 1197前言中明确指出，其作为GB/T 12727的配套标准使用，其章节5.2中指出了基准试验的环境条件应符合GB/T 2421中正常环境条件的规定。RCC-E的B3200也提出了基准功能测试时的正常大气条件要符合MC1330的规定。

依据以上对于基准试验及基准试验环境条件依据的标准分析，得出基准试验应依据的配套标准及通用标准如图4所示：

图4 基准试验依据的配套标准及通用标准

2.3.2 环境试验

对于环境试验，EJ/T1197-2007作为GB/T 12727-2002的配套标准，较为详细地指出了环境试验相关要求，包括正常运行条件下的极限值试验及机械强度试验和/或耐久性试验。同时该标准在附录中指出了运行条件的极限值范围。此外章节5.4规定了应进行的机械强度试验和/或耐久性试验。这些实验应依据的通用标准是GB/T 2423系列。

在NRC的标准体系中，核电站基于计算机的安全相关的仪控系统的鉴定应依据RG1.209。其指出温和环境条件下的环境条件应该考虑温湿和电磁环境，其指出RG1.209中要求的温和环境条件下的温湿环境条件与EPRI TR-107330规定环境条件相当，RG1.209认可EPRI TR-107330。此外TR-107330对于环境试验中的配置及合格判据也给出了一些具体指导， NUREG 0800 SRP7.1-D中也明确指出，其认为EPRI TR-107330适用于评估已经存在PLC系统。

依据以上对于环境试验要求及试验环境条件依据的标准分析，得出环境试验应依据的配套标准及通用标准如图5所示：

图5 环境试验依据的配套标准、导则及通用标准

2.3.3 EMC试验

对于EMC试验，GB/T 12727及RCC-E以及GB/T 12727的配套标准EJ/T 1197都没有给出明确的指导。而NRC标准体系中，RG1.209明确指出，温和环境条件下的环境条件除应该考虑温湿之外，还应该考虑EMC，且按照RG1.180以及TR-102323要求进行。RG1.180及TR-102323认可的通用标准有MIL-STD及IEC61000-4及IEC 61000-6系列。而我国已将IEC61000-4及IEC61000-6系列标准转化成了国家标准GB/T 17626及GB/T 17799系列。此外TR-107330对于EMC试验中的配置及合格判据等要求也给出了一些具体指导，因此关于EMC试验要求应依据的指导标准及通用标准如图6所示：

图6 EMC试验依据的配套标准、导则及通用标准

2.3.4 抗震试验

对于抗震试验，NRC导则RG1.100认可抗震试验通用标准IEEE344。EPRI TR107330-1996作为NRC认可的鉴定试验标准，也提出了鉴定试验应该按照IEEE344要求进行。而我国已将IEC60980转化为GB 13625，然后又将IEEE 344及GB13625进行综合考虑，将其转化为HAF.J0053。此外我国于2011年，在GB13625的基础上，并结合我国电气设备抗震鉴定方面的实践经验，编制了NB/T 20040，作为GB 13625的配套标准。 GB13625、HAF. J0053及NB/T 20040均可用于抗震鉴定试验的通用标准，指导抗震鉴定试验的执行。此外TR-107330对于抗震试验中的配置及合格判据等要求也给出了一些具体指导，关于抗震试验要求应依据的指导标准及通用标准如图7所示：

图7 抗震试验依据的配套标准及通用标准

2.4 结论

依据以上对四个阶段鉴定过程适用的配套标准、指导标准及通用标准的分析，得出数字化I&C系统设备鉴定适用的三层标准架构如图8所示：

图8 设备鉴定依据标准架构

3 结束语

核电发达国家无一不例外的建立了自己完善的设备鉴定标准体系，美国是个很好的例子。我国正在国产化的进程中，仪控系统的核级鉴定是国产化的核心技术之一，而仪控系统的核级鉴定又以鉴定标准体系为依据。长期以来，我国对于设备鉴定应该依据的标准及应该符合的鉴定程序众说纷纭，导致核级鉴定的道路曲折。因此我们应该建立自己的设备鉴定标准体系，统一鉴定要求，与核电发达国家的做法接轨。本文通过对美国标准体系、欧洲标准体系及法国和德国有关仪控系统设备鉴定的核安全法规和标准的分析比较，横向上分别从基准试验、环境试验、EMC试验、抗震试验分析了设备鉴定应该依据的不同层次的标准。纵向上，分别从主体标准、配套标准及导则、通用标准三个层次上分析了设备鉴定应该依据的标准，并结合我国标准的现状提出了设备鉴定应依据的三层标准体系架构。

[1] GB/T 12727 - 2002. 核电厂安全系统电气设备质量鉴定[S].

[2] EJ/T 1197 - 2007. 核电厂安全级电气设备质量鉴定试验方法与环境条件[S].

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[16] IAEA - NS - G - 1. 3 - 2002. Instrumentation and Control Systems Important to Safety in Nuclear Power Plants[S].

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Applicable Equipment Qualification Standards Research of Digital I&C System Important to Safety of Nuclear Power Plants in China

The technology of class 1E digital I&C equipment qualification is one of measures to guarantee safe and economical operation of nuclear power plants (NPPs) and also is one of key technologies to realize autonomy intellectual property rights of digital I&C system in NPPs. Nowadays, there have been two mature standard architectures which are widely adopted in the world. One is from the United States of America, the other is from Europe. Some standards in both architectures have been referred in corresponding national standards, or even totally converted. But there is no complete standard architecture in China, which can guide digital I&C equipment qualification activities according to current situation. Based upon the adopted equipment qualification standards in the design and construction of nuclear power plants in-service and inconstruction in China, this paper will analyze, compare and study the required qualification standards in the architectures mentioned above, and then put forward an applicable standard architecture of equipment qualification for digital I&C system important to safety in China.

Nuclear power plant; Safety; Digital I&C system; Equipment qualification; Standard

孟广国（1969-）,男，高级工程师，现主要从事核电厂安全级保护系统设备测试、验证、鉴定等科研工作。