海洋核動力平臺核級數字化儀控設備鑒定通用要求研究

吳寶安，趙友有，王緒霄

（中廣核研究院有限公司，廣東 深圳 518031）

0 引言

海洋核動力平臺是海上移動式小型核電站，是小型核反應堆與船舶工程的有機結合，可廣泛應用于海洋能源開采、海水淡化、島嶼供電、遠航運輸等領域。核安全是海洋核動力平臺設計、建設、運營等環節需要考慮的首要問題，貫穿于整個生命周期。核級數字化儀控系統（簡稱“I&C系統”）執行核反應堆保護系統功能，是保障海洋核動力平臺核安全的重要系統，而設備鑒定可以證明在規定的運行條件和環境條件下I&C 系統設備能按規定的準確度和性能要求起作用[1]。目前，由于國內無民用海洋核動力平臺建設和運營的先例，因而對其I&C 系統還沒有建立相關的鑒定要求。有必要對國內外核電I&C 設備的鑒定標準以及國內船級社（簡稱“CCS”）型式認可標準深入分析，提出一種適用于海洋核動力平臺I&C 系統設備鑒定通用要求。

1 設備鑒定適用標準選取

1.1 標準簡介

設備鑒定活動的依據標準通常可按照3 個層次進行選用：主體標準、配套標準和通用標準。主體標準規定設備鑒定的一般過程、程序和方法，但未對具體鑒定試驗詳細說明，執行起來存在困難。配套標準針對某些鑒定試驗專題項目展開說明，以從中找到適合產品的試驗等級及試驗指標，配套標準是指導性質的，具體試驗執行時一般引向通用標準，通用標準對具體試驗過程有詳細說明。

1.1.1 核電鑒定標準體系

國際上應用于核電廠核級電氣設備鑒定標準體系主要有IEEE 系列標準和IEC 系列標準，主體標準分別為IEEE323-2003 和IEC60780-1998。此外，法國核電行業核級電氣設備鑒定主要遵循RCC-E，其具體過程、方法和要求與IEC60780-1998 保持一致。無論是IEEE323 和IEC60780，兩者規定的鑒定原則、方法、過程是一致的，目前已經合并為標準IEC/IEEE60780-323:2016。中國已經將IEC60780-1998 轉化為GB/T12727-2002，技術內容兩者等 同。GB/T12727-2002 與IEEE323-2003 及RCC-E-2005中規定鑒定試驗內容及鑒定試驗可以使用的方法基本一致。因此，可采用GB/T12727-2002 作為海洋核動力平臺I&C設備鑒定的主體標準。

標準EJ/T1197-2007作為GB/T12727-2002的配套標準，用以指導環境試驗；對于電磁環境試驗，RG1.180-2003、TR-102323-Rev.1 均對核電廠核級設備的EMC 性能提出要求。因此，選擇RG1.180-2003、TR-102323-Rev.1 作為GB/T12727-2002 的EMC 試驗的配套標準。

在通用標準方面，環境試驗執行標準選擇如下：對于溫濕度條件試驗，選擇GB/T2423（IEC60068-2）系列標準；對于電磁兼容試驗，選擇GB/T17626（IEC61000-4）系列標準和GB/T4824-2013（CISPR11-2010）。

1.1.2 CCS的標準體系

《鋼質海船入級規范》（2018）是適用于海上航行入級船舶的總體規范文件，包括入級條件與范圍、相配套的技術要求，旨在控制安全與質量達到適當水平，并得到廣泛的認同。CCS 頒布的規范是入級的基礎和唯一依據。因此，采用CCS《鋼質海船入級規范》（2018）作為船用設備相關鑒定的主體標準。I&C 系統設備需要考慮該規范第4 分冊第7 章《自動化系統》相關要求。

CCS 出版物《電氣電子產品型式認可試驗指南2015》（GD22-2015）是針對船舶電氣電子設備型式認可的規范。該指南除了對船用電氣電子產品型式認可試驗中的外觀檢查、性能試驗作出原則規定外，還對其所應進行的各種船舶環境條件試驗的試驗目的、條件、方法、結果和所依據的標準作出了明確規定，可作為船用I&C 設備鑒定的參考指南。

在GD22-2015 的引用標準中，對于環境試驗，多采用IEC60068-2 系列標準；對于電磁兼容試驗，采用CISPR16-2-1、CISPR16-2-3 和IEC61000-4 系列標準。

此外，針對船用環境的特殊要求，如果《鋼質海船入級規范》中缺少相關設計要求，可參考船舶相關的GB、CB 和GJB 等相關標準要求執行。

1.1.3 核電鑒定與CCS型式認可的關系

海洋和動力平臺I&C 系統設備需要滿足核電儀控設備鑒定要求，同時也需要充分考慮船用儀控設備的CCS 入級檢驗要求。通過分析對比核電儀控設備鑒定要求和CCS 儀控設備入級要求，兩者分別要求執行的鑒定試驗和型式認可試驗中的相同試驗項除部分存在差異外，實際執行的通用標準基本一致。

本文后續涉及的I&C 設備鑒定試驗項綜合考慮了核電儀控設備鑒定試驗項和CCS 儀控設備入級型式認可試驗項。對于試驗項的嚴酷程度或試驗等級，需要包絡核電和CCS相關要求。

核電儀控設備鑒定對試驗順序有一定要求，CCS 型式認可試驗對試驗順序無明確要求，海洋核動力平臺I&C 設備鑒定可采用核電儀控設備鑒定的試驗順序，但需要得到CCS 的審批認可。

2 鑒定輸入

鑒定輸入主要包括海洋核動力平臺對I&C 系統的功能、性能要求和環境影響因素兩方面。功能、性能要求主要在相關技術規格書和鑒定大綱中規定。

環境的因素指設備在其壽期內經歷的所有環境條件和運行條件對設備的影響因素。環境條件是指存在于設備外部的條件，比如溫度、振動等；運行條件是指存在于設備內部的條件或者設備本身物理、機械相關的條件。

以陸上壓水堆為基礎，結合特有的海洋環境條件[2]和運行條件，確定海洋核動力平臺I&C 設備的鑒定因素包括但不限于：

- 溫度、濕度、壓力、鹽霧、霉菌等。

- 電磁干擾（EMI）、射頻干擾（RMI）、浪涌等。

- 電壓、電流及頻率的變化等。

- 震動、傾斜、搖擺、沖擊等。

3 鑒定試驗要求

參考陸上壓水堆經驗，I&C 系統設備屬于安全殼外安全級設備，滿足K3 鑒定要求[3]。根據GD22-2015 規定，船上受控環境到敞開的甲板分為5 類環境（A-E），海洋核動力I&C 系統設備處所屬于B 類環境：一般溫度、高濕和振動的圍蔽處所，且是“一般配電區域”的電磁環境要求。

需要指出的是，海洋核動力平臺I&C 系統設備進行鑒定時，在滿足核電鑒定要求的前提下，應統籌考慮GD22-2015 中型式認可試驗的有關要求。

本章節描述鑒定通用要求，不對具體試驗條件、試驗方法和試驗驗收準則進行具體說明。

3.1 鑒定試驗順序

海洋核動力平臺I&C 設備采用試驗法進行鑒定，鑒定試驗前應準備一套對于被鑒定的I&C 系統設備具有足夠代表性的試驗樣機[4]（以下簡稱樣機）。

鑒定試驗可分為以下4 個階段。

◇ 階段1：基準試驗

樣機的基本技術參數及功能性測試，作為后續其它試驗的比較基準。部分試驗可以在后續各項試驗后重復。基準試驗內容如下：

- 基本電氣性能試驗，如介電強度試驗、絕緣電阻試驗、機械接地的電氣連續性檢查。

- 功能、性能檢查。

◇ 階段2：極限條件下的試驗

用于檢驗設備在影響因素的額定范圍內和限值下的功能特性，通常包括：

- 環境條件，如溫度、濕度、振動、傾斜和搖擺等。- 不同設備的特殊影響因素，如電磁兼容。

◇ 階段3：老化試驗

該試驗用于檢驗I&C 設備的耐久性。結合K3 類設備的鑒定要求，需要進行環境老化。

◇ 階段4：事故試驗

沖擊環境為海洋核動力平臺需考慮的主要事故工況[5]。該階段用于檢驗設備在事故環境條件下的功能特性。

通常除極限條件下的試驗外，其它試驗均應該在同一個樣機上進行，而且試驗應該按照階段1 ～4 的順序執行。需要指出的是，GD22-2015 對試驗順序沒有強制要求。因此，下述階段2 和階段3 與環境溫濕度老化有關的試驗，應注意統籌考慮核電與CCS 的要求，如環境參數包絡性、設備在試驗過程中是否通電等。

3.2 基準試驗

基準試驗包括正常大氣條件下的電氣安全、功能性能等試驗，以產生基準數據，作為后面鑒定試驗的依據。

海洋核動力平臺采用核電試驗項目的分類方法，根據GD22-2015 的基本試驗項目，總結出海洋核動力平臺I&C設備基本試驗項目，如表 1 所示。

3.3 極限條件下的試驗

極限條件下的試驗包括電源條件試驗、溫濕條件試驗和電磁兼容試驗。除上述試驗外，GD22-2015 的試驗項還包括傾斜和搖擺試驗。上述試驗匯總如表2 所示。

表1 基準試驗項目Table 1 Benchmark test items

表 2 極限條件下的試驗項目Table 2 Test items under extreme conditions

表 3 EMC試驗項Table 3 EMC test items

海洋核動力平臺I&C 系統電磁兼容試驗可在任何樣機（如有多個樣機）和任何試驗階段執行。電磁兼容試驗項如表 3 所示。電磁兼容試驗條件和驗收標準，必須包絡核電鑒定要求和GD22-2015 的要求，試驗等級和驗收標準在鑒定大綱中明確。

3.4 老化試驗

老化試驗也稱為評價設備性能隨時間變化的試驗，用于檢驗設備的耐久性。老化試驗應根據樣機特點，在滿足核電鑒定要求的前提下，統籌考慮GD22-2015 型式認可試驗的有關要求。一般應包括：熱老化、長期運行、振動老化。

如認為某項老化試驗對某項設備不適用時，應提供合理的證明，才能使用專用的試驗程序。老化試驗項目見表4。

表4 老化試驗項Table 4 Aging test items

3.5 事故試驗

海洋核動力平臺I&C 系統設備鑒定的事故試驗主要為沖擊試驗。試驗的目的是模擬設備在使用或運輸過程中可能受到的隨機性的沖擊效應，可參考GB/T 2423.5-1995 (試驗Ea)試驗方法進行試驗。

4 結束語

海洋核動力平臺兼具核工程和船舶工程的雙重屬性，目前國內無相關建設和運營經驗借鑒，其I&C 設備鑒定標準體系和鑒定方法處于空白。本文通過對比分析核電站核級I&C 系統設備鑒定要求和CCS 電氣設備的形式試驗要求，并結合海洋環境條件，提出一種適用于海洋核動力平臺I&C 系統設備的通用鑒定要求，為后續海洋核動力平臺I&C 設備鑒定提供一種思路和方法。