核電廠DCS系統鑒定策略研究

王 強，潘 玉

（中核控制系統工程有限公司，北京 102401）

0 引言

隨著社會經濟的不斷發展，電力需求也日益提高，核電因其高效性、清潔性和經濟性而受到人們的廣泛關注。但是核電廠又不同于一般的電廠，核電廠是利用核反應所產生的熱量來制造蒸汽，推動汽輪機發電。由于核電廠中許多設備和部件聚集著大量的放射性物質，為了防止發生核輻射泄漏事故，必須保證核電廠在可能遇到的情況下可靠的工作。

為了保證核電廠能夠在預知的工況下可靠的工作，HAF102《核動力廠設計安全規定》中提出：“必須采用設備鑒定的程序來確認安全重要物項能夠在其整個設計運行期間滿足正常運行、預計運行事件和設計基準事件等工況的要求”。另外，《民用核安全設備設計制造安裝和無損檢驗監督管理規定（HAF601）》中的第27條也提到：“民用核安全設備設計單位應對其設計進行設計驗證，可以采用設計評審、鑒定試驗等形式”。而在《進口民用核安全設備監督管理規定(HAF604)》中，也對進口民用核安全設備提出了相應的要求。

核電DCS系統在核電廠起著至關重要的作用，相當于是核電廠的大腦。如果核電DCS系統失效將導致操縱員無法了解核電廠現場的情況，也無法控制核電廠現場的設備，嚴重的時候會造成核電安全事故。因此，對于核電DCS系統，只有經過鑒定試驗，并完全通過，才能確保其在預知的工況下能夠可靠的工作[1]。只有通過鑒定以后，才能開展核電工程項目中核電DCS系統的采購和后續的集成制造工作。如果鑒定試驗沒有通過，就必須對設備進行重新選型，然后重新做鑒定試驗，直到最終通過鑒定試驗。

1 鑒定試驗的內容和特點

1.1 鑒定試驗項

一般核電DCS系統的鑒定試驗包括：環境試驗、電磁兼容試驗以及抗震試驗[1]。

環境試驗主要是為了驗證DCS系統在核電廠的正常或極端外部環境下是否能夠正常的工作。例如，機柜電子間內正常運行溫度應該是30℃以下，但是如果空調出現故障以后，環境溫度會上升到50℃左右，在這種情況下，核電DCS系統也必須正常運轉。

電磁兼容試驗主要是因為核電廠有大量的用電設備，如電機、水泵、閥門等設備。這些設備會對周圍的其他設備產生輻射、傳導騷擾、浪涌等各種電磁干擾，DCS系統必須能夠承受這些外部的干擾，才能保證核電廠正常的運轉。

而抗震試驗的主要目的就是驗證DCS系統在核電廠發生地震的情況下，能否保持正常運轉。因為對于核電廠的一些特別重要的系統，或者與核電廠安全運行相關的系統，在地震的情況下也要求能夠正常運行，確保核電廠不會出現安全事故。

1.2 鑒定樣機

鑒定試驗并非是要將所有工程上用到的設備都做試驗，而是搭建一套典型的鑒定樣機即可，鑒定樣機需要包絡項目中所有使用到的DCS設備，如控制器、各種IO卡件、各種IT設備和電氣設備等。由于核電DCS所用到的設備較多，為了涵蓋核電DCS系統所有的功能，鑒定樣機一般包括3～4個機柜，按功能可分為控制柜、網絡柜、服務器柜和供電柜。為了保證鑒定試驗的公正與公平，需要在第三方有資質的實驗室進行試驗。

1.3 鑒定試驗的特點

鑒定試驗存在如下特點：

1）成本高

4個鑒定樣機需要花費幾百萬的成本，鑒定實驗室一般也需要選用第三方實驗室，成本也要上百萬。

2）周期長

由于鑒定的試驗項非常多，鑒定試驗的周期也需要至少兩個月以上。另外，從策劃、設計、采購、制造、集成和鑒定試驗，總共需要花費將近1年半左右的時間。

3）風險大

鑒定試驗也是核電項目前期最大的風險，由于所鑒定的設備中包含沒有鑒定經驗的設備，鑒定的要求又非常的苛刻，因而鑒定試驗過程中存在很多不確定性。如果鑒定試驗失敗，不僅僅會導致以前所有的工作都付諸流水，而且還要重新進行設備選型和鑒定，不僅面臨高昂的成本，而且項目進度無法保證。同時，核電廠安全運行關系到國家的安危，因此國家對核電廠建設過程也實行了嚴格地監管，尤其關注鑒定試驗部分，對于關鍵設備的鑒定試驗通常都會現場見證。如果鑒定試驗失敗的話，核電DCS系統供應商的形象和供貨能力都將被質疑，如果多次失敗，可能會失去參與核電項目的機會。

2 鑒定試驗優化策略

由于鑒定試驗成本高、周期長和風險大，因而在前期策劃階段更要仔細策劃，逐條分析，盡量降低成本與風險。本文在鑒定試驗設計、鑒定設備選型和采購方面提出了優化的方法，進一步降低了鑒定試驗的成本和風險。

2.1 鑒定試驗規劃

鑒定試驗的試驗項、試驗等級、試驗順序等都需要仔細規劃，如果規劃不當會導致該做的試驗沒有做，而不該做的試驗反而做了，嚴重的話會導致設備損壞，無法通過鑒定試驗。如果鑒定試驗規劃的好，不僅可以降低試驗嚴酷等級，降低鑒定風險，而且可以減少鑒定試驗項，降低成本。

首先，所有的鑒定要求都來自于技術規格書或各種標準[2]，由于技術規格書和標準中寫的內容并不是非常的詳細和具體，因而每個項目在開始鑒定前都需要進行澄清，需要明確每項鑒定試驗的具體指標、參照標準和接受原則；另外，每個項目選擇的設備也有自身的特點，每個標準都有適用的范圍。因此，需要對比設備自身屬性與規格書和標準的要求，提前發現不一致的地方，降低鑒定試驗要求或減免鑒定試驗，避免在鑒定試驗中損壞設備或做不必要的試驗。

例如，核電廠要求DCS系統在環境溫度為50℃的情況下正常運行。采購過程中發現市面上的顯示器最高的運行溫度為35℃～40℃之間，無法在50℃情況下正常運行。但是由于顯示器都擺放主控室，主控室的溫度如果達到50℃的話操縱員已經無法工作，必須撤離，因此顯示器在50℃情況下工作也沒有意義，只需要滿足正常運行溫度即可。

再比如，電磁兼容試驗中有一項是“電壓暫降、短時中斷和電壓變化的抗擾度試驗”，主要是模擬電氣電子設備的電源突然暫降和中斷。其中，短時中斷分為20ms中斷和5s中斷兩項試驗。鑒定要求斷電20ms不影響DCS設備運行，斷電5s的話，要求在重新上電以后DCS系統正常運行。對于20ms斷電基本上對系統沒有什么影響，但是對于5s斷電的情況，由于核電DCS系統中有很多IT設備，尤其是服務器，服務器突然的斷電會對服務器的主板和硬盤造成很大的損壞，所以一般的服務器都要配備UPS電源，以避免外部的突然斷電造成損壞，而且核電廠已經配備了UPS電源。因此，對于斷電5s的試驗，通過與需求方溝通，減免了服務器的5s電源中斷試驗，避免了服務器的損壞。

其次，對于鑒定試驗項所用的標準也需要提前確定。同一種試驗可以參考多個標準，每個標準規定的細節會有所差別，必須提前確定采用哪個標準來執行試驗。例如,國內外關于抗震試驗的標準就有很多，包括IEEE344，IEC60980，GB13625，HAF J0053等。另外，標準中會給出一定的選擇范圍，例如GB/T2423.4中，交變濕熱試驗的高溫分為40℃和55℃兩種，需要根據項目實際情況來進行選擇。

最后，鑒定試驗分為環境試驗、電磁兼容試驗和抗震試驗。試驗順序一般采用先易后難的原則安排試驗，即先做容易通過且對設備沒有損害的試驗，最后做不容易通過且對設備損害比較大的試驗[3]。

另外，對于公司自有產品或多個項目常用的產品，鑒定試驗方案的設計也要有一定前瞻性。可以在項目鑒定要求的試驗等級基礎上進一步提升，以便充分驗證自有產品的性能。這樣的話，如果將來其他項目鑒定要求等級更高的話，就可以免做試驗，避免出現A項目剛剛做完試驗就發現試驗等級不滿足B項目的要求，需要重新做試驗的情況。

2.2 鑒定設備選型與采購[4]

鑒定設備的選型也非常重要，如果每個項目都選不同的設備或選用沒有在項目上用過的設備，不僅每次都需要重新鑒定，而且新的設備會帶來鑒定試驗無法通過的風險。另外，設備采購方式也很重要，合理的采購方式可以降低鑒定的風險。

2.2.1 設備選型

對于核電DCS供應商，應該將所有以前做過鑒定的設備收集起來形成一個設備優選庫，在每個項目選型時優先選擇在鑒定優選庫中的產品。只要所選的設備做過相應的鑒定試驗，且試驗等級滿足項目要求，就可以在新的項目中免做試驗。

對于鑒定試驗高風險的設備，可以選用多家產品同時開展鑒定試驗。例如服務器等IT設備都是商業級產品，并非工業級，鑒定試驗失敗的風險非常大。為了降低鑒定失敗的風險，一般會選擇多個廠家的產品同時進行試驗，即使某一家的產品在試驗中失敗，還有另外一家的產品可用。這樣雖然增加了成本，但是降低了鑒定風險，保證了項目的進度。

為了確保鑒定試驗的成功，盡量選擇有過鑒定經驗，或者廠家能夠提供鑒定報告的產品，或者是有豐富應用業績的產品。當然，每個項目中都可能會選擇從來沒有用過的，也沒有鑒定業績的物料，對于比較關鍵的物料可以要求供應商進行摸底試驗。例如，盤臺中使用的數顯表在環境試驗中容易出現溫漂現象，那么在采購數顯表的時候就應該要求供應商自己做摸底試驗，如果摸底試驗失敗的話就要及時進行整改，避免在正式的鑒定試驗時出現問題。

2.2.2 采購方式

為了降低項目風險，可以將鑒定試驗分包。例如，核電廠主控室會放置多個大屏幕，主要顯示一些綜合的畫面。但是每個大屏幕都需要配套一個安裝支架，大屏幕需要安裝在支架上作為一套系統一起做抗震試驗。因此，一般在采購大屏幕的時候也會將大屏幕的支架以及鑒定試驗都分包給供應商，由供應商一起完成試驗。如果將大屏幕與支架分開采購的話，如果抗震試驗出現問題就很難定位到底是大屏幕的問題還是支架的問題。

要對供應商的售后服務提出明確的要求。鑒定試驗過程中不可避免會出現各種各樣意想不到的故障，需要供應商及時響應并解決問題。如果供應商售后人員水平太差或響應速度太慢，會極大影響鑒定的進度。

與鑒定實驗室可以簽訂長期合作合同。由于需要鑒定的項目較多，而且進度都很緊張，如果每個項目都重新采購，鑒定實驗室就需要花費很長的時間，而且采購人員也不堪重負。如果有長期合作的鑒定實驗室，一旦有鑒定需求就直接去做試驗，就可以大大縮短采購時間。

3 總結

本文從鑒定試驗規劃、設備選型和采購方式等方面進行了分析，提出了多個優化方案。包括根據設備自身特點減免試驗項目、降低試驗嚴酷等級；合理安排鑒定試驗順序；建立鑒定設備優選庫、提供備選方案等方法，不僅降低了鑒定的成本和風險，并且加快了鑒定的進度。