北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司 孟廣國，鄒華明環(huán)境保護部核與輻射安全中心 郭銀輝北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司 裴紅偉

我國核電站安全級數(shù)字化儀控系統(tǒng)設備鑒定適用標準研究

北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司 孟廣國，鄒華明
環(huán)境保護部核與輻射安全中心 郭銀輝
北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司 裴紅偉

核級設備鑒定技術是保障核電站安全經濟運行的必要技術手段,同時也是實現(xiàn)核電自主化的核心技術之一。在核級設備鑒定方面,我國尚未形成完整的標準體系架構,只將部分國際標準轉化為國內標準。而國際上有以NRC為代表的多個標準體系,且各個標準體系之間對設備鑒定要求也不統(tǒng)一,導致我國設備鑒定方面的采標存在一定的難度。本文從我國在役、在建核電站設計建造中采用的設備鑒定標準出發(fā),分析、比較、研究NRC、RCC-E、IEC等標準體系中要求執(zhí)行的設備鑒定標準,綜合考慮這些標準體系的要求,提出一套適用于我國核安全級數(shù)字化儀控系統(tǒng)設備鑒定適用的標準體系。

核電站；安全級；數(shù)字化儀控系統(tǒng)；設備鑒定；標準

核電站安全級數(shù)字化儀表控制（DI&C）系統(tǒng)是核電站的神經中樞系統(tǒng)，核電站機組的可靠、經濟運行很大程度上取決于I&C系統(tǒng)的性能水平。而核級設備鑒定技術又是保障I&C系統(tǒng)在經受正常、異常服務條件及事故條件時能正常運行的必要技術手段，同時也是實現(xiàn)核電自主化的核心技術之一。

在核級設備鑒定方面，國際上存在兩大標準體系，分別是美國體系和歐洲體系，美國體系以美國核管理委員會（NRC）發(fā)布的法規(guī)、導則、標準審查大綱（SRP）與國際電工電子工程師協(xié)會（IEEE）機構發(fā)布的標準形成；歐洲體系以國際原子能機構（IAEA）發(fā)布的法規(guī)、導則與國際電工委員會（IEC）機構發(fā)布的標準形成。其中歐洲體系中的設備鑒定要求又存在法國和德國兩大分支。

而我國在各層級的標準中，幾乎都是翻譯現(xiàn)有標準體系中的、法規(guī)及標準再結合我國核電站設計建造方面的經驗形成的我國自己的法規(guī)、國家標準或行業(yè)標準。除HAF及HAD是完全從IAEA法規(guī)及導則順承下來外，其余各標準，尤其鑒定方面則來自不同的體系。這些不同的體系之間對于設備鑒定的要求也不完全統(tǒng)一，導致我國在設備鑒定方面的采標工作存在一定困難。因此有必要從我國在役、在建核電站設計建造中采用的設備鑒定標準出發(fā)，分析、比較、研究國際上其他標準體系中要求執(zhí)行的設備鑒定標準，綜合考慮這些標準體系的要求并將其統(tǒng)一，提出一套適用于我國核安全級數(shù)字化儀控系統(tǒng)設備鑒定適用的標準體系。

1 設備鑒定標準體系

1.1 美國標準體系現(xiàn)狀

美國標準體系主要包括NRC發(fā)布的美國聯(lián)邦法規(guī)10CFR50、RG導則、NUREG 0800標準審查大綱（SRP）以及IEEE發(fā)布的相關標準。其中10CFR50站在美國標準體系的頂端，指出了核電站設計建造許可相關要求，RG和SRP是對核電站建造和運行中進行審查的相關導則，其分析了10CFR50中相關要求，并給出解釋及提出了審查方法和通過準則，用于指導NRC員工的具體審查活動。這些導則認可部分IEEE相關標準或這些標準的部分章節(jié)內容，因此這些導則建立了10CFR50法規(guī)和IEEE標準之間的橋梁。

作為美國體系架構中頂層法規(guī)10CFR50中對于鑒定的要求體現(xiàn)在10CFR50.49、GDC2及GDC4及10CFR50.55a(h)中。GDC2指出“安全重要的建筑物、系統(tǒng)、部件的設計應該能抵抗自然現(xiàn)象：地震、旋風、颶風、洪水、海嘯、湖震”。GDC4指出“安全重要的建筑物、系統(tǒng)、部件的設計應該能抵抗運行、維護、測試、假設事故（LOCA）等環(huán)境條件”。這些都隱含著設備鑒定的要求。美國聯(lián)邦法規(guī)10CFR50. 49規(guī)定了核電廠安全重要電氣設備的環(huán)境鑒定要求，但該法規(guī)同時指出，位于溫和環(huán)境中的安全重要電氣設備的環(huán)境鑒定不包括在其范圍內。此外，10CFR50.55a（h）中指出，安全系統(tǒng)必須符合IEEE603-1991的要求，而IEEE603章節(jié)5.4指出，設備鑒定應該使用型式試驗法、運行經驗法、分析法、組合法來證實設備性能要求符合指定的設計基準。1E級鑒定應該按照IEEE323要求進行。使用數(shù)字計算機及固件的設備準則應參考IEEE7-4.3.2。

SRP第七章是針對儀控系統(tǒng)要求的審查導則，其附錄SRP7 .1-C章節(jié)5.4及7.1-D章節(jié)5.4分別提出了儀控系統(tǒng)應分別符合IEEE603章節(jié)5.4及IEEE7-4.3.2章節(jié)5.4的要求。

以上標準并沒有提及設備鑒定的詳細要求，而作為取證過程的指導文件DI&C-ISG-06中指出，溫和環(huán)境條件下設備的環(huán)境鑒定應依據(jù)RG1.209進行，RG1.209-2006認可IEEE323-2003的部分章節(jié)作為環(huán)境鑒定的通用準則。同時RG1.209指出，NRC認可TR-107330-1996作為溫和環(huán)境條件下的環(huán)境鑒定，TR-107330中的環(huán)境條件和溫和環(huán)境條件下的環(huán)境相當。RG1.209還指出IEEE323-2003中的環(huán)境條件暗含著電磁兼容相關要求，此部分要求應符合RG1.180-2003和TR-102323-1996。

設備鑒定除了環(huán)境鑒定還包括抗震鑒定，有關抗震鑒定相關要求在RG1.100中有相關說明。RG1.100-1988認可IEEE344-1975。

從以上分析來看，美國標準體系中對于鑒定相關要求及標準依據(jù)，參考圖1的關系：

圖1 美國標準體系設備鑒定依據(jù)標準架構

1.2 歐洲標準體系現(xiàn)狀

歐洲標準體系主要是建立在IAEA法規(guī)、導則及IEC標準的基礎上。IAEA相關法規(guī)及導則站在歐洲標準體系的頂端。有關核動力廠儀控系統(tǒng)的安全導則是NS-G-1.3-2002，其章節(jié)4.62～章節(jié)4.73是設備鑒定相關內容。其指出：“‘設計要求’規(guī)定，要制訂一個質量鑒定程序，以證實所述設備在其整個設計工作壽期中，當其處在要求其完成安全功能時可能出現(xiàn)的環(huán)境條件（振動、溫度、壓力、噴氣式飛機撞擊、電磁干擾、輻射、濕度或其任何可能的組合）下，能夠滿足完成安全功能的要求。NS-G-1.3-2002中并沒有指出設備鑒定應該依據(jù)哪個標準，而作為儀控系統(tǒng)總體要求的IEC標準是IEC61513-2001。 其章節(jié)6.4指出了系統(tǒng)質量鑒定的相關要求，其指出了系統(tǒng)設備鑒定應該遵循的標準是IEC60780-1998。

在歐洲標準體系中，法國及德國各自建立了自己的一套鑒定標準體系，尤其是法國的RCC-E及其配套規(guī)范，在中國各壓水堆電站系統(tǒng)的設備鑒定中得到了廣泛應用。

法國標準體系是法國電力公司、法馬通公司、諾瓦通公司組成的“法國鍋爐電氣設備設計建造規(guī)則協(xié)會”AFCEN編制的，以“法國核島電氣設備設計建造規(guī)則”RCC-E及其配套規(guī)范構成標準體系架構。其中，B卷是針對鑒定與認可的相關要求。其章節(jié)B2600指出，如果不按照RCC-E方法實施，則可以使用替換方法，替換的方法需滿足IEC60780。由此可見，法國標準體系也認可IEC60780。

而德國標準體系架構，是德國核標準委員會出的KTA系列標準。其中KTA3503是安全重要的電氣插件的型式試驗標準，而對于系統(tǒng)級的鑒定，KTA3503在附錄B中指向了IEC60780。而我國已將KTA3503-1982轉換成我國核行業(yè)標準EJ/T 609-1991

從以上幾點分析來看，IEC60780是歐洲體系中設備鑒定的主體標準。分析該標準對于鑒定內容的要求得出，鑒定應分三組進行，并分別依據(jù)標準IEC 61298-2、IEC 60980、IEC 61000-4系列、IEC 60068-2系列執(zhí)行。

從以上分析來看，歐洲標準體系中對于鑒定相關要求及標準依據(jù)，符合圖2的關系：

圖2 歐洲標準體系設備鑒定依據(jù)標準架構

1.3 中國體系現(xiàn)狀

我國在核安全方面頒布了一系列法律、法規(guī)、導則、技術文件及相關標準。這些法律、法規(guī)及導則等文件處在不同的層次上，如圖3所示：

圖3 我國核安全方面法規(guī)、標準體系層次結構

HAF及HAD是法規(guī)層面，只有對設備鑒定總體要求的描述，并未提及設備鑒定該如何實施，具體內容在規(guī)范及標準層面。不幸的是，在設備鑒定方面我國暫未建立完整的標準體系架構，而是將各大體系中的部分規(guī)范、標準轉化成了我國的相關標準和規(guī)范文件。如表1所示：

表1 國內設備鑒定相關標準

從上表可以看出，設備鑒定相關標準主要來自IEEE和IEC，并未形成一個完整體系，且這些鑒定相關標準之間對于鑒定相關要求也不完全統(tǒng)一。

2 設備鑒定適用標準分析

2.1 設備鑒定標準的三層架構

鑒定試驗標準應按照三個層次進行選用，主體標準、配套標準/導則、通用標準。主體標準規(guī)定設備鑒定的一般過程、程序和方法，并沒有對具體鑒定試驗有很詳細的說明，執(zhí)行起來存在一定困難。因此需要配套標準或導則，針對某些鑒定試驗專題項目展開說明，以從中找到適合自己產品的合適的試驗等級及試驗指標。這些配套標準是指導性質的，具體試驗執(zhí)行時一般引向了通用標準，例如RG1.180引向了IEC61000-4及IEC61000-6系列。

下面章節(jié)就從三個層次分析設備鑒定的適用標準。

2.2 主體標準

美國體系中的IEEE323是核電站1E級電氣設備鑒定的通用標準。歐洲體系中主要以IEC60780核電站安全系統(tǒng)電氣設備質量鑒定作為1E級鑒定的通用標準。另外法國也提出了以RCC-EB卷為依據(jù)的鑒定規(guī)范，RCC-E B卷也認可IEC60780的相關要求，其指出，如不按照RC-E要求進行鑒定，則鑒定必須符合IEC60780要求。而德國提出的型式試驗標準中KTA3503也提出系統(tǒng)級鑒定應該符合IEC60780要求。我國已將IEC60780轉換成GB/T 12727，目前此標準是我國電氣設備鑒定頂層標準。

分析比較這幾個主體標準的主要內容，可以得到RCC-E B卷中關于電氣設備鑒定試驗項目上的規(guī)定與GB/T 12727 5.4.2中的規(guī)定是一致的。從電氣設備鑒定試驗的主體標準角度來說，執(zhí)行RCC-E B卷與執(zhí)行GB/T 12727是一致的、相當?shù)?。GB/T 12727與IEEE323及RCC-E B卷中規(guī)定鑒定試驗內容及鑒定試驗可以使用的方法是基本一致，但三者之間重點介紹的內容又有些區(qū)別。

雖然GB/T12727是我國電氣設備鑒定的主體標準，但RCC-E B卷在中國各壓水堆電站系統(tǒng)的設備鑒定中得到了廣泛應用，它的相關要求我們也有必要考慮。此外IEEE323作為美國體系中的設備鑒定標準，也越來越受到大家重視，且國際上其他DCS平臺的設備鑒定也都參考了該標準。因此在設備鑒定中主體標準的采用上，適宜以GB/T 12727為主，同時也充分考慮IEEE323及RCC-E B卷的相關要求。

2.3 配套標準、導則及通用標準

無論是美國體系還是歐洲體系，都將設備鑒定分成幾個階段，并按照一定的順序執(zhí)行。不同的階段有不同的配套標準和導則及通用標準與之相對應。分析這幾個主體標準對于試驗階段的劃分，總結出設備鑒定可以按照四個階段進行：基準試驗、環(huán)境試驗、EMC試驗、抗震試驗。下面就從這幾個方面分別分析各階段適用的配套標準及指導標準。

2.3.1 基準試驗

基準試驗對應于GB/T 12727-2002中章節(jié)5.4.2中規(guī)定的第一組試驗中的a）和b）以及RCC-E B卷中的B3200。主要目的是檢查設備在正常環(huán)境條件下的功能特性，產生基準數(shù)據(jù)作為后續(xù)試驗基準。試驗包括兩部分要求，一是電氣接口特性試驗，如介電強度試驗與絕緣電阻試驗。另一部分是功能特性的測試試驗。對于第一部分，以及功能特性試驗，除了需要依據(jù)設備的技術規(guī)格書外，按照 GB/T 12727-2002要求，還應參考IEC61298-2中的測試方法。

對于基準試驗中的測試環(huán)境條件，EJ/T 1197-2007給出了說明。EJ/T 1197前言中明確指出，其作為GB/T 12727的配套標準使用，其章節(jié)5.2中指出了基準試驗的環(huán)境條件應符合GB/T 2421中正常環(huán)境條件的規(guī)定。RCC-E的B3200也提出了基準功能測試時的正常大氣條件要符合MC1330的規(guī)定。

依據(jù)以上對于基準試驗及基準試驗環(huán)境條件依據(jù)的標準分析，得出基準試驗應依據(jù)的配套標準及通用標準如圖4所示：

圖4 基準試驗依據(jù)的配套標準及通用標準

2.3.2 環(huán)境試驗

對于環(huán)境試驗，EJ/T1197-2007作為GB/T 12727-2002的配套標準，較為詳細地指出了環(huán)境試驗相關要求，包括正常運行條件下的極限值試驗及機械強度試驗和/或耐久性試驗。同時該標準在附錄中指出了運行條件的極限值范圍。此外章節(jié)5.4規(guī)定了應進行的機械強度試驗和/或耐久性試驗。這些實驗應依據(jù)的通用標準是GB/T 2423系列。

在NRC的標準體系中，核電站基于計算機的安全相關的儀控系統(tǒng)的鑒定應依據(jù)RG1.209。其指出溫和環(huán)境條件下的環(huán)境條件應該考慮溫濕和電磁環(huán)境，其指出RG1.209中要求的溫和環(huán)境條件下的溫濕環(huán)境條件與EPRI TR-107330規(guī)定環(huán)境條件相當，RG1.209認可EPRI TR-107330。此外TR-107330對于環(huán)境試驗中的配置及合格判據(jù)也給出了一些具體指導， NUREG 0800 SRP7.1-D中也明確指出，其認為EPRI TR-107330適用于評估已經存在PLC系統(tǒng)。

依據(jù)以上對于環(huán)境試驗要求及試驗環(huán)境條件依據(jù)的標準分析，得出環(huán)境試驗應依據(jù)的配套標準及通用標準如圖5所示：

圖5 環(huán)境試驗依據(jù)的配套標準、導則及通用標準

2.3.3 EMC試驗

對于EMC試驗，GB/T 12727及RCC-E以及GB/T 12727的配套標準EJ/T 1197都沒有給出明確的指導。而NRC標準體系中，RG1.209明確指出，溫和環(huán)境條件下的環(huán)境條件除應該考慮溫濕之外，還應該考慮EMC，且按照RG1.180以及TR-102323要求進行。RG1.180及TR-102323認可的通用標準有MIL-STD及IEC61000-4及IEC 61000-6系列。而我國已將IEC61000-4及IEC61000-6系列標準轉化成了國家標準GB/T 17626及GB/T 17799系列。此外TR-107330對于EMC試驗中的配置及合格判據(jù)等要求也給出了一些具體指導，因此關于EMC試驗要求應依據(jù)的指導標準及通用標準如圖6所示：

圖6 EMC試驗依據(jù)的配套標準、導則及通用標準

2.3.4 抗震試驗

對于抗震試驗，NRC導則RG1.100認可抗震試驗通用標準IEEE344。EPRI TR107330-1996作為NRC認可的鑒定試驗標準，也提出了鑒定試驗應該按照IEEE344要求進行。而我國已將IEC60980轉化為GB 13625，然后又將IEEE 344及GB13625進行綜合考慮，將其轉化為HAF.J0053。此外我國于2011年，在GB13625的基礎上，并結合我國電氣設備抗震鑒定方面的實踐經驗，編制了NB/T 20040，作為GB 13625的配套標準。 GB13625、HAF. J0053及NB/T 20040均可用于抗震鑒定試驗的通用標準，指導抗震鑒定試驗的執(zhí)行。此外TR-107330對于抗震試驗中的配置及合格判據(jù)等要求也給出了一些具體指導，關于抗震試驗要求應依據(jù)的指導標準及通用標準如圖7所示：

圖7 抗震試驗依據(jù)的配套標準及通用標準

2.4 結論

依據(jù)以上對四個階段鑒定過程適用的配套標準、指導標準及通用標準的分析，得出數(shù)字化I&C系統(tǒng)設備鑒定適用的三層標準架構如圖8所示：

圖8 設備鑒定依據(jù)標準架構

3 結束語

核電發(fā)達國家無一不例外的建立了自己完善的設備鑒定標準體系，美國是個很好的例子。我國正在國產化的進程中，儀控系統(tǒng)的核級鑒定是國產化的核心技術之一，而儀控系統(tǒng)的核級鑒定又以鑒定標準體系為依據(jù)。長期以來，我國對于設備鑒定應該依據(jù)的標準及應該符合的鑒定程序眾說紛紜，導致核級鑒定的道路曲折。因此我們應該建立自己的設備鑒定標準體系，統(tǒng)一鑒定要求，與核電發(fā)達國家的做法接軌。本文通過對美國標準體系、歐洲標準體系及法國和德國有關儀控系統(tǒng)設備鑒定的核安全法規(guī)和標準的分析比較，橫向上分別從基準試驗、環(huán)境試驗、EMC試驗、抗震試驗分析了設備鑒定應該依據(jù)的不同層次的標準?？v向上，分別從主體標準、配套標準及導則、通用標準三個層次上分析了設備鑒定應該依據(jù)的標準，并結合我國標準的現(xiàn)狀提出了設備鑒定應依據(jù)的三層標準體系架構。

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Applicable Equipment Qualification Standards Research of Digital I&C System Important to Safety of Nuclear Power Plants in China

The technology of class 1E digital I&C equipment qualification is one of measures to guarantee safe and economical operation of nuclear power plants (NPPs) and also is one of key technologies to realize autonomy intellectual property rights of digital I&C system in NPPs. Nowadays, there have been two mature standard architectures which are widely adopted in the world. One is from the United States of America, the other is from Europe. Some standards in both architectures have been referred in corresponding national standards, or even totally converted. But there is no complete standard architecture in China, which can guide digital I&C equipment qualification activities according to current situation. Based upon the adopted equipment qualification standards in the design and construction of nuclear power plants in-service and inconstruction in China, this paper will analyze, compare and study the required qualification standards in the architectures mentioned above, and then put forward an applicable standard architecture of equipment qualification for digital I&C system important to safety in China.

Nuclear power plant; Safety; Digital I&C system; Equipment qualification; Standard

孟廣國（1969-）,男，高級工程師，現(xiàn)主要從事核電廠安全級保護系統(tǒng)設備測試、驗證、鑒定等科研工作。