核電站1E級機柜集成要點

沈玉慧

（上海福克斯波羅有限公司，上海 201401）

0 引言

能源緊張、全球變暖，兩大因素日益加劇，世界各國逐漸將目光投向高效、清潔的能源——核電。由于資源消耗少、環境影響小、供應能力強等優點，核電開始被越來越多的國家所重視，逐漸成為與火電、水電并稱的世界三大電力供應支柱。2007年10月，國務院正式批準了國家發展和改革委員會遞交的《核電中長期發展規劃（2005~2020年）》，規劃指出我國核電的發展目標是：到2020年，核電運行裝機容量爭取達到4000萬千瓦，并有1800萬千瓦在建項目結轉到2020年以后續建。核電占全部電力裝機容量的比重將從現在的不到2%提高到4%，核電年發電量達到2600~2800億千瓦時。政府部門加大了對核電發展和核能行業的宏觀調控與政策指導，核電行業進入快速發展、規模發展、多元發展的新階段[1]。

1 安全級1E機柜簡介

核電廠安全級別的設備，通常稱之為1E級設備，美國電氣與電子工程師協會（IEEE-384），是這樣描述的：執行緊急停堆、安全殼隔離、緊急堆芯冷卻、反應堆余熱和建筑物熱量導出，以及防止放射性物質向周圍環境釋放等功能的儀控電設備為1E核安全級設備[2]。

核電1E機架、機柜或機箱，是屬于保證核電站安全可靠運行的核安全電氣設備，它們安裝在核島或者常規島內，在正常環境，甚至地震載荷環境，或者LOCA環境下，都必須能夠正常運行，保證其原有的功能特性，完成對各種儀表、電氣設備的供電，信號的連接或擴展，接受來自就地檢測儀器的開關量、模擬量信號，并通過設備上的控制模塊，向執行機構發出控制信號，或者向報警裝置發出報警信號等。

正在建設中的方家山核電站#1、#2機組、福建福清核電站#1~#4機組、海南昌江核電站#1、#2機組，這3個核電項目共8套機組的I&C系統采用了數字化分散控制系統（簡稱DCS系統），該DCS系統選用了由英維思公司設計的Tricon控制系統作為核安全級儀控系統。下面以該核安全級儀控系統——Tricon系統的Tricon柜、PLM柜和Isolator柜的集成為例，闡述核電1E機柜在集成過程中，對人員、材料、工具、過程、檢驗等方面的特殊要求。

2 核電1E機柜集成要點

2.1 核電項目參與人員的培訓和資質認定

程序文件規定，所有參與核電1E機架、機柜或機箱集成的工作人員，包括：集成項目主管、集成項目工程師、質量檢驗人員、結構安裝人員、元器件安裝人員、接線員、力矩檢驗員等，在上崗工作之前，必須經過指導和培訓，并確保已擁有相關資質，才可以參與核電機架、機柜和元器件的成套工作。各類人員至少需包含以下幾個方面的指導和培訓，并獲得必須的合格證書。

1）PPM5.2,核電機架機柜集成手冊。本手冊為支持核電項目集成的各類人員提供了機架、機柜，以及其他與安全有關的產品，從材料接受到裝配集成所必需的步驟記錄。

2）QMS3.14.2, 根據美國聯邦法規第10卷（Title 10 of the US Code of Federal Regulations, 10CFR*）第21部分編制，是針對有缺陷和不符合項的報告。

3）QPM12.0, 測量測試設備的校準。

4）壓接工具和剝線工具的掌握及熟練使用。

5） 福克斯波羅盤柜質量標準，系列5002，5003，5005，5007和5008，這是質量保證的主控點。

6）PPM13.0，操作、儲存和運輸的第4.4節，防靜電設備的配置。

7）若有必要，需由生產廠家提供與安全有關的設備的安裝或使用指導。

程序文件工藝人員的資質證書一節規定：集成項目主管在準備集成人員的資質、進行工作任務分配和必要指導方面負有職責，對各類工種集成人員應該提供或者安排必須的指導和培訓，并詳備指導和培訓記錄。在培訓和指導結束后，合格的人員才可被賦予資質，進行核電機架機柜和元器件的集成工作。

2.2 集成材料的接受和管理

用于核電1E機柜集成的所有材料都必需被貼上標識，且被隔離存放，以免被用于其他項目。標識上詳細注明：SAP號、PN號和序列號等。這樣，通過查閱被采購的材料的SAP號，就可比較容易地追溯到它的采購訂單。核電集成工作人員可以在材料本身上、包裝上，以及所附的圖紙或文件中找到這些標識內容。

當材料到貨時，核電項目經理指派一位有核電資質的檢驗員對照采購合同、包裝清單檢查所有收到的采購材料，核實材料的圖號、描述、數量、一致性證明文件，以及測試文件（如果有）等。當檢驗員完成了接受檢查工作，他需簽署《接受檢查表》。然后，這些材料才可以被分配到裝配和集成工段。

一旦發現不合格品，該不合格品必須被隔離到一個清晰的標識區域，并添加特殊標識，以避免被不小心使用。發現的任何不合格品，檢驗員應該開具不合格項報告（NCR）給項目經理，由項目經理決定能否使用或其他處理方式。

粘合劑材料和電池屬于壽命材料，需被特殊標識，并且在其包裝外殼上注明使用期限。壽命材料一旦超過了使用期限，就不能再被使用。另外，電池應僅在設備測試之前安裝在設備上，在設備運輸之前必須取出。

每只機柜內配有一份《核電安全材料序列號清單》如表1 所示，當集成人員在安裝結構件或裝配元器件到機柜時，需先檢查被安裝材料的標識，若有序列號或生產批號，必須按表1要求逐一登記好被安裝材料的PN號、描述、生產廠家/供應商、安裝位號、產品序列號等，然后再進行裝配。《核電安全材料序列號清單》將被保存于每只機柜的文檔資料中。

2.3 測試設備和集成工具

用于核電機柜安裝和集成的工具、設備等必須受控，需在指定的時間進行校驗和調準，使設備保持在必須的精度范圍內。集成項目各階段的測量設備和工具包括：十進位箱、萬用表、力矩扳手、壓接工具和測量儀器等。大多數的設備和工具在采購的時候，也同時包含了維修和校準服務。這些設備的供應商將遵循美國國家標準和技術研究所（NIST）的要求，在文件中注明測試設備的校準的頻率和接受標準等。集成過程中使用到的所有工具和設備，以及供應商校準報告的副本等，由核電項目支持人員保管，并保持維護。

當進行集成相關工作的時候，集成人員到核電項目支持人員處借取，而后歸還該工具和設備，并在“設備登記表”上簽署姓名和借還日期。核電項目支持人員應該引導借用者在借用設備和工具時簽署姓名，填寫用在哪一個核電項目中，而且確保當收到歸還設備時，該設備是被完整放置好的。集成人員借到工具，應先檢查一下黏貼于儀表上的標簽，確認是否在表明的校驗有效范圍內。當測試設備和工具的某一項被懷疑有不正當的操作時，應當立即停止使用，使用者應立即報告核電項目支持人員，然后換取合適的替代品。在使用任何設備和工具的時候，使用者應該確保該工具是被正確地使用的。

表1 核電安全材料序列號清單Table 1 A nuclear safety material serial number list

表2 測量測試設備工具表Table 2 Measuring tool table testing equipment

表3 機柜集成狀態表Table 3 Cabinet integration status table

任何用于核電項目機架機柜安裝和成套的測試工具和設備將被記錄在相關的過程控制手冊提供頁中。核電項目成套人員在使用標準的設備和工具之前，必須先檢查過程控制手冊，將相關信息登記在《測量測試設備工具表》如表2所示，每只機柜一份，詳細記錄工具的名稱、型號、序列號、校準起止時間和驗證人員姓名。

2.4 集成過程

機柜集成工作開始前，項目經理簽署預生產確認文件，釋放機架機柜以及其他成套材料；核電項目支持人員檢查待發放的圖紙和文件包，列出集成每只機柜所要完成的工作，或者展示過程控制指導書上的條目；核電項目支持人員將機柜圖紙、文件包與機架機柜一起，交付給機柜成套項目組，成套項目主管或者工程師將瀏覽圖紙和文件資料是否完善，并注意當前圖紙的版本號。

機柜集成工作開始了，機架機柜由合格的機柜集成人員按照由項目組提供的被批準的技術規范系統圖紙進行組裝和集成，并遵循福克斯波羅盤柜工作質量標準和其他核電規范文件。核電項目成套人員從開始的每項工作開始，必須嚴格按照作業指導書的要求，當某項工作結束時，在如表3所示，登記此項活動作業的完成時間并注明完成人員。

當前使用的由項目組提供的圖紙文件包，保存于每只機柜中，供集成和測試時使用。但在后續的工作中，項目組可能會不斷更新圖紙的版本，項目經理也會根據項目團隊的進展和需求，不斷更新和補充文件包，成套團隊的工程師或相關人員要注意保管好資料文件，也需要注意防止作廢的圖紙和文件被無意使用。

當圖紙進行工作拷貝的時候，圖紙上帶有“工作拷貝”字樣的標記，并且帶有指定項目經理或工程師的署名。系統圖紙一旦有修改，集成將按照新的圖紙要求重新進行，過程控制指導書也會更新并記錄文件的修改。總之，整個集成過程，要以時間為順序，詳細記錄下來，保持集成過程的可追溯性。文件記錄、機柜集成狀態表以及過程控制指導書等文件將一起將由機柜集成團隊保管，直到機柜成套工作完成，與機柜一起交付給項目組。

2.5 檢驗

2.5.1 力矩檢驗

在機柜的安裝集成過程中，當每個結構件、安裝板、DIN導軌、金屬走線槽，或者元器件等安裝到機柜中后，力矩檢驗人員都需要對其相應的安裝螺絲進行力矩檢驗，并填寫好每份元器件的《力矩檢驗表》如表4所示；當所有的接線工作完成后，同樣也需要對每只連接導線到接線端子的固定螺絲進行力矩檢驗；《力矩檢驗表》中，需要完整填寫以下信息：力矩扳手的序列號和校準起止時間、螺釘力矩值、兩名力矩檢驗人員的簽名和日期。《力矩檢驗表》是根據被安裝的設備或元器件而單獨制定的，被安裝設備不同，或被安裝的緊固件不同，就會有不相同的《力矩檢驗表》，例如：表4是機柜后面安裝板上8根2”X2”金屬線槽的力矩檢驗表，每根金屬線槽有3只螺絲固定，參考力矩值：6.8Nm～9.0Nm。力矩檢驗人員根據力矩檢驗表，用力矩扳手逐一檢驗機柜內所有的緊固件，一方面可以確保緊固件無缺漏，另外還可保證緊固件的扭矩到位。

表4 力矩檢驗表Table 4 Torque test table

2.5.2 接線過程檢驗

在開始進行每個新的項目前，機柜集成團隊主管需要對接線人員安排如下的培訓和指導，并檢驗制作的導線符合規范：先演示壓接和剝線工具的正確使用方法以及指導怎樣為不同尺寸的導線選擇正確的工具；指導完畢，每名接線人員將有根據項目圖紙文件中列舉的不同線徑的導線做3次樣品的機會；這些樣品將根據福克斯波羅盤柜質量標準，第5005部分，章節6.1.9.1進行拉力試驗。拉力試驗值通過標準，方可進行接線工作。

當接線工作進行到大約33%、66%和100%的時候，機柜集成團隊主管也會要求對導線的壓接進行額外的外觀檢查，并做“拉力測試”。上述的檢驗必須記錄于過程控制指導書中，而且檢驗員必須對每項檢驗的開始和結束，簽署姓名和日期。

2.5.3 最終檢驗

最終的檢驗由獨立的質量部門完成。當機架機柜或項目完成集成工作，可以準備檢驗的時候，項目經理將會通知質量部門，讓其委派有資質的核電檢驗員來履行檢驗工作。

檢查員會驗查機架機柜及每個元件，以確保：

1）與現有圖紙完全相一致。

2）完全滿足項目的需要。

3）與福克斯波羅盤柜工作質量標準相符合。任何不符合項，將會被記錄在質量檢查表中，或者根據情況對此不符合項開NCR（不符合項報告）。機架機柜集成團隊再根據每只機柜反饋來的質量檢驗表，重新核對安裝或接線，修正不符合項，從而達到并滿足了以上3點要求，才可關閉質量檢查表中的不符合項。

成套檢驗完成，檢驗員將簽署最終的批準文件在過程控制指導書上，以釋放機架機柜和元器件等，允許進行測試步驟。

3 結束語

核電1E級機柜，裝載著有核電廠“中樞神經”“安全衛士”之稱的控制系統組件、模塊及其他重要元器件，是屬于保證核電站安全可靠運行的安全級設備，它的正確安裝、合理集成、可靠運行，對核電項目的安全至關重要。以上幾點核電1E機柜集成要點的分析，是源于方、福、海3個核電項目1E機柜集成過程的體會，希望對核電機柜集成工藝的規范化有幫助。

[1]張家倍,馬琳偉,魯紅權,等.核電運行技術支持[M].上海:上海科學技術出版社,2012.

[2]IEEE 384-1992,核電廠安全級電氣設備和電路獨立性準則[S].