1E級(jí)堆芯探測(cè)器組件類設(shè)備EMC鑒定研究

楊 鍇,陳 智

(1.上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院有限公司，上海 200233；2.上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院，上海 201112;3.國(guó)家能源核電站儀表研發(fā)(實(shí)驗(yàn))中心，上海 200233)

1E級(jí)堆芯探測(cè)器組件類設(shè)備EMC鑒定研究

楊 鍇1,3,陳 智2

(1.上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院有限公司，上海 200233；2.上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院，上海 201112;3.國(guó)家能源核電站儀表研發(fā)(實(shí)驗(yàn))中心，上海 200233)

自從2011年福島核事故之后，中國(guó)全面叫停了新的核電項(xiàng)目建設(shè)審批。直至2012年10月通過(guò)了《核電安全規(guī)劃(2011～2020 年)》和修訂了《核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2011～2020 年)》，我國(guó)才逐步恢復(fù)核電建設(shè)項(xiàng)目的審批工作。核電作為能源行業(yè)中的清潔能源，是未來(lái)發(fā)展進(jìn)步的必經(jīng)之路。由于福島核事故的發(fā)生，所有重啟后的核電廠對(duì)于安全性達(dá)到了前所未有的高嚴(yán)謹(jǐn)度。在電氣儀控領(lǐng)域，電磁兼容也被提升到了最高等級(jí)。隨著電磁兼容的要求越來(lái)越嚴(yán)格，針對(duì)特殊類產(chǎn)品還未完全制定出相應(yīng)的電磁兼容試驗(yàn)要求與內(nèi)容。通過(guò)研究RG1.180、IEC、MIL-STD-461E、RCC-E等標(biāo)準(zhǔn)及文獻(xiàn)，確定了1E級(jí)堆芯探測(cè)器組件設(shè)備鑒定要求，制定了電磁兼容(EMC)試驗(yàn)的內(nèi)容。針對(duì)此類特殊產(chǎn)品進(jìn)行了試驗(yàn)的細(xì)化與要點(diǎn)剖析，為今后國(guó)產(chǎn)化1E級(jí)堆芯探測(cè)器組件類設(shè)備鑒定提供參考。

新能源； 核電； 核島； 堆芯探測(cè)組件； EMC； 縱深防御； 可靠性

0 引言

1E級(jí)堆芯探測(cè)器組件是核電廠核島內(nèi)的關(guān)鍵組成部分之一，依靠堆芯探測(cè)器，可測(cè)得中子溫度以及壓力容器中的水位等關(guān)鍵參數(shù)。日本福島核事故后，核電廠電氣儀控設(shè)備的鑒定一度擱置，對(duì)核電廠安全問(wèn)題也更加重視。為避免重蹈福島覆轍，須對(duì)一切電氣及儀控類產(chǎn)品進(jìn)行最全面的試驗(yàn)，其中就包括EMC試驗(yàn)。堆芯探測(cè)器組件雖然自身為無(wú)源設(shè)備，但是考慮到其位置的特殊性，即連接反應(yīng)堆內(nèi)外的電氣設(shè)備，故對(duì)其規(guī)范了一套EMC試驗(yàn)要求，為核電廠未來(lái)的安全性提供了一定保障[1]。

1 設(shè)備鑒定

1.1 設(shè)備鑒定定義

設(shè)備鑒定本義是指對(duì)設(shè)備產(chǎn)生然后保持證據(jù)的過(guò)程，即對(duì)設(shè)備進(jìn)行一系列模擬實(shí)際各種可能遇到的最惡劣情況的干擾，并確保該設(shè)備依然可以正常執(zhí)行其自身所有功能的過(guò)程。該過(guò)程所產(chǎn)生的證據(jù)用來(lái)確保核電廠設(shè)備能在其預(yù)期的任意時(shí)刻投入運(yùn)作，并滿足系統(tǒng)所需性能要求，從而確保核電廠的安全運(yùn)行。

設(shè)備鑒定實(shí)際上是一個(gè)證明安全重要系統(tǒng)和設(shè)備具備所需安全功能的過(guò)程，完整且嚴(yán)格的設(shè)備鑒定應(yīng)該是選定某設(shè)備樣品后一次性完成并通過(guò)所有試驗(yàn)與驗(yàn)證，中途不得更換設(shè)備[2]。

1.2 EMC設(shè)備鑒定意義

核電廠的設(shè)備故障分為隨機(jī)偶然性故障和共因故障。隨機(jī)偶然性故障是無(wú)法預(yù)測(cè)或者預(yù)防的，為了應(yīng)對(duì)隨機(jī)偶然性故障，必須對(duì)核電廠的安全級(jí)設(shè)備實(shí)施冗余和多樣化配置。但是如果存在共因故障機(jī)理，也就是那些可能引起核電廠設(shè)備集體性群發(fā)故障的機(jī)理，則可能會(huì)造成冗余和多樣化配置失效，對(duì)核電廠的安全構(gòu)成威脅。

設(shè)備鑒定的重點(diǎn)是針對(duì)可能導(dǎo)致設(shè)備共因故障的機(jī)理，對(duì)設(shè)備的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，避免共因故障導(dǎo)致核電廠冗余的、多樣化的安全措施失效。與此同時(shí)，單一故障準(zhǔn)則是核電廠核反應(yīng)堆安全縱深防御的核心根基。所以設(shè)備鑒定的目標(biāo)是：驗(yàn)證并顯示核電廠安全重要設(shè)備在其預(yù)期的鑒定合格壽命內(nèi)，不存在因設(shè)計(jì)、制造缺陷，或者存儲(chǔ)、運(yùn)輸、安裝、調(diào)試或使用不當(dāng)所造成的可能導(dǎo)致設(shè)備共因故障的缺陷或失效機(jī)理，從而為單一故障準(zhǔn)則、冗余度、獨(dú)立性準(zhǔn)則等安全準(zhǔn)則在核電廠安全重要系統(tǒng)中的有效實(shí)施，提供了高可信度的保障[3]。

2 EMC試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容

EMC鑒定試驗(yàn)應(yīng)該依照RG1.180導(dǎo)則中的要求進(jìn)行，該導(dǎo)則包括發(fā)射試驗(yàn)和抗擾度試驗(yàn)兩大類。

在發(fā)射試驗(yàn)方面，堆芯探測(cè)器組件主要用來(lái)傳輸液位和中子等信號(hào)，設(shè)備本身為無(wú)源器件，不會(huì)產(chǎn)生任何低頻或者高頻的傳導(dǎo)與空間發(fā)射干擾。此外，堆芯

探測(cè)器組件外部電路與機(jī)柜等其他設(shè)備均隔離，不會(huì)形成對(duì)其他系統(tǒng)或者設(shè)備不利的發(fā)射干擾。綜上所述，堆芯探測(cè)器組件在工作條件下，不存在顯著的傳導(dǎo)或輻射機(jī)理，可以不必進(jìn)行發(fā)射試驗(yàn)。

在抗擾度試驗(yàn)方面，低頻傳導(dǎo)抗擾度試驗(yàn)應(yīng)用于電源線，而堆芯探測(cè)器組件沒(méi)有電源線，因此可以不必進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)[4]。電快速瞬變脈沖群試驗(yàn)和浪涌試驗(yàn)在大多數(shù)情況下適用于有源類產(chǎn)品，無(wú)顯著機(jī)理表明堆芯探測(cè)器組件在傳輸信號(hào)中會(huì)發(fā)生浪涌和瞬變等情況，因此可以不必進(jìn)行這兩項(xiàng)試驗(yàn)[5]。驗(yàn)收準(zhǔn)則根據(jù)鑒定大綱中的要求來(lái)確定。

綜上所述，堆芯探測(cè)器組件類設(shè)備EMC試驗(yàn)的具體試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)等級(jí)如表1[6]所示。

表1 堆芯探測(cè)器組件類設(shè)備EMC試驗(yàn)

2.2 注意點(diǎn)與應(yīng)對(duì)方法

設(shè)備一般分為探測(cè)器本體和電纜型通信線。在安全殼內(nèi)，探測(cè)器組件電纜型通信線一般分為兩段：第一段路徑從探測(cè)器組件端部的電氣接插件開(kāi)始，沿堆頂電纜橋架敷設(shè)，連接到對(duì)應(yīng)的連接板；第二段路徑從連接板開(kāi)始，沿安全殼內(nèi)的電纜橋架敷設(shè)，連接到對(duì)應(yīng)的電氣貫穿件。由此可見(jiàn)，設(shè)備一般較長(zhǎng)，并且有多處物理連接端口。由于EMC試驗(yàn)不像環(huán)境試驗(yàn)等可以一次性覆蓋整套設(shè)備，有一定的特殊性、指向性，故針對(duì)此類設(shè)備，需注意以下兩點(diǎn)測(cè)試細(xì)節(jié)[7]。

①堆芯探測(cè)器組件大部分為金屬制材料，但在部分連接端口附近有一些非金屬材料。同時(shí)由于有連接部分，連接端口相對(duì)比較敏感，所以在CS114、CS115、CS116、RS101的試驗(yàn)中需要將耦合探頭額外貼近或者夾在連接部分進(jìn)行測(cè)試。在IEC61000-4-2試驗(yàn)中，需要對(duì)靜電槍頂在連接部分進(jìn)行額外測(cè)試，從而盡可能嚴(yán)謹(jǐn)?shù)仳?yàn)證設(shè)備的可靠性。

②堆芯探測(cè)器組件及通信線在組成一套完整設(shè)備時(shí)長(zhǎng)度較長(zhǎng)。在進(jìn)行RS103試驗(yàn)時(shí)，很容易忽視樣品的長(zhǎng)度問(wèn)題。根據(jù)MIL-STD-461E的5.19.3.3 章節(jié)，當(dāng)設(shè)備超過(guò)3 m時(shí)，需分段進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于堆芯探測(cè)器組件及通信線設(shè)備需要格外重視，在實(shí)際應(yīng)用中，堆芯探測(cè)器組件的工作長(zhǎng)度可達(dá)十多米。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，1E級(jí)設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為核電廠中最為重要的一類設(shè)備。我國(guó)奉行在確保安全的基礎(chǔ)上高效發(fā)展核電的方針，“十三五”規(guī)劃中也明確提出了未來(lái)要以新能源為主要發(fā)展方向。AP1000核電廠以其先進(jìn)的非能動(dòng)安全特性，將成為我國(guó)未來(lái)核電建設(shè)的主要堆型之一[7]。而后續(xù)國(guó)產(chǎn)化CAP1000和CAP1400的設(shè)備鑒定也是箭在弦上。針對(duì)此類特殊無(wú)源產(chǎn)品，提出了最符合實(shí)際情況的EMC鑒定項(xiàng)目與鑒定細(xì)節(jié)，更加規(guī)范化了核電設(shè)備的EMC鑒定要求，為我國(guó)今后CAP系列國(guó)產(chǎn)化核電設(shè)備鑒定提供了有力支持[8]。

[1] 俞高偉,胡子?jì)?吳珂科,等.AP1000中壓電氣貫穿件合格鑒定電氣試驗(yàn)要求[J].發(fā)電設(shè)備，2013，27(2):142-144.

[2] 李琦,杜建勇,柳琳琳,等.AP1000主控室設(shè)備抗震鑒定試驗(yàn)研究[J].核技術(shù)，2013，36(4)：21-23.

[3] 顧申杰.核電廠1E級(jí)電氣設(shè)備環(huán)境鑒定[J].核安全，2015(2):31-40.

[4] 鄭開(kāi)云.AP1000核電設(shè)備鑒定試驗(yàn)探討[J].發(fā)電設(shè)備，2014，28(3):154-159.

[5] 李明成,林建,付明星,等.核電廠1E級(jí)充電器及逆變器設(shè)備鑒定方案的研究 [J].核安全，2014，13(2):76-82.

[6] U.S Nuclear Regulatory Commission.Office of Nuclear Regulatory Research.RG 1.180-2003 Guidelines for Evaluating Electromagnetic and Radio-Frequency Interference in Safety-Related Instrumentation and Control Systems[S].Washington,D.C:U.S.Nuclear Regulatory Commission,2003.

[7] 繆鴻興.AP1000先進(jìn)核電技術(shù)[J].自動(dòng)化博覽，2009(8):32-35.

[8] 胡亞蕾.第三代核電技術(shù)-非能動(dòng)安全先進(jìn)核電站AP1000[J].科技咨詢，2010(9):118.

Research on the EMC Identification for Class 1E Reactor Core Detection Components and Equipment

YANG Kai1,3,CHEN Zhi2

(1.Shanghai Institute of Process Automation Instrumentation Co.,Ltd.,Shanghai 200233，China；2．Shanghai Power Equipment Research Institute,Shanghai 201112，China;3.National Energy Research Development & Test Center for I&CS in Nuclear Power Plants,Shanghai 200233,China)

Since the Fukushima nuclear accident in 2011,the projects of constructing new nuclear power had not been approved in China until October 2012.In October 2012,the "Nuclear Power Safety Planning (2011 ～ 2020)" was adopted;in addition,the "Nuclear Power Long-term Development Planning (2011 to 2020)" was revised;then,the approval of projects for constructing nuclear power has been gradually resumed in our country.Nuclear power,as the clean energy in energy industry,is the only way for future development and progress.Due to the nuclear accident of Fukushima,the security of all the nuclear power plants after restart has reached an unprecedented high degree of rigorous.In the field of electrical instrument and control,electromagnetic compatibility (EMC) has also been elevated to the highest level.Along with the requirements of electromagnetic compatibility become stricter;the corresponding requirements and contents of the tests of EMC have not been fully developed for special products.Through studying RG1.180,IEC,MIL-STD-461E,RCC-E and other standards and literatures,the identification requirements for Class 1E reactor core detection components and equipment are determined,and the contents of the EMC tests are formulated.For these special products,the tests are refined,and the key points are analyzed;thus the reference for identification of localized Class 1E reactor core detection components and equipment is provided.

New energy; Nuclear power; Nuclear island; Reactor core detection component; EMC; Defence in depth; Reliability

楊鍇(1989—)，男，學(xué)士，助理工程師,主要從事電磁兼容與安全方向的研究。E-mail:241886157@qq.com。

TH86;TP2

A

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201704023

修改稿收到日期：2016-11-20