主泵轉(zhuǎn)速機(jī)架光耦元件替代后抗震鑒定技術(shù)評(píng)估

韓順+李曉峰+宋端陽(yáng)

【摘 要】大亞灣、嶺澳一期、紅沿河、寧德、陽(yáng)江核電廠反應(yīng)堆冷卻劑泵轉(zhuǎn)速機(jī)架光耦元件因失效替換為子卡組件，論文對(duì)該變更對(duì)主機(jī)（主泵轉(zhuǎn)速機(jī)架）抗震性能的影響進(jìn)行了技術(shù)評(píng)估，進(jìn)一步梳理總結(jié)了電儀類(lèi)電路板備件元器件變更抗震鑒定技術(shù)評(píng)估的方法。

【Abstract】The reactor coolant pump speed frame photocoupling element is replaced by the sub-card component due to failure in Daya Bay， Lingao Phase I， Hongyanhe， Ningde， Yangjiang Nuclear Power Plant. The paper made an technical evaluation of the influence of the change on the seismic performance of the main engine （main pump speed frame）， then， further summarizes the instrument type of circuit board spare components change method of seismic evaluation identification technology.

【關(guān)鍵詞】主泵轉(zhuǎn)速機(jī)架；電路板；元器件；抗震鑒定

【Keywords】 main pump speed frame； circuit board； components； seismic evaluation

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU746 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）12-0162-02

1 背景

大亞灣、嶺澳一期、紅沿河、寧德、陽(yáng)江核電廠主泵轉(zhuǎn)速機(jī)架由AREVA NP供貨，原制造廠法國(guó)Ansaldo，參考號(hào)為：6523883-00。該備件安全分級(jí)1E，鑒定等級(jí)K3。

該型機(jī)架用于主泵轉(zhuǎn)速的測(cè)量，單臺(tái)機(jī)組使用3臺(tái)主泵轉(zhuǎn)速機(jī)架。如機(jī)架故障，可能觸發(fā)主泵轉(zhuǎn)速低或低信號(hào)的三取二信號(hào)，疊加P7信號(hào)（核功率大于10%）將導(dǎo)致降負(fù)荷到廠用電或停堆。同時(shí)主泵轉(zhuǎn)速機(jī)架輸出電流信號(hào)參與反應(yīng)堆超溫超功和相關(guān)RPN保護(hù)定值的計(jì)算。

自2012年以來(lái)，上述各電廠主泵轉(zhuǎn)速機(jī)架均多次出現(xiàn)共模故障。

嶺澳一期2012年9月到2014年1月，先后出現(xiàn)L2RCP-003-PO、L2RCP-001-PO（兩次更換機(jī)架）、L2RCP-001-PO轉(zhuǎn)速機(jī)架故障。檢測(cè)4個(gè)庫(kù)存?zhèn)浼l(fā)現(xiàn)其中兩個(gè)備件有共模光耦問(wèn)題。

N1RCP-003-PO、N2RCP-001/002-PO、N3RCP-002-PO出現(xiàn)轉(zhuǎn)速機(jī)架故障并做了更換處理。2015年5月4日N3RCP003PO短時(shí)轉(zhuǎn)速為0，出現(xiàn)初步判斷轉(zhuǎn)速機(jī)架故障。

H2RCP-002-PO、H3RCP-002-PO出現(xiàn)轉(zhuǎn)速機(jī)架故障，其中002PO兩次更換機(jī)架。

Y1/Y2/Y3主泵轉(zhuǎn)速多次發(fā)生故障，先后15次更換轉(zhuǎn)速機(jī)架。

基于上述各電廠出現(xiàn)的故障信息，最終分析定位失效原因?yàn)椋号喂怦钤匣蒂|(zhì)失效導(dǎo)致機(jī)架共模故障。

考慮光耦元件的老化失效，且該型（型號(hào)74LO6000）光耦元件已停產(chǎn)淘汰，原制造廠Ansaldo提出用光耦子卡組件等效替換失效光耦元件，其他設(shè)計(jì)不做變更。

2 鑒定一致性評(píng)估

2.1 主泵轉(zhuǎn)速機(jī)架鑒定要求

按照各電廠系統(tǒng)、設(shè)備及部件分級(jí)程序，以及主泵轉(zhuǎn)速機(jī)架的功能分析，其需滿(mǎn)足RCC-E（核島電氣設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則）的K3鑒定要求。K3鑒定程序的目的是保證安裝在安全殼外的設(shè)備能夠在正常環(huán)境條件下和地震荷載下以及在對(duì)某些設(shè)備規(guī)定的事故環(huán)境條件下完成其規(guī)定的功能；主泵轉(zhuǎn)速機(jī)架僅要求在正常環(huán)境條件下和地震荷載下完成其規(guī)定的功能。

上述功能通過(guò)執(zhí)行一個(gè)特定鑒定大綱來(lái)證明：

——按照RCC-E B 3000規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)鑒定程序，該程序證明設(shè)備能夠在正常環(huán)境條件下完成其規(guī)定的功能；（包括：基準(zhǔn)試驗(yàn)；極限運(yùn)行條件下的試驗(yàn)；耐久性試驗(yàn)和/或評(píng)價(jià)設(shè)備性能隨時(shí)間變化的試驗(yàn)。）

——按照RCC-E B 4200規(guī)定的抗地震試驗(yàn)程序，該程序包括施加代表相應(yīng)地震荷載的應(yīng)力，證明設(shè)備仍能完成其規(guī)定的功能。

2.2 前后機(jī)架差異對(duì)比

廠家僅使用子卡組件替換原光耦元件。該變更項(xiàng)的變更主體為子卡組件，安裝方式為焊接在機(jī)架內(nèi)部PCB電路板上，屬安裝在PCB電路板上的電氣元件。變更前后對(duì)比如下：

2.3 鑒定一致性評(píng)估

根據(jù)RCC-E B1430變更對(duì)于機(jī)架的功能及結(jié)構(gòu)無(wú)實(shí)質(zhì)影響，子卡組件替換原光耦元件為“次要變更”，不要求供應(yīng)商（制造廠）提供“對(duì)于鑒定的預(yù)計(jì)后果”。

結(jié)合RCC-E B4200對(duì)K3鑒定試驗(yàn)的要求，該評(píng)估結(jié)論同時(shí)通過(guò)以下分析得以支撐。

2.3.1 基準(zhǔn)試驗(yàn)、極限運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)、老化試驗(yàn)

新機(jī)架樣機(jī)已通過(guò)廠家功能特性測(cè)試及接口的電氣特性試驗(yàn)（介電強(qiáng)度試驗(yàn)、絕緣電阻測(cè)量等）。

根據(jù)RCC-E B3000，嶺澳一期機(jī)架的基準(zhǔn)試驗(yàn)、極限運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)及老化試驗(yàn)的有效鑒定試驗(yàn)結(jié)果，適用于更換光耦元件后機(jī)架。

2.3.2 抗地震試驗(yàn)

原光耦元件焊接固定于主泵轉(zhuǎn)速機(jī)架的電路板，單一光耦元件質(zhì)量約為數(shù)十克，主泵轉(zhuǎn)速機(jī)架整體質(zhì)量約為6.25kg；替換后的子卡組件單一質(zhì)量較原光耦元件重?cái)?shù)十克，固定方式仍為焊接。

參考EPRI報(bào)告“電路板元件替換的通用抗震技術(shù)評(píng)估”（G-STERI Number： E-95002），對(duì)子卡組件替換原光耦元件的主泵轉(zhuǎn)速機(jī)架進(jìn)行如下抗震性能的評(píng)估：

①對(duì)主機(jī)的動(dòng)態(tài)影響的評(píng)估。子卡組件作為剛性電氣組件，相比于電路板其質(zhì)量非常小。該組件焊接固定在電路板，對(duì)于電路板的質(zhì)量及偏心度的影響可以忽略不計(jì)。因此，其對(duì)主機(jī)（主板轉(zhuǎn)速機(jī)架）的動(dòng)態(tài)影響可忽略，同時(shí)對(duì)主機(jī)其他部分的負(fù)載無(wú)顯著影響。

②安裝評(píng)估。子卡組件質(zhì)量低，通過(guò)焊接方式有效固定在主機(jī)上。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)表明，該安裝方式符合制造標(biāo)準(zhǔn)，故可認(rèn)為該子卡組件有足夠的抗震性能。

③功能要求評(píng)估。子卡組件作為固態(tài)元件，其不存在潛在的操作敏感性特征。在確保其穩(wěn)固性及完整性的前提下，其功能可以保證。

④狀態(tài)改變?cè)u(píng)估。該子卡組件結(jié)構(gòu)上無(wú)移動(dòng)部件，且不承擔(dān)機(jī)械或結(jié)構(gòu)功能（除了支持自身的質(zhì)量）。故該組件不存在狀態(tài)改變并對(duì)主機(jī)的安全功能造成影響。

⑤地震影響評(píng)價(jià)。該子卡組件不執(zhí)行結(jié)構(gòu)件或支撐件功能，且只支持其自身質(zhì)量，故對(duì)主機(jī)無(wú)地震影響。

綜上，該子卡組件對(duì)主機(jī)的抗震不敏感，即不影響主機(jī)的抗震性能。故參考嶺澳一期機(jī)架的抗震試驗(yàn)結(jié)果，更換光耦元件后機(jī)架滿(mǎn)足電廠抗震需求。

3 鑒定一致性評(píng)估結(jié)論

子卡組件替換原光耦元件后的主泵轉(zhuǎn)速機(jī)架仍滿(mǎn)足1E/K3的鑒定要求。

4 電儀備件電路板元器件更換后抗震鑒定性能評(píng)估流程總結(jié)

論文僅針對(duì)電路板（印刷電路板）上安裝的電氣元件的變更進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括：電阻、二極管、整流二極管、壓敏電阻、集成電路等。這些變更主體具有低質(zhì)量和小尺寸（相對(duì)于主機(jī)或電路板），且在一般情況下，這些變更主體應(yīng)以與原始物項(xiàng)相同的安裝方式進(jìn)行安裝。

以下變更主體不能用以下流程進(jìn)行其抗震性能的評(píng)估，包括：電容器、較大的變更主體、電線和連接器、微型繼電器、電位器、開(kāi)關(guān)、變壓器等。另外，重大設(shè)計(jì)變更（例如，重新設(shè)計(jì)和/或新的制造工藝）應(yīng)特別評(píng)估，以確定是否仍可滿(mǎn)足相應(yīng)的抗震性能。

電儀備件電路板元器件更換后抗震鑒定性能評(píng)估流程簡(jiǎn)圖如下：