美法核级电气设备鉴定标准比较

吴 斌

(中广核工程有限公司 设备采购与成套中心，广东 深圳 518124)

0 引言

根据发改能源[2016]2744号印发的《能源发展“十三五”规划》，2020年运行核电装机力争达到5800万千瓦，在建核电装机达到3000万千瓦以上[1]，并且强调：加快堆型整合步伐，稳妥解决堆型多、堆型杂的问题[1]。在目前的在建机组中，二代加CPR1000机组正在收尾，三代EPR、AP1000以及华龙一号等示范项目正在逐渐建成。尽管目前已形成了华龙一号批量化建设的态势，但随着国核一号的开建，以及AP1000一些厂址待建，未来在中国建设的堆型中，其应用的标准仍然主要是法国标准和美国标准。对于核级电气设备的鉴定来说，美国标准主要是IEEE 323和344，法国标准主要是RCCE以及其引用的NF M 64-001。

IEEE 323和IEEE 344是专门针对1E级设备鉴定的标准，而RCC-E内容更为广泛，RCC-E中涉及鉴定的主要是卷A、卷B和卷MC，分别为一般规定和质量要求、鉴定与认可、检查和试验方法。另外，由于RCC-E中较多地引用了NF M 64-001《事故环境下电气设备的鉴定》，因而本文主要将IEEE 323 2003、IEEE 344 2004与RCC-E 1993和RCC-E 2005的卷A、卷B和卷MC以及NF M 64-001 1991进行对比分析；另外，本文仅讨论硬件的鉴定，软件的鉴定不在本文讨论之列。

表1 设备分级比较Table 1 Comparison of equipment classification

1 基础项目比较与分析

1.1 适用范围

在IEEE 323 2003中，对核级（1E级）的定义为“对紧急停堆、安全壳隔离、反应堆堆芯冷却、安全壳和反应堆热量导出或其它对于阻止放射性物质向环境大规模释放非常重要的电气设备和系统的安全等级”[4]。在RCC-E 2005中，对1E级无明确的定义，但在RCC-E 1993中，对1E级的定义为“对紧急停堆、安全壳隔离、紧急反应堆堆芯冷却、反应堆余热导出、反应堆厂房热量导出和阻止放射性物质向环境大规模释放重要的电气系统设备的安全等级”[2]。从这两个定义来看，美国标准和法国标准对1E级设备的定义基本相同。因此，对比这两个标准的异同就有了基础。

1.2 标准架构

IEEE 323 2003包括适用范围、参考文件、定义、设备鉴定准则、鉴定方法、鉴定大纲和文件七部分。作为一个独立的设备鉴定标准，其结构上更为完整。

RCC-E是整个核岛电气设备设计和建造标准，包含的内容较为广泛，其B章节作为设备鉴定标准来说不是特别完整，其它一些要求散见于其它章节，如MC卷“检查和试验方法”等。但RCC-E中对不同分类的设备提供不同的鉴定程序，实际中更易于操作。

1.3 设备分级

在IEEE 323 2003中，将设备的安装环境分为和缓环境（Mild environment）和严酷环境（Harsh environment）。和缓环境是指不会比在电站整个正常运行包括预期的运行事件发生期间的环境条件更为严酷的环境。严酷环境是设计基准事件如冷却剂丧失、高能管道破口和主蒸汽管道破口导致的环境[4]。

在RCC-E中，从设备鉴定角度，将1E级设备分为K1、K2和K3三类，各类设备分类如下：

K1类设备——安装在安全壳内在地震载荷和正常环境、事故环境和/或事故后环境条件下执行特别功能的设备。

K2类设备——安装在安全壳内在正常环境条件和地震载荷下执行特别功能的设备。

表2 试验项目比较Table 2 Comparison of testing items

K3类设备——安装在安全壳外在正常环境条件和地震载荷下执行特别功能的设备[3]。RCC-E 2005从K3类设备中引申出K3 ad类设备。K3 ad类设备也可以用于恶劣的环境条件，如蒸汽和/或辐照环境，但K3 ad类设备仍是安装在安全壳外的。

以上三类设备均有相应的鉴定要求与方法。

IEEE 323和RCC-E中的设备分级基本可按表1对应。

从设备分级来说，RCC-E实际应用上更具可操作性，设备供应商根据该分类更容易针对性地进行鉴定试验。

1.4 鉴定方法

根据IEEE 323 2003的5.1节要求，鉴定方法有4种：型式试验法、经验反馈法、分析法和混合法[4]。

在RCC-E 2005中，设备鉴定有3种方法，即试验法、分析法和混合法[3]，其中分析法包含了根据经验反馈进行的论证。

因此，两种标准的鉴定方法一致。

1.5 试验项目

在IEEE 323-2003中将试验项目分为“正常和非正常服务条件试验”和“设计基准事件条件试验”。“正常和非正常服务条件试验”包括环境压力和温度、相对湿度等，“设计基准事件条件试验”包括高能管道破口、冷却剂丧失事故、主蒸汽管道破口和/或安全停堆地震[4]，IEEE 323中试验项目中未包含基准试验，但在其试验顺序章节中包含了基准功能试验。

RCCE 2005中将鉴定试验项目分为基准试验、极限运行条件下的试验、耐久性试验和/或评价设备性能随时间变化的试验以及模拟事故工况的试验[3]。

两种标准的试验项目对照表如表2所示。

从两种标准的比较来看，RCC-E标准的鉴定试验项目的层次更为清晰实用。IEEE 323中试验项目中层次不是特别清晰，但在其试验顺序章节中划分了一定的层次。

虽然两种标准的鉴定试验项目不完全相同，但实际还是比较接近，一些试验项目是否适用于被鉴定设备，需要具体问题具体分析。

1.6 试验顺序

在IEEE 323-2003中，对试验顺序的原则做出了规定，并提供了具体参考顺序。其规定，型式试验的步骤应将样机在鉴定寿命期内置于导致设备降级最恶劣的情况下进行，所有试验步骤的顺序应在同样的试验样机上进行[4]。

RCCE中未对鉴定试验的顺序做出具体说明，只是要求试验顺序应符合设备的特性。但其内容中基准试验、极限运行条件下的试验、耐久性试验和/或评价设备性能随时间变化的试验以及模拟事故工况的试验基本可以体现出试验顺序。

从总体上说，IEEE 323和RCC-E的鉴定试验顺序基本是一致的。

2 具体试验项目对比

2.1 抗震试验

2.1.1 美标中的抗震试验要求

IEEE 344-2004是专门针对核级设备抗震鉴定的标准，在IEEE 344-2004的8.6中提供了多种抗震试验方法，可分为两类：单频和多频[5]。单频方法包括连续正弦试验、正弦拍波试验、衰减正弦试验、正弦扫波试验。多频方法包括加速度时程试验、随机运动试验、复合运动试验。以上这些测试方法，采用单轴、双轴和三轴试验都是允许的。

2.1.2 法标中的抗震试验要求

RCC-E 2005标准中的抗震试验方法包括：

- 单轴正弦拍波或正弦扫波试验。

- 单轴加速度时程试验。

- 双轴独立加速度时程试验。

RCC-E 2005说明，在特定的鉴定大纲没有规定方法时，推荐采用双轴独立加速度时程试验方法[3]。在没有规格书规定时，可采用通用反应谱进行试验，该反应谱阻尼系数为5%。

2.1.3 抗震试验对比分析

IEEE 344-2004中包含了RCC-E中所有的抗震鉴定试验方法，不同的是RCCE中提供了通用的反应谱，但IEEE中只有试验方法。根据RCC-E，通用反应谱的使用是有条件的，一是技术规格书没有提供反应谱；二是设备刚性连接在土建结构上。因此，对于设备鉴定中的抗震试验，应根据厂址条件、安装位置以及安装方式进行反应谱的计算，然后考虑一定的裕量后得到试验反应谱。如果是已经完成了鉴定试验的设备，在应用前应进行核算以确定是否满足项目的实际需求。最典型的例子是对于安装在管道上的温度传感器，由于管道可能的放大作用，如仅仅按照RCC-E的通用反应谱进行设备鉴定是不够的。

2.2 辐照试验

2.2.1 美标中的辐照试验要求

IEEE 323中辐照试验分为辐照老化试验和事故环境条件试验，试验采用γ源。IEEE 323中未明确给出辐照老化试验的总剂量。辐照事故环境条件试验的总剂量应相对事故总剂量有10%的裕量。

2.2.2 法标中的辐照试验要求

RCC-E电气设备（电气贯穿件除外）辐照老化试验总剂量为250kGy，事故环境条件试验总剂量为600kGy，试验剂量率均为（1±0.5）kGy/h。

2.2.3 辐照试验对比分析

IEEE 323未给出辐照总剂量以及试验剂量率。

RCC-E给出了辐照老化总剂量和试验剂量率，对于安装在核岛内的一般电气设备，该总剂量是完全满足要求的，但对插入主管道的温度传感器，其剂量率最大可达3Gy/h，250kGy的辐照老化试验总剂量等效的寿命只有约9.5年。因此，按RCC-E标准的250kGy的辐照老化试验总剂量进行鉴定试验的该类传感器，在达到辐照老化寿命期时需更换或进行延期论证。

因此，从可操作性来说，RCC-E标准更为方便实用，但对于温度传感器这样安装在大剂量区域的设备来说，完全按照RCC-E给定的剂量进行辐照老化鉴定是不合理的；另外，对于严重事故后需要使用的设备，应根据设备安装位置的剂量对鉴定试验剂量是否满足进行核实。

2.3 LOCA试验

2.3.1 美标中的LOCA试验要求

IEEE 323中对LOCA试验的描述非常简单，没有给出具体的LOCA鉴定曲线。

2.3.2 法标中的LOCA试验要求

RCC-E对LOCA鉴定的具体要求参考NF M64-001，LOCA试验分为8个阶段，如图1所示[6]。

2.3.3 LOCA试验对比分析

法标给出了LOCA试验曲线，易操作，其试验可以覆盖CPR1000和华龙一号项目LOCA情况下的环境条件，但对于采用法标鉴定的设备应用在AP1000等堆型，仍需进行包络性分析。对于采用美标鉴定的设备，一般采用包络具体堆型LOCA/HELB曲线的鉴定曲线进行设备鉴定，其应用在其他堆型时也需进行包络性分析。

3 结束语

1）两种标准有相同的基础与互通性。两种标准对核级设备的定义、鉴定方法和鉴定试验项目基本是一致的。因此，两种标准有相同的基础，具备一定的互通性，按这两种标准鉴定的电气设备在一定程度上是可以互用的。

图1 法标中的LOCA曲线Fig.1 LOCA Profile in french standards

2）RCC-E标准试验顺序、试验方法和试验参数都很明确，可操作性强，特别适合目前中国的国情，不仅作为CPR1000和华龙一号项目的标准使用，也可以作为编制中国通用的设备鉴定标准的重要参考。但由于RCC-E标准不仅仅是设备鉴定标准，包含的内容较为宽泛，因而对于设备鉴定来说，应用RCC-E标准从总体把握上稍差。

3）IEEE 323和IEEE 344标准是针对性的设备鉴定标准，总体把握上较好，而且提供了更多的可选择方法，但该标准更多地从原则上对鉴定要求进行说明。因此，其可操作性上稍差，但其在核实鉴定试验参数的合理性可作为有力的补充和参考文件。

4）对于应用RCC-E标准的堆型，采用按IEEE标准鉴定的设备，应对其进行补充分析，特别情况下应补充进行试验，反之亦然。

5）即使是按RCC-E标准鉴定的设备应用在采用RCC-E标准的堆型上，在一定程度上也要进行厂址适应性分析。