AP1000核電廠安全級儀控系統施工要點及對策

摘要：AP1000核電廠采用了全數字化儀控系統，其中保護和安全監測系統（PMS）屬于安全級，該系統現場安裝的全過程需要高度關注。PMS系統安裝的實體工作可分解成三大類：處理機柜、電纜與光纜、中子探測器。通過首堆工程中PMS系統安裝實踐積累下的經驗與教訓，必將對后續AP1000機組的安全級儀控系統提供了寶貴的參考價值。

關鍵詞：AP1000核電廠；安全級儀控系統；施工安裝；處理機柜；電纜與光纜；中子探測器 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM623 文章編號：1009-2374（2017）10-0198-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.100

1 概述

AP1000核電廠采用了全數字化儀控系統，其中保護和安全監測系統（PMS）屬于安全級，其余均為非核安全級。PMS系統為電廠提供反應堆停堆、專設安全設施、核級數據處理三大主要功能。PMS系統直接關系到核電站的安全運行，是AP1000機組中最為重要的儀控系統，因此該系統現場安裝的全過程需要高度關注。

2 PMS安裝工程分類及施工要點

PMS系統安裝的實體工作可分解成三大類：處理機柜、電纜與光纜、中子探測器。

2.1 處理機柜

PMS總共包含39個DCS（集散控制系統）標準機柜，尺寸約為700*750*2300（寬*深*高），按照功能分為NIC（核儀表子系統柜）、BCC（雙穩態邏輯處理器柜）、ILC（符合邏輯處理器柜）、MTP（檢修試驗柜）、QDP（核級數據處理子系統柜）、SVC（爆破閥控制子系統）、SOE（順序事件記錄柜）。PMS機柜按照不同的安全序列分別布置在輔助廠房內的6個房間內，成排布置。

PMS屬于精密電子設備，對安裝環境的要求高，溫度必須控制在10℃～25℃、相對濕度控制在20%～75%、空氣中無粉塵和腐蝕性氣體。AP1000首堆工程中，現場參照ASME NQA-1的標準，在PMS房間建立了增強的Ⅲ級清潔區，不僅對進入人員、進入材料、區域內的焊接、切割、打磨等動火作業加以控制，還專門設置了臨時空調、除濕機、吸塵器等設施改善安裝環境。

PMS機柜的安裝過程大體包括五個步驟：（1）卸車。按照核電廠物項分類原則，有抗震要求的PMS機柜屬于B類物項，卸車時應十分注意機柜頂部吊耳的受力均衡性，以防止機柜結構變形。為此，首堆工程中采用了一種方形平衡梁，并與其他輔助吊具一起進行了150%靜載試驗；（2）引入房間。PMS機柜要求豎直搬運，但受限于廠房內門洞高度，通過時需要傾斜。此時應注意傾斜時必須確保柜門在兩側而不至于受壓變形。首堆工程中專門設計了一種翻轉運輸小車，為提高廠房內搬運效率；（3）調平。PMS機柜在房間內的調整主要依靠滾杠，由于房間頂部的電纜橋架較為密集，借助葫蘆等吊具的輔助是十分有限的。調整期間必須始終保持柜門關閉，以防止異物進入損傷內部電子元件。成排機柜調平后應及時鎖緊柜間螺栓，之后進行機柜與地面的連接；（4）就位與接地。PMS機柜可采用螺栓固定或者焊接固定兩種方式，在就位過程中若遇到預埋件不平整問題，可根據間隙選擇采用墊塊或者墊片加以調整。首堆工程中采用的是焊接方式，即在機柜基座的正面與背面以長度不小于3英寸、焊角高度不小于1/4英寸的要求進行焊接。為了防止機柜內電子元件損傷，焊接前必須確保接地可靠；（5）柜內部件裝配。除了柜間的連接電纜外，PMS機柜安裝期間幾乎不需要對內部元件進行裝配，而柜間電纜主要分為預制插頭和預制端子兩種，安裝時應當避免遮擋控制器散熱通道。

2.2 電纜與光纜

PMS系統總共包括368根光纖、1279根外部電纜（包含NIS子系統電纜）。

光纖均為2芯62.5/120μm多模光纖，設備接口使用ST冷接頭。光纖共5種類型，分別是1E級的A、B、C、D四個序列及非1E級序列，其外護套分別以“棕、綠、藍、黃、黑”5種顏色加以區分。

外部電纜，指需根據現場實際敷設來裁剪長度的電纜，可分為兩類：（1）與核測量子系統相關的。此類均為進口電纜，包括四同軸電纜、三同軸電纜、18AWG雙絞線信號電纜等；（2）其他用途的。此類均為國產電纜，包括220V電源電纜（4mm2、2.5mm2）、220V雙絞線或四絞線控制電纜（2.5mm2、1.5mm2）、多種規格的50V以下的信號電纜。

在這些電纜與光纖之中，有一些施工工藝要求比較高，比如：（1）ST光纖的冷接頭制作。PMS系統大量采用光纖冷接技術。相比光纖熔解技術而言，冷接技術具有操作更方便，速度更快等特點，比較適合環境惡劣的現場施工。為了克服建安承包商在光纖工程領域的短板，AP1000首堆工程中通過多方協議，由光纖冷接頭供應商指定的服務商來提供光纖冷接的現場服務，確保了光纖接頭的施工質量；（2）NIS三同軸/四同軸電纜的插頭與密封組件制作。核測量子系統的三同軸電纜用于安全殼外，四同軸電纜用于安全殼內。除了都具有的中心導體、內屏蔽、外屏蔽、外護套外，四同軸電纜比三同軸電纜多了一層銅鎧屏蔽與相應的絕緣層。這些電纜的端接都需要現場制作航空插頭。此外，四同軸電纜上還有一個適配接頭，將該電纜的全封閉銅鎧與密封組件套筒進行固定連接，利用了金屬環擠壓變形與高溫熱熔灌錫兩種密封技術實現整個電纜系統的密封，可以確保在嚴重事故下這些電纜仍然可用。三同軸/四同軸電纜及密封組件的施工要求極為嚴格，首堆工程中專門安排供貨方對工人現場培訓和實際操作考核，合格后授權施工，最終有效控制了一次成功率。

2.3 NIS中子探測器

NIS是PMS的子系統，用于監測從完全停堆到滿功率運行的反應堆功率。與其他壓水堆核電機組類似，NIS也采用了3段量程的探測器進行監測，即源量程、中間量程、功率量程3類探測器，共計16個。但安裝方式與傳統壓水堆核電機組截然不同，采用倒置的固定方式，每個探測器為分段設計，安裝期間需要將探頭段與相應的延伸段逐段頂升連接，完成最后的組裝。此外，每個NIS探測器都附帶有1根或者2根長度約15m的礦物電纜，末端與四同軸電纜航空插頭對插。探測器安裝時需要同步將自帶電纜從事先預埋好的電纜導管中穿出，期間還要避免電纜表面包裹的玻璃纖維帶破損引起單點接地故障。為此，在首堆工程中專門采用了尼龍水龍帶套在自帶電纜上，安排電纜牽引人員與儀表安裝人員協同操作，最終確保各項指標滿足要求。

3 結語

隨著儀控技術的不斷發展，后續AP1000機組的安全級儀控系統配置可能有所變化。但無論如何變化，系統安裝仍然離不開機柜、電纜、探測器這幾類。通過首堆工程中PMS系統安裝實踐所積累下的經驗與教訓，必將對后續AP1000機組的安全級儀控系統提供寶貴的參考

價值。

參考文獻

[1] 核電廠物項的起重、吊裝和運輸的質量保證要求（ASME NQA-1-2004）[S].

作者簡介：李熙（1981-），男，浙江嘉善人，三門核電有限公司核島儀控安裝主管，研究方向：全球首個AP1000核電工程的電氣、儀控領域的安裝管理。

（責任編輯：小 燕）