紀(jì)桂強(qiáng)

（廣東正超電氣有限公司，廣東汕頭 515041）

0 引言

我國(guó)的第一座核電廠秦山核電廠建造于20世紀(jì)80年代初期，從秦山核電廠建造開(kāi)始，為保證核電站所使用設(shè)備的安全可靠性，國(guó)家核安全局就已經(jīng)提出了對(duì)于所有核安全級(jí)設(shè)備必須完成設(shè)備鑒定?？拐痂b定是核安全級(jí)電氣設(shè)備鑒定的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。地震是最常見(jiàn)、危害最大的自然災(zāi)害，它可能導(dǎo)致核電廠各物項(xiàng)同時(shí)失效（即共因故障），因此，需對(duì)在地震期間及之后執(zhí)行其預(yù)期功能的物項(xiàng)進(jìn)行抗震鑒定[1]。安全級(jí)低壓開(kāi)關(guān)柜安裝于核電廠核島廠房?jī)?nèi)，負(fù)責(zé)對(duì)核電廠安全系統(tǒng)供電；若安全級(jí)低壓開(kāi)關(guān)柜在發(fā)生地震時(shí)失效，可能對(duì)核安全造成無(wú)法估量的影響。安全級(jí)低壓開(kāi)關(guān)柜須按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗震試驗(yàn)考核，本文闡述了核電廠安全級(jí)低壓開(kāi)關(guān)柜的抗震鑒定試驗(yàn)?zāi)康摹⒎椒?、樣機(jī)選擇和試驗(yàn)過(guò)程。

1 抗震鑒定的目的

核安全級(jí)電氣設(shè)備的設(shè)備鑒定目的是證明該設(shè)備在其壽命期內(nèi)（如40年），在各種預(yù)期的運(yùn)行和事故工況下，都能可靠的動(dòng)作和運(yùn)行，履行其規(guī)定的安全功能。地震事件作為核電廠和緩環(huán)境下唯一設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件，抗地震性能對(duì)于安全級(jí)低壓開(kāi)關(guān)柜來(lái)說(shuō)是重點(diǎn)的考核項(xiàng)目。安全級(jí)低壓開(kāi)關(guān)柜只有通過(guò)抗震鑒定試驗(yàn)，驗(yàn)證開(kāi)關(guān)柜在核電廠地震事故狀態(tài)下，設(shè)備仍能執(zhí)行其預(yù)期的功能，保證核電廠安全系統(tǒng)供電，才能應(yīng)用于核電廠。

進(jìn)行抗震鑒定試驗(yàn)的目的在于測(cè)定設(shè)備的自振頻率，考核設(shè)備結(jié)構(gòu)及其部件的剛度、強(qiáng)度，驗(yàn)證設(shè)備在地震時(shí)和地震后能否正常動(dòng)作，保持其結(jié)構(gòu)完整性，以執(zhí)行相關(guān)的安全功能。

2 抗震鑒定的方法

抗震鑒定可通過(guò)試驗(yàn)、分析或分析與試驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行。HAF-J0053規(guī)定：一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于能動(dòng)（即通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)其安全功能）的機(jī)械設(shè)備和1E級(jí)電氣設(shè)備，在原型樣機(jī)第一次抗震鑒定時(shí)，宜采用試驗(yàn)方法[2]。安全級(jí)低壓開(kāi)關(guān)柜屬于IE級(jí)電氣設(shè)備，因此，對(duì)于安全級(jí)低壓開(kāi)關(guān)柜的樣機(jī)的第一次抗震鑒定時(shí)，采用試驗(yàn)方法。

安全級(jí)低壓開(kāi)關(guān)柜抗震試驗(yàn)是質(zhì)量鑒定的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。質(zhì)量鑒定的次序應(yīng)按老化試驗(yàn)、抗震試驗(yàn)、LOCA環(huán)境試驗(yàn)的順序在同一套試驗(yàn)樣機(jī)上進(jìn)行。對(duì)需要進(jìn)行功能評(píng)價(jià)的樣品，應(yīng)監(jiān)測(cè)其在試驗(yàn)前、試驗(yàn)中和試驗(yàn)后的性能[3]。

按照HAF J0053和RCC-E等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，樣機(jī)進(jìn)行抗震試驗(yàn)采用三軸時(shí)程試驗(yàn)法，并考慮10%的裕度，在試驗(yàn)前，先對(duì)設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)，然后進(jìn)行5次OBE運(yùn)行基準(zhǔn)地震試驗(yàn)和1次SSE安全停堆地震試驗(yàn)，強(qiáng)信號(hào)區(qū)段至少持續(xù)時(shí)間為10 s，信號(hào)總持續(xù)時(shí)間最少為30 s；阻尼比5%；OBE水平方向包絡(luò)頻譜如表1所示，OBE垂直方向包絡(luò)頻譜如表2所示，SSE反應(yīng)譜按照OBE反應(yīng)譜的2倍選取。進(jìn)行每次OBE和SSE試驗(yàn)過(guò)程中，設(shè)備通電并對(duì)各二次回路進(jìn)行至少1次分合閘操作，并監(jiān)視下列器件狀態(tài)：

（1）一次回路導(dǎo)體應(yīng)能承受操作電壓和瞬間過(guò)電壓；

（2）斷路器應(yīng)能閉合、承載、斷開(kāi)最嚴(yán)酷應(yīng)用條件下所規(guī)定的負(fù)載電流；

（3）斷路器應(yīng)能閉合、承載、斷開(kāi)最嚴(yán)酷應(yīng)用條件下所規(guī)定的短路電流；

（4）斷路器只能在得到指令時(shí)操作，進(jìn)行分?jǐn)?、閉合一次或二次回路；

（5）保護(hù)元器件、控制和輔助系統(tǒng)應(yīng)能支持一次回路的功能性要求。

表1 OBE水平方向反應(yīng)譜

表2 OBE垂直方向反應(yīng)譜

3 抗震鑒定試驗(yàn)樣機(jī)的選擇

安全級(jí)低壓開(kāi)關(guān)柜抗震試驗(yàn)樣機(jī)（下簡(jiǎn)稱：樣機(jī)）應(yīng)是經(jīng)老化試驗(yàn)的樣機(jī)?？沟卣痂b定試驗(yàn)一般采用1∶1模型，即以原型設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)[6]。鑒定試驗(yàn)樣機(jī)的結(jié)構(gòu)、元器件選擇應(yīng)具有代表性，以保證樣機(jī)性能足以代表1E級(jí)低壓抽屜式成套開(kāi)關(guān)設(shè)備的典型特性。

樣機(jī)的結(jié)構(gòu)必須有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，具有較強(qiáng)的抗地震性能，樣機(jī)結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度是影響設(shè)備抗地震性能的關(guān)鍵因素?？蓮臍んw材料、制造工藝、特殊加強(qiáng)結(jié)構(gòu)來(lái)提升樣機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度，使樣機(jī)結(jié)構(gòu)具備足夠的機(jī)械強(qiáng)度，是設(shè)備抗地震性能的基本保障。此外，特別指出的是，由于樣機(jī)上各抽屜單元采用接插連接結(jié)構(gòu)，其抗震動(dòng)能力最差，需要采取特殊的機(jī)構(gòu)對(duì)抽屜單元進(jìn)行鎖定，防止抽屜單元在震動(dòng)過(guò)程中發(fā)生位移或脫離現(xiàn)象。設(shè)備結(jié)構(gòu)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和抽屜單元的可靠鎖定是開(kāi)關(guān)柜具有較強(qiáng)抗地震性能的重要因素。

樣機(jī)回路隔室的布置對(duì)設(shè)備的抗地震性能也有關(guān)鍵影響，樣機(jī)應(yīng)按照試驗(yàn)最不利的因素考慮各回路隔室的位置，為實(shí)際安裝應(yīng)用提供最大的自由度。樣機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將質(zhì)量最大和對(duì)振動(dòng)最敏感的單元盡可能靠近設(shè)備頂部，將重心位置升高，以提高試驗(yàn)嚴(yán)酷性；但在產(chǎn)品實(shí)際使用時(shí)，則必須盡量將質(zhì)量最大和對(duì)振動(dòng)最敏感的單元盡可能靠近設(shè)備底部，設(shè)備重心降低，減小地震事件對(duì)設(shè)備帶來(lái)的不利影響。

4 抗震鑒定試驗(yàn)過(guò)程

應(yīng)針對(duì)抗震試驗(yàn)樣機(jī)編制相應(yīng)的抗震試驗(yàn)質(zhì)量計(jì)劃和鑒定大綱，制訂鑒定的方法和程序，對(duì)樣機(jī)進(jìn)行抗震鑒定試驗(yàn)。

（1）抗震試驗(yàn)前樣機(jī)老化處理

抗震試驗(yàn)前必須對(duì)樣機(jī)進(jìn)行老化處理。在安全級(jí)低壓開(kāi)關(guān)柜實(shí)際運(yùn)行中，存在一些因素會(huì)引起設(shè)備產(chǎn)生老化，明顯影響設(shè)備的抗震性能。因此，在抗震試驗(yàn)前，需要對(duì)樣機(jī)進(jìn)行熱老化、輻照老化、振動(dòng)老化和濕熱交變老化等一系列老化處理。

（2）抗震試驗(yàn)前樣機(jī)檢查

樣機(jī)進(jìn)行抗震試驗(yàn)前，需要進(jìn)行功能檢查，主要檢查樣機(jī)的結(jié)構(gòu)緊固件和導(dǎo)線是否擰緊，電氣插接是否可靠，保護(hù)電路采取措施保證良好接觸，可活動(dòng)的機(jī)械零部件是否動(dòng)作靈活，各功能回路的狀態(tài)指示是否正確等。

（3）樣機(jī)的安裝要求和測(cè)點(diǎn)布置

樣機(jī)的安裝方式與其在核電廠的實(shí)際安裝條件一致，用螺栓將樣機(jī)安裝在鋼制支架上。支架必須有足夠剛度，以減少因支架對(duì)鑒定結(jié)果的影響[5]。設(shè)備與試驗(yàn)臺(tái)之間的安裝固定方法和加速度傳感器的位置應(yīng)根據(jù)實(shí)際的情況來(lái)確定[4]。樣機(jī)安裝時(shí)，模擬現(xiàn)場(chǎng)的安裝狀態(tài)，用M16的螺栓按照規(guī)定的擰緊力矩將樣機(jī)安裝在鋼制基座上，柜間采用M10的螺栓并柜連接，最后將鋼制基座和振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)面進(jìn)行剛性連接。選擇對(duì)樣機(jī)有功能影響的典型部位，布置足夠的加速度、位移、應(yīng)力、應(yīng)變傳感器，每個(gè)測(cè)點(diǎn)均含有X、Y、Z三個(gè)方向，以監(jiān)測(cè)抗震試驗(yàn)中設(shè)備輸入運(yùn)動(dòng)和設(shè)備典型部位的響應(yīng)。

（4）抗震試驗(yàn)前探測(cè)試驗(yàn)

進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性探測(cè)試驗(yàn)，查明試驗(yàn)樣機(jī)的自振頻率和阻尼比，了解樣機(jī)的固有動(dòng)態(tài)特性。輸入幅值不大于0.2g的正弦波連續(xù)掃描在0.5～50 Hz范圍內(nèi)，作探測(cè)試驗(yàn)，掃描速度不超過(guò)2倍頻程/min。通過(guò)試驗(yàn)樣機(jī)對(duì)輸入運(yùn)動(dòng)在不同頻率處的放大來(lái)探測(cè)試驗(yàn)樣機(jī)結(jié)構(gòu)的自振頻率和阻尼比。

（5）抗震試驗(yàn)考核

抗震試驗(yàn)過(guò)程依次經(jīng)過(guò)5次OBE和1次SSE地震考核試驗(yàn)。試驗(yàn)中試驗(yàn)樣機(jī)輸入的試驗(yàn)反應(yīng)譜應(yīng)包絡(luò)設(shè)備安裝所在位置的樓層反應(yīng)譜。

按阻尼比為0.05的樓層反應(yīng)譜設(shè)計(jì)人工地震波，分X、Y、Z三個(gè)方向，用SSE考核試驗(yàn)的振動(dòng)臺(tái)面輸入波形，如圖1所示。人工地震波互為獨(dú)立，其相關(guān)系數(shù)如圖2所示，OBE試驗(yàn)為SSE試驗(yàn)的1/2。在OBE、SSE考核試驗(yàn)時(shí)，對(duì)X、Y、Z三個(gè)方向輸入的人工地震波進(jìn)行適當(dāng)放大，以保證實(shí)驗(yàn)時(shí)的人工地震波的反應(yīng)譜TRS能包絡(luò)樣機(jī)要求的試驗(yàn)反應(yīng)譜RRS。人工地震波總持續(xù)時(shí)間為30 s，其中強(qiáng)震部分20 s。

（6）狀態(tài)監(jiān)測(cè)

樣機(jī)在試驗(yàn)期間是否通電取決于技術(shù)規(guī)格書(shū)中對(duì)待鑒定設(shè)備安全功能的規(guī)定[7]。試驗(yàn)期間，對(duì)樣機(jī)上每個(gè)回路進(jìn)行最少一次分合閘操作，并分別監(jiān)視一、二次回路的動(dòng)作情況。由于一次回路處于通電狀態(tài)，因此主回路的狀態(tài)監(jiān)測(cè)通過(guò)元器件的輔助接點(diǎn)進(jìn)行，同時(shí)，電壓監(jiān)測(cè)回路輸出信號(hào)也必須進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

（7）試驗(yàn)后功能檢驗(yàn)

圖8 輸送線三維總體設(shè)計(jì)圖

圖9 輸送線使用現(xiàn)場(chǎng)

樣機(jī)在抗震試驗(yàn)前后均進(jìn)行功能試驗(yàn)，根據(jù)功能試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)樣機(jī)的抗震性能作出評(píng)價(jià)。力資源，生產(chǎn)節(jié)拍提高到每道工序只需要3 s，不受人為因素影響，生產(chǎn)效率更高。減少了企業(yè)用工成本開(kāi)支，保證了高質(zhì)量產(chǎn)品的穩(wěn)定生產(chǎn)，受到企業(yè)的歡迎，已經(jīng)形成示范性，帶動(dòng)了本地區(qū)電飯煲企業(yè)的升級(jí)換代。