电仪设备EQML的筛选方法研究

刘 华，游 洲，刘亚男，刘飞洋，王 伟，欧阳宏志，王新林

（1.南华大学电气工程学院，湖南 衡阳 421001；2.中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术国家级重点实验室，成都 610041）

环境鉴定是设备鉴定的主要内容之一，是验证设备在正常与事故环境条件下的性能[1]。依据已有运行经验，电仪设备异常导致的自动或强迫停堆检修事件屡有发生，运行许可证延续（OLE）非常关注电仪设备的正常运行[2]。进行OLE必须开展电仪设备的环境鉴定（EQ）管理活动，确保处于严酷环境中的电仪设备在受到服役期间的老化影响后，仍具有在严酷环境中实现其预期功能的能力。鉴于上述原因和工程背景，在执照更新中，选取对核电厂安全运行有影响的电仪设备，形成环境鉴定电仪设备清单，作为环境鉴定时限老化分析（TLAA）的对象，需要开展设备鉴定物项清单（EQML）筛选方法研究。

1 电仪设备筛选的背景

1.1 电仪设备简介

本文涉及的电仪设备是指安全重要且处于严酷环境下的电仪设备，该类设备通常可分为3类：①安全相关的电仪设备；②非安全相关的电仪设备，但其失效能够影响安全相关电仪设备实现其预期功能；③事故后监测设备。严酷环境是指核电厂假想的设计基准事故和事故后工况下的预期环境，如由安全壳内的失水事故、主蒸汽管道破裂和高能管道破裂工况，安全壳外的高能管道破裂，或失水事故后工况引起的预期环境。

EQML指核电厂许可证持有者制定的需要环境鉴定的电气设备清单。基于TLAA的EQML电仪设备筛选是基于电厂的执照更新和整体电厂评估来实施开展的。电仪设备EQML的筛选方法存在差异，各有特点和侧重。

1.2 电仪设备筛选方法和程序的定位

按 照 导 则NEI95-10[3]、NUREG 1800[4]章 节4.4及NUREG1801[5]章节VI.B，电气设备的环境鉴定是TLAA要考虑的组成部分，并应按照10CFR50.49进行。特别的，根据10CFR50.49(c)所述的环境鉴定不包括电气设备的动态和抗震鉴定以及和缓环境下的环境鉴定。通常考虑的对象为电气设备中的有机聚合物及金属材料（NUREG1801 VI.B），通常的条件包括冷却剂丧失事故LOCA、高能管道破裂HLB以及LOCA后的环境（如高热、辐照、氧化、潮湿等恶劣环境）。因此，对于和缓环境下的电气设备，如无显著的老化机理，无需确定鉴定寿命。在这种情况下，无需开展复杂的TLAA分析，按照电厂正常的试验维护程序进行管理即可。

电仪设备筛选方法、程序，可以从下面几个方面进行定位：

1）实际电厂角度：筛选方法和程序应该与每个核电厂的实际情况结合起来，体现一定的灵活性和适应性。

2）项目实践角度：电仪设备筛选方法和程序应该在尊重老化管理审查框架的基础上，还要注重效率，适当优化，减少人力、物力的占用和消耗。筛选方法和程序应该体现出一定的EQML筛选收敛性。

3）工程学科角度：不同类型的设备或设备组，筛选方法和程序应该充分考虑这些设备的物理特点、环境特点、运行特点等。筛选方法和程序应该体现EQML的电仪设备对应性。

4）老化管理审查角度：EQML筛选方法和程序应该与仪控电设备老化管理的设备筛选方法具备承接特性和一致性。国外已有执照更新体系的角度：从宏观角度，对国际原子能组织IAEA、法国、美国等主要技术体系的兼收并蓄，各取所长。IAEA长周期运行，基于全生命周期的老化管理，内容的系统性好；法国开展每10年的定期安全审查PSR；美国的执照更新，在核电厂40年运行基础上再延长20年；从操作和细节角度，美国执照更新体系的电仪设备环境鉴定和TLAA可操作性强，依据具体、明确的筛选准则，评估和审查的流程简洁，逻辑清晰。因此，筛选方法和流程可以遵循美国的体系为主，IAEA的作为辅助参考。

1.3 老化管理的设备筛选方法

核电厂取得执照更新，EQML筛选需要充分结合已有的老化管理审查中使用的筛选方法和结论，从而使审查耗费的调查、时间和人力并不像预期那么多。

电站空间方法是执行电站范围老化管理审查的一种方法。一些电厂将这种方法作为筛选和筛除程序的一部分。在筛选过程中，除特别筛除的电缆外，所有电缆都被认为在筛选范围内。在电厂规定的大范围（比如反应堆厂房、进水建筑物等）内，比较部件材料的老化特性与运行环境下的理论老化特性，以判定这些区域的材料是否提前老化。

边界方法学，也是执行电站范围老化管理审查的一种方法。初步筛选范围主要包括所有的电站系统，进一步的筛选（扩展功能筛选）在筛选阶段进行。从电厂电气部件中筛选出非能动和长寿命部件，然后从留下的电气设备组中进行再筛选（延伸功能筛选）。这些是通过采用类似电站空间方法对绝缘电缆和连接件进行审查来实现的。

1.4 考虑设备特性的电仪设备筛选

电仪设备筛选不同于机械设备的筛选。因为电气和机械部件存在着一个基本区别是大多数电气部件是非能动的而被筛除在整体电厂评估范围外，另一个主要区别是机械部件的内环境比外环境老化迹象明显。而电气部件正好相反，其外环境通常老化的迹象即环境恶化的程度更明显。例如，核电厂最大的电气设备组——电缆和连接件在普通的电厂区域都有分布。在同一区域的电缆和连接件暴露在相同的外部环境中。

2 电仪设备筛选方法探讨

2.1 系统边界筛选方法

系统边界筛选方法的基本出发点是电厂里的所有电气和仪控系统都包含在执照更新范围内。系统边界筛选方法的范围是最宽的，即电厂里的全部电气和仪控系统[6]。

一般来说，系统边界筛选方法默认的结论是所有的电气和仪控系统都属于执照更新范围，这体现了一种用于电气系统整体电厂评估的方法。这与机械系统和构筑物筛选的常规方法不同。由于该方法的筛选范围过于宽泛，所以时间消耗大，效率低，操作起来不方便。

2.2 系统级预期功能筛选方法

系统级预期功能筛选方法具有较好的适应性和灵活性。不同于系统边界筛选方法，系统级预期功能筛选的范围缩小了，只在具有执照更新预期功能的系统中筛选即可。出发点可以说是基于执照更新预期功能为导向，这种方法需要鉴别和标识部件或部件类型。系统级预期功能筛选方法体现了做减法和层次性的思想，筛选的效率提高了。第一个层次的筛选和做减法：不具有执照更新预期功能的系统，就被筛除，不作为EQML集合里的系统或设备；第二个层次的筛选和做减法：非能动部件和长寿命部件因为不是老化管理审查的对象，被筛除出去，不作为EQML集合里的设备。采用这种方法，可以在筛选过程中，有效率地排除核电厂空间内任何没有执照更新预期功能设备的区域，还能逻辑清晰地排除能动部件和短寿命部件，从而节省人力物力，提高筛选效率。

2.3 全系统和部件筛选方法

全系统和部件筛选方法依据美国联邦法规§54.4中的标准，对相应系统中的电气系统和部件进行细粒度的筛选，包括每一根绝缘电缆。§54.4涉及的筛选很宽泛，这种方法收敛性不好，EQML的结果过于庞杂，还需要依赖电缆数据库。这种方法花费大，收益低，不建议使用[7]。

3 EQML筛选过程的考虑因素

EQML的筛选，是一个严谨的过程。筛选过程是与筛选方法紧密结合的。

1）最优筛选

电仪设备的EQML筛选实施过程中，最优的筛选方法和程序没有绝对固定的衡量标准，有很多考虑因素，例如核电厂的现行执照基准（CLB）、实际运行经验、其他核电厂运行经验反馈以及核电厂现有的工程评估结果。在某个核电厂最优筛选可能意味着筛选留下的部件数量最小，在另一个核电厂最优筛选可能意味着筛选需要花费的时间和人力最少。

2）筛选结果的数量比例

非能动和长寿命部件的筛除，使老化管理审查删除了大部分电气部件。例如，非能动部件筛除，使NEI 95-10附录B中90%以上的电气设备组没进入EQML。

3）筛选的粒度

筛选的粒度即筛选的精细程度。§54.4中的筛选规程没有规定具体细化的筛选行为，而是提供了确定部件或系统是否属于审查范围的判断标准。基于筛选准则，可操作性强。

4）筛选的时间点

一般来说，筛选可以在任何时候执行。对于绝缘电缆和连接件，如果将筛选推迟到AMR末尾的时间段，可以限制筛选次数。采用边界方法时，筛选时间点可以是在役检查期间（执照更新申请提交后）或老化管理大纲的实施执行期间。任何时候都可能出现部件不符合§54.4筛选标准的情况，鉴于执照更新要求的考虑，可以将其删除。这为筛选程序提供了灵活性和机动性，而又不会增加过多工作量。

4 筛选方法的应用

系统级预期功能筛选作为美国核电厂许可证更新工作中的电仪设备筛选方法，具有可操作性强的优点，同时具备时间和效率优势。多个运行核电厂均采用此方法，例如美国的Palisades核电厂、Point Beach核电厂、Oconee 核电厂、ANO-1核电厂等。结合国内运行许可证延续工作的开展和实践，筛选方法和筛选过程的操作与美国核电厂的系统级预期功能筛选方法一致。

4.1 对电仪设备系统级筛选

筛选需识别各电仪系统所执行的功能。根据10CFR54.4(a)，属于许可证延续考虑范围内的系统的3条具体筛选判定准则如下：

1）筛选准则1：安全有关的系统、设备和部件

即系统在设计基准事故中和事故后需承担或者支持以下功能：保持反应堆冷却剂压力边界的完整性，保持停堆和维持停堆状态的能力，防止放射性外泄事件或缓解外泄事件的后果，具体以CLB为准（10CFR54.4(a)(1)）。

2）筛选准则2：不执行安全功能的系统

不执行安全功能的系统，但系统的失效会影响准则1对安全有关系统执行其安全功能（10CFR54.4(a)(2)）。

3）筛选准则3：安全分析或电厂评估中依靠其功能，从而满足防火（10CFR50.48）、环境鉴定（10CFR50.49）、承压热冲击（10CFRS0.61）、未能紧急停堆的预期瞬态（ATWS）（1OCFR50.62），和全厂断电（10CFR50.63）等功能的构筑物、系统和部件10CFR54.4(a)(3)。

针对每个电仪系统，根据上述3条筛选准则进行分析和筛选，对于筛选出来的系统，以表的形式进行汇总统计，具体见表1。

表1 系统级筛选清单（示例）Table 1 System-level screening list (example)

4.2 设备和部件筛选

在上述系统级筛选的基础上，进一步确定需进行时限老化分析的设备和部件，筛选出需要时限老化分析的设备清单。根据10CFR54.3和NEI95-10的要求，筛选出的设备和部件必须完全满足下述6条具体判定准则和有关CLB的鉴定要求：

1）在3.5.1系统级筛选的范围内。

2）涉及老化效应的计算和分析，如材料损失、韧性降低、预应力降低、沉降、开裂、绝缘性能降低等。

3）目标期限为当前许可证年限，即30年。

4）电厂确定的与安全决策相关的计算和分析。

5）经3.5.1筛选出的电仪设备需执行预期功能，该设备和部件应能支撑上述功能或提供与结论依据相关的计算和分析。

6）CLB所包含或引用的计算和分析，分析结果以参考文件的形式纳入CLB。

筛选和判定的逻辑：

上述6条准则，电仪系统及其设备只要有一条不满足，就不进入筛选范围，即不考虑TLAA；电仪系统及其设备必须6条准则全部满足，才进入筛选，接下来开展TLAA分析。根据上述要求和CLB，筛选出需要满足设备鉴定要求的电仪设备完整清单，筛选最终结果详见表2。

表2 需要时限老化分析的设备清单（示例）Table 2 List of equipment requiring time-bound aging analysis (example)

5 总结

本文介绍电仪设备的宏观范围、筛选的意义和工程背景，分析了系统边界筛选方法、系统级预期功能筛选方法、全系统和部件筛选方法；其次，探讨了EQML筛选过程的考虑因素；最后，给出了一个适合国内运行核电厂的电仪设备EQML筛选方法和筛选过程，以及应用筛选方法后的筛选结果示例。通过电仪设备EQML筛选方法研究，从理论角度为运行核电厂的许可证延续提供方法支撑，助力国内运行核电厂的延寿实践，积极推动和保障核电厂的安全运行，为国家的核能发展和双碳目标贡献力量。