核電廠淘汰品解決方案探討

曾其權(quán)

（中廣核核電運營有限公司，廣東 深圳 518124）

大亞灣核電廠自投產(chǎn)以來，已經(jīng)運行了近20年，核電廠的電氣和儀控設(shè)備已老化，目前存在以下問題：(1)設(shè)備故障多；(2)設(shè)備老舊備件無法采購；(3)設(shè)備功能不能滿足現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求而需要改造。因此，積極開展核電廠的淘汰品管理工作，不斷優(yōu)化淘汰品處理方案，是保證核電廠設(shè)計運行壽命的一項重要工作。

一、淘汰品典型處理方案

淘汰品的典型處理方案有過剩市場采購、特別制造、設(shè)備翻新、物項替代、反向設(shè)計、改造和商品化7種方式。淘汰品處理方案選擇流程見圖1所示。在緊急情況下，應(yīng)同時推進幾種解決方案，以保證最快速地解決淘汰品問題。在非緊急情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮成本最低的解決方案。

在淘汰品處理過程中，安全、可用和成本是必須遵循的3個基本原則。安全是指電廠的核安全必須優(yōu)先得到保證；可用是指保證機組的可用率；在安全和可用的前提下，考慮備件的標(biāo)準(zhǔn)化、減少備件種類和庫存量以降低核電廠的運營成本。

圖1 淘汰品處理方案選擇流程

1.過剩市場采購

過剩市場是指產(chǎn)品雖然已經(jīng)停產(chǎn)，但是在其他電廠、企業(yè)或銷售單位仍然有庫存產(chǎn)品供出售。過剩市場采購?fù)ǔＪ亲羁焖佟⒆罱?jīng)濟的淘汰品解決方案，但是該種方式往往只能解決短期備件問題，除非通過過剩市場可以采購到滿足電廠壽命周期內(nèi)需用的足夠備件。

2.特別制造

特別制造是指制造廠重新進行淘汰品的生產(chǎn)制造，這種情況會導(dǎo)致采購價格過高。為解決電廠長期存在的備件問題，應(yīng)考慮一次性采購足夠數(shù)量的備件，以滿足電廠壽命周期內(nèi)的使用要求。為降低特別制造的采購成本，還應(yīng)考慮與其他電廠或該產(chǎn)品的其他用戶聯(lián)合進行采購。

3.設(shè)備翻新

設(shè)備翻新是指采購貯存足量的設(shè)備上使用的零部件或易損件，及時對設(shè)備進行維護和易損件更換，以保證設(shè)備的可用性。設(shè)備翻新通常用于電子類設(shè)備，如電源或板件等。對大型設(shè)備，如高壓電機、水泵、閥門等進行翻新處理，也是一個較好的解決淘汰品問題的途徑。

4.物項替代

物項替代是指從市場上選用與原始物項功能等效且可以互換安裝的物項來取代原始物項。通常而言，物項替代是一種靈活、便捷且能長期解決淘汰品問題的方法。在物項替代的選型過程中，必須遵循替代物項與原始物項的功能等效、可互換安裝和相容性的原則。對核安全相關(guān)的物項，還必須考慮設(shè)計制造規(guī)范的一致性。

5.反向設(shè)計

反向設(shè)計是指根據(jù)原始物項的技術(shù)參數(shù)和測試結(jié)果，重新設(shè)計功能相同的物項。反向設(shè)計是一個重新設(shè)計和制造的過程，其成本較高。通常而言，反向設(shè)計是在無法進行替代時采用的一種辦法。對原始物項進行復(fù)制的反向設(shè)計，存在侵犯商業(yè)秘密和知識產(chǎn)權(quán)的風(fēng)險。但如果產(chǎn)品設(shè)計已經(jīng)超過專利保護有效期或約束條件允許非贏利的最終用戶解決自身問題時，則該方法面臨的風(fēng)險很小，甚至無風(fēng)險。

6.設(shè)計變更

設(shè)計變更的典型方式就是改造。由于改造過程的復(fù)雜性，以及新引入設(shè)備性能的不確定性和維修經(jīng)驗的匱乏等問題，使改造成為成本最昂貴的淘汰品處理方式。因此，設(shè)計變更通常是解決淘汰品問題的最后手段。

7.商品化

商品化是指把商品級物項通過鑒定后證明其可以應(yīng)用于核安全相關(guān)位置的過程，主要包括2個步驟：(1)通過技術(shù)評估(包括試驗)證明商品級物項的功能、失效模式和關(guān)鍵特性參數(shù)是否能夠滿足核電廠的安全使用需求；(2)根據(jù)客觀證據(jù)證明采購的物項與評估的物項完全一致。技術(shù)評估是分析物項的功能和失效模式，證明商品級物項滿足核電廠的使用要求，把對物項的具體要求轉(zhuǎn)化為詳細(xì)準(zhǔn)確地采購文件的過程。商品級物項的驗收是為了確保所采購的物項滿足技術(shù)評估所指定的采購技術(shù)要求。商品化處理流程見圖2。

二、大亞灣核電廠淘汰品處理案例

1.板件翻新

圖2 商品化流程

電氣儀控板件的使用壽命約為10~15a，而板件上使用的電解電容、光耦等易老化元器件的使用壽命則遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于板件的壽命。由于電子元器件老化失效引起板件的使用壽命降低成為目前存在的現(xiàn)實問題。為維持電廠的備件可用性，進行翻新處理是最經(jīng)濟的一種淘汰品處理方式。需要重點關(guān)注的是，必須嚴(yán)格控制板件翻新質(zhì)量，確保處理后的板件具有較高的可靠性。

以電源板件翻新為例，板件失效的主要原因是電解電容器老化。通過技術(shù)分析，電解電容的使用壽命約為5a，通過更換電容器可延長板件的使用壽命和儲存壽命。從2005年開始，大亞灣核電廠已對庫存電源板件進行了批量翻新處理，處理后使用效果良好。該種處理方式簡單、相對成本低，為電廠備件采購節(jié)約了大量資金。對其他板件，也可通過分析易損件的使用壽期（如光耦、繼電器等），對元器件進行更換，以實現(xiàn)獲取長壽備件的目的。

2.核島電動頭處理

大亞灣核電廠一回路相關(guān)系統(tǒng)使用了近百臺電動頭，主要是BERNARD公司生產(chǎn)的SR系列電動頭。大亞灣核電廠曾多次在進行定期試驗時發(fā)生因SR系列電動頭過負(fù)荷動作導(dǎo)致閥門拒動的故障，成為影響機組安全的潛在隱患。經(jīng)電廠技術(shù)部門分析確認(rèn)，該系列電動頭離合器的行星齒輪容易因磨損導(dǎo)致卡死，離合器存在設(shè)計缺陷。SR50以下的電動頭其力矩傳輸機構(gòu)也存在問題，導(dǎo)致力矩開關(guān)拒動。同時，經(jīng)與BERNARD公司聯(lián)系得知，SR系列產(chǎn)品為BERNARD公司20世紀(jì)80年代兼并的法納烏公司的產(chǎn)品，正在逐步停產(chǎn)，無法繼續(xù)采購。由于這些電動頭均承擔(dān)著核安全相關(guān)功能，其設(shè)計、制造和生產(chǎn)要求很高，因價格昂貴庫存?zhèn)浼苌佟Ｒ虼耍琒R系列電動頭淘汰品的問題亟待解決。

SR系列電動頭失效的主要原因是離合器行星齒輪磨損。從維修角度考慮，采取更換離合器星輪的方式最為快捷經(jīng)濟。但SR系列電動頭面臨停產(chǎn)，且離合器的星輪架采用非圓曲線設(shè)計，加工制造困難。20世紀(jì)90年代，法國BERNARD公司某中國合作伙伴曾嘗試復(fù)制離合器，并委托具有多坐標(biāo)激光測量設(shè)備的機構(gòu)進行測量、繪制。在制造的5臺樣機中有3臺出現(xiàn)間歇性電機轉(zhuǎn)軸抱死現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)離合器磨損，使該部件成了機械傳動的瓶頸。可見，通過特別制造行星齒輪進行維修更換的可靠性不高。更換星輪雖然可以暫時滿足系統(tǒng)運行要求，但是并沒有從根本上解決離合器設(shè)計缺陷問題，電動頭失效風(fēng)險仍然存在。

為了解決SR系列電動頭備件短缺問題，并從根本上杜絕電動頭離合器設(shè)計缺陷，進行物項替代是比較合理的手段。經(jīng)過與合作伙伴法國電力公司（EDF）技術(shù)溝通得知，法國EDF各電廠使用的是LR系列電動頭。經(jīng)與原廠法國BERNARD公司溝通證實，SR系列電動頭的后續(xù)升級產(chǎn)品是ST系列電動頭。ST系列電動頭取消了離合器，使用蝸輪蝸桿自鎖，提高了電動執(zhí)行器運行的穩(wěn)定性，其效率較SR系列有一定程度的提高。最終，物項替代經(jīng)過詳細(xì)技術(shù)論證，采用ST系列電動頭替代了SR系列電動頭。該方案通過了電廠技術(shù)部門和國家核安全局的審查。目前，ST電動頭已在現(xiàn)場安裝了8臺，運行狀況良好。

3.儀控板件仿制

與機械設(shè)備相比較，電氣儀控設(shè)備的更新?lián)Q代周期更短。為避免因單個板件的淘汰給電廠造成巨大的經(jīng)濟損失，進行仿制是對電廠影響最小的淘汰品解決方案。

仿制是反向設(shè)計的一種。是指新物項采用相同或相近的原材料實現(xiàn)原功能的方法。如果采用新設(shè)計實現(xiàn)原功能，實現(xiàn)手段不具有相似性，這種方法則不屬于仿制，但屬于反向設(shè)計。仿制手段可能有侵犯知識產(chǎn)權(quán)的風(fēng)險，必須在確保安全的前提下謹(jǐn)慎使用。通常，如果原產(chǎn)品的專利保護期過期，或因原制造廠倒閉、停產(chǎn)、淘汰等因素造成無法采購的，最終用戶為了解決自身問題而進行的非贏利仿制，不會對原制造廠造成經(jīng)濟損失，不存在侵犯知識產(chǎn)權(quán)的風(fēng)險。如果原制造廠仍然生產(chǎn)某產(chǎn)品，且在知識產(chǎn)權(quán)有效保護期內(nèi)，核電廠僅僅為了降低成本而進行仿制，則存在侵犯知識產(chǎn)權(quán)的風(fēng)險，應(yīng)杜絕該類備件的仿制工作。

大亞灣核電廠運行多年以來，部分備件因廠家倒閉、停產(chǎn)或淘汰等因素?zé)o法采購，面臨無備件更換的情況。考慮到原廠已經(jīng)不再生產(chǎn)這些備件，從解決電廠自身備件問題的角度出發(fā)，大亞灣核電廠近年已經(jīng)陸續(xù)開展了小部分板件的國產(chǎn)化仿制工作，并取得了不錯的成果。大亞灣核電廠板件仿制流程分為3個階段：可行性研究、試制和實驗及批量生產(chǎn)（圖3）。首先，對板件的國產(chǎn)化仿制進行技術(shù)可行性分析和經(jīng)濟成本分析調(diào)研，給出仿制可行性分析報告。然后，根據(jù)板件的可行性研究報告，委托協(xié)作廠家進行板件的小批量試制及實驗。對核級備件而言，實驗階段尤為重要，核級鑒定試驗必須在該階段完成，鑒定試驗大綱和試驗結(jié)果都必須獲得國家核安全局的批準(zhǔn)或認(rèn)可。通常，仿制的板件還必須通過現(xiàn)場安裝和測試達到試驗驗收的目的。在證明仿制的板件與預(yù)期功能完全相符后，進入產(chǎn)品的正式采購過程，廠家進行批量生產(chǎn)。

圖3 板件國產(chǎn)化仿制流程

4.核級斷路器的鑒定

大亞灣核電廠直流系統(tǒng)和220VAC不間斷系統(tǒng)使用了某公司生產(chǎn)的核級斷路器，由于采購渠道不暢，面臨核級斷路器無備件更換的情況。整盤改造是比較徹底解決該問題的方法。但將電廠所有核級配電盤進行改造，其設(shè)計、采購成本高和施工周期長都是運營電廠難以接受的重要因素。對商品級產(chǎn)品進行設(shè)備鑒定是對電廠影響較小的解決方案，且成本較低。

美國核電廠自1975年開始已經(jīng)陸續(xù)通過商品化途徑，解決了大量核級電儀備件淘汰品問題。在美國核電廠，商品化是一個常用的解決方案。目前，大亞灣核電廠正在嘗試借鑒美國的經(jīng)驗，通過采購商品級產(chǎn)品，補充進行電氣性能試驗和地震試驗以驗證商品級產(chǎn)品是否滿足核安全要求。如果試驗證明商品級產(chǎn)品滿足核安全要求，那么與實驗樣本相同設(shè)計和制造的商品級斷路器就可以直接作為核級產(chǎn)品使用。由于相同系列的商品級和核級斷路器在電氣特性、尺寸和安裝方面具有高度的相似性，因此應(yīng)用于電廠時不需要進行任何改動，對電廠的正常維修和運行影響可降低到最小程度。

三、結(jié)語

在整個核電廠運行壽命周期內(nèi)，會遇到各種各樣的淘汰品問題。在處理這些具體淘汰品問題時，可以參考本文探討的方法，并結(jié)合現(xiàn)場需求和不同淘汰品的特點，進行綜合判斷后再決定解決方案。另外，淘汰品處理是所有運營核電廠面臨的共同問題，建立共享資源、共享解決方案的平臺有利于每個核電廠加強淘汰品管理的計劃性和前瞻性，從而實現(xiàn)核電廠長期安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。

[1]INPO.Nuclear Utility Obsolescence Program Guideline,NX-1037[R].America:INPO,2003.