美法核級電氣設備鑒定標準比較

吳 斌

(中廣核工程有限公司 設備采購與成套中心，廣東 深圳 518124)

0 引言

根據發改能源[2016]2744號印發的《能源發展“十三五”規劃》，2020年運行核電裝機力爭達到5800萬千瓦，在建核電裝機達到3000萬千瓦以上[1]，并且強調：加快堆型整合步伐，穩妥解決堆型多、堆型雜的問題[1]。在目前的在建機組中，二代加CPR1000機組正在收尾，三代EPR、AP1000以及華龍一號等示范項目正在逐漸建成。盡管目前已形成了華龍一號批量化建設的態勢，但隨著國核一號的開建，以及AP1000一些廠址待建，未來在中國建設的堆型中，其應用的標準仍然主要是法國標準和美國標準。對于核級電氣設備的鑒定來說，美國標準主要是IEEE 323和344，法國標準主要是RCCE以及其引用的NF M 64-001。

IEEE 323和IEEE 344是專門針對1E級設備鑒定的標準，而RCC-E內容更為廣泛，RCC-E中涉及鑒定的主要是卷A、卷B和卷MC，分別為一般規定和質量要求、鑒定與認可、檢查和試驗方法。另外，由于RCC-E中較多地引用了NF M 64-001《事故環境下電氣設備的鑒定》，因而本文主要將IEEE 323 2003、IEEE 344 2004與RCC-E 1993和RCC-E 2005的卷A、卷B和卷MC以及NF M 64-001 1991進行對比分析；另外，本文僅討論硬件的鑒定，軟件的鑒定不在本文討論之列。

表1 設備分級比較Table 1 Comparison of equipment classification

1 基礎項目比較與分析

1.1 適用范圍

在IEEE 323 2003中，對核級（1E級）的定義為“對緊急停堆、安全殼隔離、反應堆堆芯冷卻、安全殼和反應堆熱量導出或其它對于阻止放射性物質向環境大規模釋放非常重要的電氣設備和系統的安全等級”[4]。在RCC-E 2005中，對1E級無明確的定義，但在RCC-E 1993中，對1E級的定義為“對緊急停堆、安全殼隔離、緊急反應堆堆芯冷卻、反應堆余熱導出、反應堆廠房熱量導出和阻止放射性物質向環境大規模釋放重要的電氣系統設備的安全等級”[2]。從這兩個定義來看，美國標準和法國標準對1E級設備的定義基本相同。因此，對比這兩個標準的異同就有了基礎。

1.2 標準架構

IEEE 323 2003包括適用范圍、參考文件、定義、設備鑒定準則、鑒定方法、鑒定大綱和文件七部分。作為一個獨立的設備鑒定標準，其結構上更為完整。

RCC-E是整個核島電氣設備設計和建造標準，包含的內容較為廣泛，其B章節作為設備鑒定標準來說不是特別完整，其它一些要求散見于其它章節，如MC卷“檢查和試驗方法”等。但RCC-E中對不同分類的設備提供不同的鑒定程序，實際中更易于操作。

1.3 設備分級

在IEEE 323 2003中，將設備的安裝環境分為和緩環境（Mild environment）和嚴酷環境（Harsh environment）。和緩環境是指不會比在電站整個正常運行包括預期的運行事件發生期間的環境條件更為嚴酷的環境。嚴酷環境是設計基準事件如冷卻劑喪失、高能管道破口和主蒸汽管道破口導致的環境[4]。

在RCC-E中，從設備鑒定角度，將1E級設備分為K1、K2和K3三類，各類設備分類如下：

K1類設備——安裝在安全殼內在地震載荷和正常環境、事故環境和/或事故后環境條件下執行特別功能的設備。

K2類設備——安裝在安全殼內在正常環境條件和地震載荷下執行特別功能的設備。

表2 試驗項目比較Table 2 Comparison of testing items

K3類設備——安裝在安全殼外在正常環境條件和地震載荷下執行特別功能的設備[3]。RCC-E 2005從K3類設備中引申出K3 ad類設備。K3 ad類設備也可以用于惡劣的環境條件，如蒸汽和/或輻照環境，但K3 ad類設備仍是安裝在安全殼外的。

以上三類設備均有相應的鑒定要求與方法。

IEEE 323和RCC-E中的設備分級基本可按表1對應。

從設備分級來說，RCC-E實際應用上更具可操作性，設備供應商根據該分類更容易針對性地進行鑒定試驗。

1.4 鑒定方法

根據IEEE 323 2003的5.1節要求，鑒定方法有4種：型式試驗法、經驗反饋法、分析法和混合法[4]。

在RCC-E 2005中，設備鑒定有3種方法，即試驗法、分析法和混合法[3]，其中分析法包含了根據經驗反饋進行的論證。

因此，兩種標準的鑒定方法一致。

1.5 試驗項目

在IEEE 323-2003中將試驗項目分為“正常和非正常服務條件試驗”和“設計基準事件條件試驗”。“正常和非正常服務條件試驗”包括環境壓力和溫度、相對濕度等，“設計基準事件條件試驗”包括高能管道破口、冷卻劑喪失事故、主蒸汽管道破口和/或安全停堆地震[4]，IEEE 323中試驗項目中未包含基準試驗，但在其試驗順序章節中包含了基準功能試驗。

RCCE 2005中將鑒定試驗項目分為基準試驗、極限運行條件下的試驗、耐久性試驗和/或評價設備性能隨時間變化的試驗以及模擬事故工況的試驗[3]。

兩種標準的試驗項目對照表如表2所示。

從兩種標準的比較來看，RCC-E標準的鑒定試驗項目的層次更為清晰實用。IEEE 323中試驗項目中層次不是特別清晰，但在其試驗順序章節中劃分了一定的層次。

雖然兩種標準的鑒定試驗項目不完全相同，但實際還是比較接近，一些試驗項目是否適用于被鑒定設備，需要具體問題具體分析。

1.6 試驗順序

在IEEE 323-2003中，對試驗順序的原則做出了規定，并提供了具體參考順序。其規定，型式試驗的步驟應將樣機在鑒定壽命期內置于導致設備降級最惡劣的情況下進行，所有試驗步驟的順序應在同樣的試驗樣機上進行[4]。

RCCE中未對鑒定試驗的順序做出具體說明，只是要求試驗順序應符合設備的特性。但其內容中基準試驗、極限運行條件下的試驗、耐久性試驗和/或評價設備性能隨時間變化的試驗以及模擬事故工況的試驗基本可以體現出試驗順序。

從總體上說，IEEE 323和RCC-E的鑒定試驗順序基本是一致的。

2 具體試驗項目對比

2.1 抗震試驗

2.1.1 美標中的抗震試驗要求

IEEE 344-2004是專門針對核級設備抗震鑒定的標準，在IEEE 344-2004的8.6中提供了多種抗震試驗方法，可分為兩類：單頻和多頻[5]。單頻方法包括連續正弦試驗、正弦拍波試驗、衰減正弦試驗、正弦掃波試驗。多頻方法包括加速度時程試驗、隨機運動試驗、復合運動試驗。以上這些測試方法，采用單軸、雙軸和三軸試驗都是允許的。

2.1.2 法標中的抗震試驗要求

RCC-E 2005標準中的抗震試驗方法包括：

- 單軸正弦拍波或正弦掃波試驗。

- 單軸加速度時程試驗。

- 雙軸獨立加速度時程試驗。

RCC-E 2005說明，在特定的鑒定大綱沒有規定方法時，推薦采用雙軸獨立加速度時程試驗方法[3]。在沒有規格書規定時，可采用通用反應譜進行試驗，該反應譜阻尼系數為5%。

2.1.3 抗震試驗對比分析

IEEE 344-2004中包含了RCC-E中所有的抗震鑒定試驗方法，不同的是RCCE中提供了通用的反應譜，但IEEE中只有試驗方法。根據RCC-E，通用反應譜的使用是有條件的，一是技術規格書沒有提供反應譜；二是設備剛性連接在土建結構上。因此，對于設備鑒定中的抗震試驗，應根據廠址條件、安裝位置以及安裝方式進行反應譜的計算，然后考慮一定的裕量后得到試驗反應譜。如果是已經完成了鑒定試驗的設備，在應用前應進行核算以確定是否滿足項目的實際需求。最典型的例子是對于安裝在管道上的溫度傳感器，由于管道可能的放大作用，如僅僅按照RCC-E的通用反應譜進行設備鑒定是不夠的。

2.2 輻照試驗

2.2.1 美標中的輻照試驗要求

IEEE 323中輻照試驗分為輻照老化試驗和事故環境條件試驗，試驗采用γ源。IEEE 323中未明確給出輻照老化試驗的總劑量。輻照事故環境條件試驗的總劑量應相對事故總劑量有10%的裕量。

2.2.2 法標中的輻照試驗要求

RCC-E電氣設備（電氣貫穿件除外）輻照老化試驗總劑量為250kGy，事故環境條件試驗總劑量為600kGy，試驗劑量率均為（1±0.5）kGy/h。

2.2.3 輻照試驗對比分析

IEEE 323未給出輻照總劑量以及試驗劑量率。

RCC-E給出了輻照老化總劑量和試驗劑量率，對于安裝在核島內的一般電氣設備，該總劑量是完全滿足要求的，但對插入主管道的溫度傳感器，其劑量率最大可達3Gy/h，250kGy的輻照老化試驗總劑量等效的壽命只有約9.5年。因此，按RCC-E標準的250kGy的輻照老化試驗總劑量進行鑒定試驗的該類傳感器，在達到輻照老化壽命期時需更換或進行延期論證。

因此，從可操作性來說，RCC-E標準更為方便實用，但對于溫度傳感器這樣安裝在大劑量區域的設備來說，完全按照RCC-E給定的劑量進行輻照老化鑒定是不合理的；另外，對于嚴重事故后需要使用的設備，應根據設備安裝位置的劑量對鑒定試驗劑量是否滿足進行核實。

2.3 LOCA試驗

2.3.1 美標中的LOCA試驗要求

IEEE 323中對LOCA試驗的描述非常簡單，沒有給出具體的LOCA鑒定曲線。

2.3.2 法標中的LOCA試驗要求

RCC-E對LOCA鑒定的具體要求參考NF M64-001，LOCA試驗分為8個階段，如圖1所示[6]。

2.3.3 LOCA試驗對比分析

法標給出了LOCA試驗曲線，易操作，其試驗可以覆蓋CPR1000和華龍一號項目LOCA情況下的環境條件，但對于采用法標鑒定的設備應用在AP1000等堆型，仍需進行包絡性分析。對于采用美標鑒定的設備，一般采用包絡具體堆型LOCA/HELB曲線的鑒定曲線進行設備鑒定，其應用在其他堆型時也需進行包絡性分析。

3 結束語

1）兩種標準有相同的基礎與互通性。兩種標準對核級設備的定義、鑒定方法和鑒定試驗項目基本是一致的。因此，兩種標準有相同的基礎，具備一定的互通性，按這兩種標準鑒定的電氣設備在一定程度上是可以互用的。

圖1 法標中的LOCA曲線Fig.1 LOCA Profile in french standards

2）RCC-E標準試驗順序、試驗方法和試驗參數都很明確，可操作性強，特別適合目前中國的國情，不僅作為CPR1000和華龍一號項目的標準使用，也可以作為編制中國通用的設備鑒定標準的重要參考。但由于RCC-E標準不僅僅是設備鑒定標準，包含的內容較為寬泛，因而對于設備鑒定來說，應用RCC-E標準從總體把握上稍差。

3）IEEE 323和IEEE 344標準是針對性的設備鑒定標準，總體把握上較好，而且提供了更多的可選擇方法，但該標準更多地從原則上對鑒定要求進行說明。因此，其可操作性上稍差，但其在核實鑒定試驗參數的合理性可作為有力的補充和參考文件。

4）對于應用RCC-E標準的堆型，采用按IEEE標準鑒定的設備，應對其進行補充分析，特別情況下應補充進行試驗，反之亦然。

5）即使是按RCC-E標準鑒定的設備應用在采用RCC-E標準的堆型上，在一定程度上也要進行廠址適應性分析。