臺山EPR核電廠設備鑒定概述

殷 勇，王 超，朱 賀

（中廣核研究院有限公司，廣東深圳 518124）

臺山EPR核電廠設備鑒定概述

殷 勇，王 超，朱 賀

（中廣核研究院有限公司，廣東深圳 518124）

臺山EPR核電廠作為三代先進核電機組建立了完善的設備鑒定體系，制定了適合的鑒定策略，大大縮減了不必要的鑒定工作；建立了完整的鑒定文件體系，并引入了鑒定維持的概念，通過鑒定維持單的形式來保障設備在運行階段的鑒定合格狀態；合理確定鑒定工況條件種類及數量，保障了鑒定執行的可行性；首次將設備鑒定運用到嚴重事故階段，實現了對嚴重事故下設備可用性的可靠保障。

臺山核電廠；設備鑒定；EPR機組

臺山核電廠一期工程引進歐洲先進壓水堆（European Pressurized Reactor，簡稱EPR）機組，該機組是能夠滿足新安全法規要求和更高經濟性要求的新一代改進型壓水堆，屬于第三代壓水堆技術，其充分吸收了法國和德國核電廠的設計、建造和運行經驗［1］，傳承了壓水堆的關鍵技術，并采用高可靠性的專用安全設施，最大限度地降低了風險，盡可能將其對環境的放射性影響降至最低［2］。歐洲先進壓水堆機組增加了安全系統的冗余設置［3］，并采用了隔離準則和多樣性原理來確保核電廠 “單一事故準則”這一重要安全基石［4］。而設備鑒定是按照冗余性和多樣性設計的核安全重要設備不發生共模故障失效的有力保障［5］。本文通過設備鑒定范圍［6］、基本鑒定策略、鑒定要求的確定［7］、鑒定的執行程序以及臺山核電廠設備鑒定的特點等幾個方面，闡述了臺山EPR核電廠設備鑒定的基本概況［8］。

1　設備鑒定范圍

設備鑒定的目的是為了驗證核安全相關設備在其設計壽期內，在正常工況及事故工況產生的環境條件下，能夠執行其安全功能［9］。而這種驗證是通過對有限數量的工況驗證來完成的，對于臺山EPR核電廠，設備鑒定需要驗證的工況條件有以下幾個［10］：

（1）設計基準工況：DBC 1-4；

（2）復雜事故序列：DEC-A；

（3）嚴重事故：DEC-B；

（4）反應堆主冷卻劑管道雙端剪切斷裂（2A-LOCA）；

（5）安全殼內主蒸汽管道雙端剪切斷裂（2A-MSLB）。

雖然2A-LOCA、2A-MSLB已不再作為臺山EPR核電廠的設計基準事故進行考慮，但在設備鑒定中通常還將其作為主要的工況條件進行考慮。在上述各工況中，執行安全功能的系統在運行時所需設備都需要進行設備鑒定。為了便于識別需要進行鑒定的設備，可以通過以下條件進行判斷。當同時滿足三個條件時，則該設備需要進行設備鑒定。

條件一：核安全相關設備 （F1、F2級）；

條件二：能動設備 （包括能動機械、電氣及儀控設備）；

條件三：需要在地震工況或事故環境條件下執行功能的設備。

2　設備鑒定策略

在臺山EPR核電廠建造開始之前，歐洲已有在建的EPR核電機組，如芬蘭奧爾基洛托3號核電站 （OL3），法國的弗拉蒙威爾3號核電站（FA3）。為了充分利用已有設備鑒定結果，避免重復鑒定，針對臺山EPR核電廠制定了新的鑒定策略。在臺山EPR核電廠的設備鑒定中，將需要鑒定的設備劃分為一致、擴展和全新三個類別，針對不同類別的設備采用不同的鑒定策略。

（1）“一致”類設備：這類設備的鑒定已適用，因此該類設備會直接引用參考核電廠的鑒定結論；

（2）“擴展”類設備：這類設備由于鑒定條件的不完全一致、設備設計進行了部分變更等原因，導致其在參考核電廠的鑒定結果只有部分可以應用于臺山EPR核電廠，因此這類設備在引用參考核電廠鑒定結果的同時，還需要進行額外的分析論證；

（3）“全新”類設備：這類設備由于進行了重大設計變更或參考核電廠沒有進行過鑒定或參考核電廠的鑒定不能包絡臺山EPR核電廠要求，因此這類設備需要進行部分或全部的鑒定。

3　鑒定文件體系

臺山EPR核電廠的鑒定策略將設備分成了一致類、擴展類和全新類三種，針對不同類別的設備需要編制的文件也存在一定差別，對于一致類、擴展類設備會引用參考核電廠的鑒定結論，需要制定鑒定大綱、鑒定評估報告和鑒定維持單三種文件；對于全新類設備則需按照RCC-E［11］標準的要求，提供完整的鑒定文件，包括標識文件、鑒定大綱、參考文件、試驗規格書 （若有）、試驗報告 （若有）、鑒定總結報告以及鑒定維持單。

（1）鑒定大綱 （Qualification Method Note）：該文件給出設備鑒定的基本要求，并闡述將采用何種鑒定方法進行設備鑒定；

（2）鑒定評估報告 （Qualification Evaluation Report）：該文件會將分析或試驗結果與設備鑒定要求進行對比分析，并確定該設備的鑒定是否合格；

（3）鑒定維持單 （Preservation Sheet）：該文件匯集了在設備鑒定過程中的推薦實踐，以便在核電廠運行階段的設備鑒定狀態能夠得以維持。

除以上針對設備的鑒定文件，臺山EPR核電廠鑒定文件體系還包含兩份總體性文件，即設備分級清單和需鑒定設備清單。值得注意的是，需鑒定設備清單不僅明確了設備鑒定的范圍，還給出了設備應滿足的鑒定要求，本文第5節對此進行了詳細的介紹。

4　設備鑒定執行標準

臺山EPR核電廠的設備鑒定主要參照國際標準IEC 60780［12］執行，由于下列三個設備鑒定實踐與此標準一致［13］，也在實際工作中參照執行：

（1）基于NF準則和RCC規范的法國實踐；

（2）基于KTA準則的德國實踐；

（3）基于IEEE準則的美國實踐。

對于特定設備，其鑒定程序只能是以上實踐中的某一個，并且應完成該實踐所規定的所有步驟。換言之，不同鑒定實踐中的鑒定程序不建議混合使用，除非鑒定實踐參照的具體標準參數更為嚴格。

5　設備鑒定要求

臺山EPR核電廠設備鑒定要求包含兩部分內容，一是設備鑒定工況條件，二是設備在此類事故工況條件下需要執行的功能。

5.1鑒定工況條件的確定

明確設備鑒定要求，首先需確定設備執行功能的環境條件及載荷條件，即確定設備鑒定的工況條件。在前文已經提到，臺山EPR核電廠進行設備鑒定時需要考慮DBC、DEC-A、DEC-B以及2A-LOCA、2A-MSLB等工況，但這并不意味著所有設備都要對上述工況進行鑒定，因此需要針對特定設備確定其鑒定的工況條件。但由于設備執行功能時間不同、安裝區域不同等因素，會造成各種設備承受的環境條件以及載荷都不盡相同，由此導致設備鑒定工況條件的種類和數量十分繁多，不利于設備鑒定的具體執行。因此，減少設備鑒定工況條件的數量、確定具有一定包絡性的設備鑒定工況條件是十分必要的。為此，臺山EPR核電廠針對不同廠房制定了鑒定環境類別，將繁多的設備鑒定工況條件劃分為幾個不同的等級，并確定不同等級的包絡性環境條件，從而大大減少了環境條件的數量，使設備鑒定更具有可執行性。

5.1.1 鑒定環境類別

鑒定環境類別是根據設備執行功能的時間以及環境惡化程度確定的，可直接用于設備環境鑒定的環境條件。臺山EPR核電廠鑒定環境類別的確定，是從功能時間和環境惡化程度兩個維度進行的。下文以反應堆廠房和安全廠房為例，說明安全殼內外廠房環境類別確定的基本情況。

（1）反應堆廠房的鑒定環境類別

按照執行安全功能的時限，反應堆廠房內設備的功能時間劃分為三個等級，即短期、中期和長期。其中，短期和中期界限確定為12小時，中期與長期的界限確定為24小時。

根據反應堆廠房內環境條件惡化程度的不同，將其分為三類，①不經歷惡化的壓力、溫度、濕度環境條件，僅考慮正常工況下輻照要求的工況。②經歷惡化的壓力、溫度、濕度環境條件，但輻照水平沒有明顯變化的工況。③ 經歷惡化的壓力、溫度、濕度環境條件以及輻照水平有明顯變化的工況。

綜上，根據設備執行功能的時限，短期、中期和長期以及環境條件惡化程度①、②、③類，反應堆廠房的鑒定環境條件可以分為6個類別，詳見表1。

（2）安全殼外廠房的鑒定環境類別

需要進行鑒定環境類別的確定的安全殼外廠房有安全廠房、燃料廠房、主蒸汽和給水閥間等，其鑒定環境類別的確定方法與反應堆廠房的方法是一致的，但由于不同廠房所考慮的事故工況不同，其設備功能時間的劃分、環境條件惡化程度也有所不同，因此安全殼外不同廠房的鑒定環境類別會有一定差別。表2給出了安全廠房的鑒定環境類別。

表1　安全殼內鑒定環境類別Table 1 Qualification environment category in the containment

表2　安全廠房的鑒定環境類別Table 2 Qualification environment category in the safety buildings

5.1.2.地震載荷

臺山EPR核電廠的設計基準地震 （Design Basis Earthquake，簡稱DBE）對應的最大地面加速度值為0.25 g，檢查地震 （Inspection Earthquake，簡稱IE）為0.05 g。所謂檢查地震，即低于該地震的等級的地震發生后，不要求對安全重要設備在連續正常運行或返修前做特別的確認或檢查。在設備的抗震鑒定中，常用的地震輸入主要有要求的響應譜 （Required Response Spectrum，簡稱 RRS）；［14］和要求的輸入運動；［15］（Required Input Motion，簡稱RIM）。

設備鑒定所用的反應譜也可分為兩種，一種是樓層反應譜，適用于直接安裝在土建結構上的設備；另一種是包絡反應譜，多用于不與土建結構直接相連的傳感器、閥門、設備部件等設備的鑒定，包絡譜具有裕度大、適用性強的特點，圖1為臺山核電廠使用的典型的包絡譜線。其中，S1代表運行基準地震，S2代表安全停堆地震。

要求的輸入運動作為設備鑒定的輸入主要出現在閥門和驅動機構的抗震鑒定中，臺山EPR核電廠閥門的抗震鑒定采用的加速度值為4g，RIM輸入曲線如圖2所示。

圖1　部件抗震反應譜Fig.1 Seismic spectrum of the component

圖2　抗震鑒定要求的輸入運動Fig.2 RIM for seismic qualification

5.2設備功能的確定

設備鑒定要求不僅需要確定鑒定的環境條件、功能時間，還需要確定設備的具體安全功能。這些功能是設備所在系統在應對事件而需要執行的安全功能的要求。典型的設備功能要求有保持壓力邊界完整性、打開、關閉、提供信號及指示、提供過濾、提供冷卻等。

對同一設備，根據它應保證系統的實際安全功能，可能存在多種功能要求。例如：對電動或氣動隔離閥，安全功能要求有：

要求一：操作功能，即關閉或開啟；

要求二：密封功能，即保持關閉；

要求三：信號功能，即保證限位開關功能正常。

另外，設備功能還應明確設備在地震工況期間或之后所具備的能力。在臺山EPR核電廠，地震工況下設備具備的功能主要有以下四種：

（1）穩定性 （S）：指設備不應產生不可接受的傾斜、下沉、滑移或可能導致一些部件的損壞。設備的穩定性依賴于其支撐的穩定性和承載力；

（2）完整性 （I）：指設備的承壓部件抵御設計荷載的能力；

（3）功能性 （F）：指設備的承壓部件在經受設計荷載時，可保持在限定的變形內，其功能不因流量減小而受到削弱；

（4）可運行性 （O）：指設備及其配件 （包括支撐、電源）執行功能和滿足安全目標的能力。

以上四種功能中，可運行性對設備的要求最高，如果設備有在地震工況下有可運行性的要求，就意味著穩定性、完整性、功能性也必須要滿足。

在臺山EPR核電廠，完整的設備鑒定要求已在設備鑒定清單中給出，其具體內容見表3。

6　設備鑒定的實施

（1）設備鑒定程序

在臺山EPR核電廠，設備鑒定按照IEC60780執行，在實際工作中可以遵循法國實踐、德國實踐或美國實踐中的任意一種執行，但現有的鑒定多為按照NF、RCC標準規范鑒定的法國實踐進行，電儀設備也多為按照RCC-E鑒定程序進行的。鑒定程序的具體內容見表4。

（2）泵閥鑒定程序

臺山EPR核電廠泵、閥的鑒定也沿用了法國鑒定實踐的基本要求，基本鑒定內容見表5。值得注意的是泵、閥所采用的鑒定方法，在臺山EPR核廠電中，一部分泵、閥采用了類比法鑒定，而這一方法在國內泵、閥的鑒定中比較少用，其主要原因在于國內大量的泵、閥還處于首次研發的階段，并沒有可以類比的參考設備。在法國，泵、閥的類比法鑒定應用已久，并且有一套成熟的類比鑒定規則可供執行。臺山EPR核電廠泵、閥的類比鑒定，是基于法國類比鑒定規則和國外參考設備試驗結果完成的，符合法國實踐的要求，具有較高的可信度。

表3　設備鑒定內容清單Table 3 The qualification list of equipments

表4　設備鑒定程序Table 4 The qualification procedure of the equipment

（3）嚴重事故鑒定程序

嚴重事故下設備鑒定程序一般包括三個階段，即標準鑒定、設計基準事故鑒定和嚴重事故鑒定。其中標準鑒定、設計基準事故鑒定是常規設備鑒定內容，第三階段為嚴重事故鑒定程序所特有。需進行嚴重事故鑒定的設備有兩類，一類是已通過設計基準事故鑒定的設備，另一類是全新的需要進行嚴重事故鑒定的設備。對已通過設計基準事故鑒定的設備，需要進行嚴重事故條件下的補充鑒定。在這種情況下，可以通過一定的分析，簡化鑒定的過程。例如，當根據設計基準事故鑒定的結果分析，設備的老化對地震性能沒有直接相關性時，就可以省去在嚴重事故鑒定程序中的抗震鑒定。另外，可以分析設計基準事故鑒定時輻照劑量和溫度-壓力曲線是否包絡嚴重事故的鑒定要求，如果包絡，則認為滿足嚴重事故鑒定要求，如果部分條件滿足要求，可以進行補充試驗和分析計算論證。對新研發的設備，則需要嚴格按照嚴重事故鑒定的三個階段進行。

7　設備鑒定的維持

設備鑒定實施后，設備建立了初始的合格狀態，但這不是設備鑒定的結束，還需維持設備鑒定合格狀態直至其退役，這一階段稱之為設備鑒定的維持。

與一般性的設備失效表現不同，在正常運行工況下，設備鑒定合格狀態即使遭到破壞，一般不會對其運行產生影響；設備在鑒定方面的缺陷，一般也不能通過再鑒定試驗予以發現。只有在事故工況下，設備鑒定方面的缺陷才會得以表現。因此，為了保證設備鑒定合格狀態的維持，臺山EPR核電廠針對需要鑒定的設備建立了鑒定維持單。鑒定維持單規定了源于設備在鑒定實施中所產生的特殊要求和建議，通過對這些要求和建議的執行，來維持設備在安裝、運行階段的鑒定合格狀態，避免其受到維修、零部件更換、改造等因素的影響。

8　總結

臺山EPR核電廠的設備鑒定以法國鑒定體系為主，考慮了第三代核電要求的設備鑒定，是符合我國法規要求的。其主要有以下幾個特點：

（1）考慮嚴重事故下的設備鑒定

臺山EPR核電廠作為三代核電技術，在設計階段就對嚴重事故預防和緩解進行了考慮。對于在嚴重事故下需要執行緩解功能的設備，其功能的驗證采用了設備鑒定的方式，可以有效地保障設備在嚴重事故條件下的功能。EPR機組也是首個將設備鑒定應用到嚴重事故階段的堆型。

（2）鑒定文件體系完整

臺山EPR核電廠建立了完整的鑒定文件體系，對于一致類、擴展類設備制定了鑒定大綱、鑒定評估報告和鑒定維持單三種文件，對于全新類設備則按照RCC-E標準的要求，提供完整的鑒定文件，包括標識文件、鑒定大綱、參考文件、試驗規格書 （若有）、試驗報告 （若有）、鑒定總結報告。

（3）提出設備鑒定維持階段的要求

為了保證設備鑒定合格狀態的維持，臺山EPR核電廠明確了設備在安裝、運行階段對設備鑒定維持的要求，并以鑒定維持單的形式固化。

（4）類比鑒定的使用

在泵、閥鑒定中使用了類比的鑒定方法，基于成熟的法國鑒定實踐和試驗結果，具有較高可信度。該方法的應用可以縮短鑒定周期，減少不必要的試驗費用、降低設備成本。

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The Overview of Equipment Qualification in TaiShan EPR Plant

YIN Yong，WANG Chao，ZHU He
（China Nuclear Power Technology Research Institute，Shenzhen 518124，China）

As generation III of nuclear power unit，Tai Shan EPR nuclear power plant has a good qualification practice and established a suitable qualification strategy to reduce some unnecessary qualification activity.The plant has alsoestablished complete qualification documentation.The concept of qualification preservation and qualification preservation sheet have been induced to keep the qualification statues ongoing.The rational quantity and category of qualification condition have been determined to guarantee the feasibility of equipment qualification.Equipment qualification under severe accident has been implemented for the first time，it will guarantee the available of equipment under severe accident condition.

TaiShan nuclear power plant；equipment qualification；EPR unit

TL48

A

1672-5360（2016）03-0014-07

2016-07-12

2016-08-22

國家能源應用技術研究及工程示范項目，項目編號 NY20140203

殷勇 （1970—），男，漢族，四川，高級工程師，現主要從事核電廠設備研發與設備鑒定工作