趙穎兵，陰冀川，孔靜

(1 深圳中廣核工程設計有限公司，廣東深圳518172;2 環(huán)境保護部華北核與輻射安全監(jiān)督站，北京100029;3 環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京100082)

0 引言

核級設備質量鑒定試驗是在試驗的方式驗證規(guī)定的運行條件和環(huán)境條件下進行的。核電站余熱排出泵電機作為余熱排出系統(tǒng)主要動力源，運行環(huán)境在安全殼內，為核安全級重要電氣設備，在核電站正常停堆和事故停堆工況下對反應堆堆芯的余熱導出起著關鍵的作用。

在設備設計階段為了驗證設備能否按規(guī)定的準確度和性能是否符合要求，就需要執(zhí)行一系列質量鑒定試驗，該系列鑒定試驗一般由基準試驗、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等三部分構成。

作為重要試驗項目的LOCA 試驗，主要模擬發(fā)生冷卻劑喪失事故時安全殼內的熱工和化學環(huán)境，考驗電機在LOCA 事故期間以及事故后是否能夠執(zhí)行其原有功能。

LOCA(Loss of Coolant Accident)即冷卻劑喪失事故，是指壓水堆核電站一回路承壓邊界破壞所引起的冷卻劑喪失事故，是壓水堆核電站設計的基準事故之一。

針對安全殼內使用的1E 級電氣設備，能否通過LOCA 試驗的考驗，是驗證其設計是否可行的標志之一，故其該在核安全級設備鑒定過程中具有重要地位。本文從試驗裝置構成，試驗過程(前期、中期、后期)三個階段對LOCA 試驗要點進行說明。

1 LOCA 試驗的相關要求

1.1 試驗裝置要求

LOCA 試驗對試驗裝置有較高的要求，主要體現(xiàn)在以下四方面:(1)要求試驗容器能承受高溫高壓;(2)要求溫升速率和壓力升高速率高;(3)試驗過程需要進行化學噴淋;(4)保證容器內設備通電。其中電動機等設備在試驗過程中需要帶載運行，要求容器外還要配備相應模擬負載。

1.2 試驗裝置組成

LOCA 試驗裝置一般是以LOCA 容器為中心，由蒸汽系統(tǒng)、化學噴淋系統(tǒng)、壓力調節(jié)系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成，工藝流程如圖1 所示。

圖1 LOCA 試驗工藝流程示意圖

1.3 試驗前準備

為確保試驗結論的有效性，按照HAF003 要求，應在試驗開始前，對LOCA 試驗活動涉及的各要素進行確定技術要求，試驗開展基本需滿足以下條件

(1)試驗人員資質:LOCA 試驗操作人員、數(shù)據(jù)采集人員、試驗中和試驗后性能測試人員具有相應能力，經(jīng)過相關技能培訓并考核后持證上崗。

(2)試驗及測量設備:LOCA 試驗設備、試驗爐配置的壓力和溫度儀表、數(shù)據(jù)采集設備等應具備檢定標識并配備相符合的檢定證書，處于有效備用狀態(tài)。

(3)電機準備情況:電機已按照鑒定大綱要求的試驗順序完成LOCA 試驗前的所有試驗，并按照要求進行了處理。

(4)文件準備情況:試驗單位應根據(jù)技術任務書或其他技術要求編制了試驗大綱和試驗細則，內容滿足相關國家標準和技術任務書要求，且為有效受控最新版本。

(5)環(huán)境要求:室內整潔，分區(qū)合理，各區(qū)域有明確標識。

1.4 試驗過程

LOCA 試驗過程應嚴格按照鑒定試驗大綱和試驗細則的規(guī)定實施，試驗過程形成的溫度和壓力曲線應與試驗大綱確定曲線基本保持一致。以CPR1000 堆型用余熱排出泵電機的LOCA 試驗為例，其熱力和壓力曲線見圖2。

圖2 LOCA 事故模擬試驗曲線

根據(jù)曲線，其試驗過程可分為9 個階段，每個階段應按下列要求實施

階段0:正常大氣條件下，電機在LOCA 爐內安裝結束并關閉容器。

階段1 和階段2:通過緩慢升溫對設備作預調整，穩(wěn)定容器中的溫度至50℃，該階段持續(xù)時間應≥24h。

階段3:實施第1 個熱動力沖擊。沖擊達到最高溫度156℃和最高560kPa 壓力的時間應小于30s，該階段持續(xù)時間為12min。

階段4 和階段5:自然冷卻至50℃，保持24h。

階段6:該階段包括三部分:第2 次熱動力沖擊、化學噴淋和起動電機。

第2 個熱動力沖擊沖擊達到最高溫度和壓力的時間應小于30s，階段6 的持續(xù)時間為96h。余熱排出泵電機的情況特殊，應該參照曲線圖3 和圖4。

圖3 LOCA 試驗階段6 壓力曲線

圖4 LOCA 試驗階段6 溫度曲線

化學噴淋在t=200s 時將化學溶液噴霧到設備上，直至階段6 結束?；瘜W溶液初始成分見表1。

表1 化學溶液初始成份

起動電機。在階段6 開始后4 h，將電機在額定電壓下帶載起動，所帶負載與電機所帶余熱排出泵負載相同，連續(xù)運行到階段7。在此期間，需測量電機的運行參數(shù)，其中包括:電源電壓、頻率、定子溫度、泄漏電流、吸收功率、軸承溫度、載荷、轉矩等。

階段7:事故后熱動力條件下的性能試驗，持續(xù)10d。相對濕 度＞80%，絕對壓力為200±50kPa，試驗時間τ 和試驗溫度θ 的基準值分別為10d 和100±5℃。對于任何不同于100℃的試驗溫度，試驗時間τ(以h 計)需要按下述公式計算

τ 的最小值等于100h。

階段8:將容器與大氣連通，自然冷卻。在試驗過程中，沖擊時間、最高溫度和最高壓力等試驗條件不低于上述試驗曲線的要求。

1.5 試驗后數(shù)據(jù)采集及檢查

試驗結束后，使帶載電機逐漸恢復至大氣條件，并在此條件下保持帶載至少1h。對電機進行以下性能試驗。

(1)在1Un 直流電壓下，記錄1min 內的泄漏電流。

(2)在交流50Hz、1Un 下，測量介質損耗角的正切值，測量局部放電電流。

(3)全部性能試驗完畢后對電機解體，進行結構檢查。解體后的電機，經(jīng)檢查符合要求，再進行裝配，進行起動、運行和停機性能測試。

2 LOCA 試驗常見問題

2.1 許可證制度監(jiān)管

根據(jù)《民用核安全設備設計制造安裝和無損檢驗監(jiān)督管理規(guī)定》(HAF601)的要求，申請領取民用核安全設備設計和制造許可證的單位，應當向國家核安全監(jiān)管部門提交鑒定試驗大綱和必要的文件。國務院核安全監(jiān)管部門要進行技術評審，包括對模擬件制作活動方案、質量計劃等材料的審查，以及制作過程中的現(xiàn)場監(jiān)督見證等。

LOCA 試驗作為鑒定試驗中最重要試驗之一，國家核安全監(jiān)管部門在技術審查較多選取該試驗進行審查。申請單位應按照監(jiān)管部門的意見，在LOCA 試驗準備、熱動力沖擊過程、試驗后的性能試驗開展前，書面通知國家監(jiān)管部門進行現(xiàn)場審查。

2.2 試驗過程中不符合項處理

針對LOCA 試驗過程中出現(xiàn)的異常情況，一般參照下列的措施處理。當有故障影響到階段3或階段6 的實施并使溫度和壓力低于規(guī)定的曲線時。

(1)在階段3 或階段6 前12min 內發(fā)生的故障，可按情況在階段2 或階段5 重新開始試驗。

(2)對于在階段6 的12min 后發(fā)生的故障，按以下2 種方法處理。

①如果在規(guī)定的最小溫度曲線與試驗實際曲線之間的面積(等效于溫度-時間的積△θ×t)小于20℃·分，而且這兩條曲線之間的最大溫度差值△θ 小于10℃，則試驗繼續(xù)，并在階段6 結束時在故障持續(xù)期間延長到溫度為75±5℃;在相反情況下，則在階段6 中在對應于故障出現(xiàn)時刻重作試驗。

②如果在規(guī)定的最小壓力曲線與試驗實際曲線之間的面積(等效于壓力-時間的積△P×t)小于2 巴·分，而且這兩條曲線之間的最大壓力差值△P 小于1 巴，則試驗繼續(xù)進行;在相反情況下，則在階段6 中在對應于故障出現(xiàn)時刻重作試驗。

當壓力和溫度參數(shù)兩者同時低于規(guī)定的最小曲線時，則可將兩者作為獨立的故障進行分析，不必對上面的規(guī)定施加任何附加限制。

2.3 關于試驗裕度

根據(jù)相關標準的要求，并依據(jù)具體核電堆型的曲線要求，LOCA 試驗可采用以下方法實施:

(1)實施一次熱力沖擊，留有一定的裕度。(2)連續(xù)實施兩次沖擊，不考慮與理論計算值比較的裕度。

目前CPR1000 堆型的電氣設備所有LOCA試驗基本參照按照圖2 進行兩次沖擊，但在其他堆型上(如ACP1000 等)可能要求LOCA 試驗采用一次沖擊，這就要按照標準的要求增加一定裕度。

當沒有明確規(guī)定時，在保持設備功能不變的情況下，對于試驗中的電機工作條件，建議采用下列鑒定裕度

(1)電源電壓:額定值的±10%(除非另有規(guī)定，可不執(zhí)行本額定值)。

(2)頻率:額定值的±5%(除非另有規(guī)定)。

(3)事故條件下的熱力特性。

飽和蒸汽溫度:選擇的裕度應使得試驗壓力超過最高工作溫度對應的飽和蒸汽壓力的部分不大于1×105Pa;

壓力:飽和蒸汽相對壓力的+10%，但不大于1X105Pa;

時間:在設計基準事件以后要求設備繼續(xù)工作時間的10%;

瞬態(tài):一種環(huán)境參數(shù)的瞬變(壓力或溫度)并具有一定的裕度，或兩種環(huán)境參數(shù)的瞬變沒有裕度。

(4)累計老化和事故輻照劑量:理論計算值的10%。

也就是如果采用一次沖擊，需要在LOCA 試驗前的累積老化和事故輻照試驗中增加裕度，并在LOCA 試驗過程中在溫度、壓力、時間、瞬態(tài)等參數(shù)上增加一定裕度，以滿足鑒定要求。

3 結語

余熱排出泵電機LOCA 試驗作為其鑒定試驗過程中最為重要的試驗之一，持續(xù)時間較長，操作過程復雜，一直受到國家核安全監(jiān)管部門的重點關注。這就要求國內的試驗單位嚴格按照標準去實施，對試驗過程進行客觀記錄。同時也要求核電業(yè)主、工程公司提高對鑒定試驗的審查力度。以“安全第一，質量第一”的核安全文化理念，共同確保核安全設備質量，為國家核電事業(yè)做出貢獻。

［1］ 國務院.中華人民共和國國務院令第500 號民用核安全設備監(jiān)督管理條例［Z］.北京:中華人民共和國國務院，2007.

［2］ 國家核安全局.HAF003 核電廠質量保證安全規(guī)定［S］.北京:國家核安全局，1991.

［3］ 國家核安全局.HAF601 民用核安全設備設計制造安裝和無損檢驗監(jiān)督管理規(guī)定［S］.北京:國家核安全局，2008.

［4］ GB/T 12727—2002.核電廠安全系統(tǒng)電氣設備質量鑒定［S］.

［5］ RCC-E.核島電氣設備設計和建造規(guī)則［S］.

［6］ IEEE 323—2003.Qualifying Class 1E Equipment for Nuclear Power Generating Stations［S］.

［7］ IEEE 383—2003.Qualifying Class 1E Electric Cables and Field Splices for Nuclear Power Generating Stations［S］.

［8］ NB/T 20084—2012.核電廠安全級余熱排出泵電機鑒定試驗規(guī)程［S］.

［9］ 顏昌彪.LOCA 鑒定試驗臺設計研究［J］.廣東化工，2011(2):40-42.

［10］ 王琭.LOCA 試驗質量影響因素分析［J］.中國核電，2008(2):140-145.