三代核電地震試驗系統運動參數指標的確定

葛 磊， 鄭開云， 尚 恒， 吾之英， 盧 星

(上海發電設備成套設計研究院有限責任公司， 上海 200240)

核電廠設備開展抗震鑒定試驗，主要依據核電廠設計規范書或者鑒定試驗標準中給出的地震反應譜進行[1]。三代核電設備的抗震試驗在位移和加速度指標上提出了更高的要求，原有的地震試驗系統大都難以滿足三代核電設備的抗震要求。鑒于此，筆者對三代核電設備的抗震要求進行了研究，確定了相應的地震試驗系統參數，為建設性能優越的地震試驗系統提供了理論依據。

1 抗震試驗要求

三代核電需要開展抗震鑒定的試驗設備通常分為管線安裝設備和硬安裝設備。管線安裝設備為安裝在管線中的設備，硬安裝設備為直接與樓板或墻壁相連接的設備。

根據IEEE std-344、IEEE std-382及三代核電設備鑒定方法論要求，管線安裝設備需要進行共振頻率探查、2/3RIM(Required Input Motion要求輸入運動)試驗及RIM試驗；硬安裝設備需要進行共振頻率探查、1/2RRS(Required Response Spectrum)試驗及RRS試驗[2-3]。若設備既是管線安裝也是硬安裝，則應對此設備分別進行單頻率RIM試驗和多頻率RRS試驗。

2 運動參數分析和確定

共振頻率探查試驗及2/3RIM試驗參數被RIM試驗參數所包絡，1/2RRS試驗參數被RRS試驗參數所包絡，因此地震試驗系統的運動參數由RIM試驗和RRS試驗要求所確定。

對于管線安裝設備試驗，由RIM試驗曲線通過正弦公式得到地震試驗系統的運動參數；對于硬安裝設備，由RRS試驗曲線通過反演地震反應譜得到地震試驗系統的運動參數。

將上述兩個運動參數進行整理和優化，得到所要求的地震試驗系統的運動參數。

2.1 RIM試驗確定運動參數

三代核電的RIM試驗曲線見圖1[4]。

圖1 RIM試驗曲線

正弦計算公式為：

(1)

(2)

S2=2S1

(3)

式中:v為速度，m/s;a為加速度，m/s2；S1為單峰行程，m；S2為峰-峰行程，m；f為頻率，Hz。

計算得出2～64 Hz頻率下的位移、速度，見圖2、圖3。

圖2 不同頻率下的位移曲線

圖3 不同頻率下的速度曲線

根據圖2、圖3得出：地震試驗系統的最大峰-峰行程為164 mm，即單峰最大行程為82 mm，最大速度為1 m/s。

根據RIM試驗要求并考慮一定的裕度，地震試驗系統的運動參數見表1。

表1 RIM試驗要求下的地震試驗系統運動參數

2.2 RRS試驗確定運動參數

根據三代核電所要求的反應譜，反演得到人造地震波時程，再通過人造地震波時程獲得其對應的試驗反應譜(TRS)，并要求試驗反應譜能夠包絡要求反應譜。

RRS試驗要求的頻率為1～100 Hz，因此地震試驗系統的頻率為1～100 Hz。

根據RRS試驗要求并考慮一定的裕度，地震試驗系統的運動參數見表2。

表2 RRS試驗要求下的地震試驗系統運動參數

地震試驗系統的運動參數通過人工地震波時程的加速度、速度和位移參數來確定。設計者認為，標高為76 m的樓層要求反應譜值最大，其反演得出的參數決定了地震試驗系統的運動參數。此樓層反演得出人造地震波時程見圖4，并得出地震試驗系統需要輸出的加速度、速度和位移等參數[5]。根據圖4得出：地震試驗系統需要輸出的最大加速度X、Y方向為75.46 m/s2，Z方向為71.54 m/s2；最大速度X、Y方向為±4.2 m/s，Z方向為±3.2 m/s；最大單峰位移X、Y方向為±266 mm，Z方向為±170 mm。

圖4 標高76 m樓層要求反應譜和人造地震波時程曲線

2.3 地震試驗系統的運動參數

根據RIM及RRS試驗要求確定的地震試驗系統運動參數進行整理和優化，得到最終的地震試驗系統的運動參數指標見表3。

表3 地震試驗系統運動參數

3 結語

通過對三代核電設備RIM試驗和RRS試驗參數分析，經優化整理并考慮一定的裕量，三代核電設備抗震鑒定試驗所使用的地震試驗系統運動參數指標推薦如下：

(1) 頻率為1～100 Hz。

(2) 加速度X、Y、Z方向均為78.4 m/s2。

(3) 速度X、Y方向為±4.5 m/s，Z方向為±3.5 m/s。

(4) 位移X、Y方向為±280 mm，Z方向為±180 mm。