李曉濤

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124）

0 引言

核級壓力變送器是保障核電機組安全可靠運行的控制系統(tǒng)中最為關鍵的儀表之一，根據(jù)我國相關法規(guī)[1]及標準要求，需要通過分析、型式試驗或運行經(jīng)驗等設備鑒定的方法，證明設備在規(guī)定的運行條件和環(huán)境條件下能保持規(guī)定的準確度和性能要求。

型式試驗是設備鑒定的首選方法，但是對所有類別的核級壓力變送器均進行型式試驗不太現(xiàn)實，以中廣核“華龍一號”技術路線為例，全廠共計有800余臺，70余種規(guī)格型號的核級壓力變送器，且鑒定等級存在差異，受試驗裝備條件、試驗時間及成本等因素的制約，樣機數(shù)量不宜過多。因此，需要對核級壓力變送器設備鑒定樣機的選型方法進行研究，選擇適宜數(shù)量的具有代表性的設備鑒定樣機，實施相應的設備鑒定試驗，將樣機鑒定的合格結論外推至“相似”設備，從而達到驗證所有的核級壓力變送器能夠滿足核電廠規(guī)定的運行條件和環(huán)境條件下完成預期功能的目的。

本文主要圍繞核級壓力變送器設備鑒定樣機選型的要求、樣機選擇方法，分析總結相關標準規(guī)范中對鑒定樣機代表性的論述，并進行“華龍一號”核級壓力變送器鑒定樣機選型的實踐，指導設備鑒定工作。

1 設備鑒定樣機選型的要求

IEEE 323標準[2]中規(guī)定，鑒定樣機必須在設備設計、材料和制造過程方面可以代表實際安裝的設備，并給出了樣機鑒定結論外推至“相似”設備必須滿足的代表性準則，包括：①結構材料須相同或相當，如存在差異需證明相關差異對設備的安全功能沒有不利影響；②在基礎配置一致的前提下，尺寸需相同或等比例相似，如存在差異需考慮不同表面區(qū)域熱影響及抗震影響，并證明相關差異對設備的安全功能沒有不利影響；③外形需相同或相似，如存在差異需證明相關差異對設備的安全功能沒有不利影響；④外推設備的運行及環(huán)境應力應不大于樣機經(jīng)受的正?；虍惓－h(huán)境條件下的應力；⑤樣機的老化機理應包絡擬外推設備的所有老化機理；⑥樣機和外推設備的功能必須相同。

核級壓力變送器屬于1E級電氣儀控類產(chǎn)品，NB/T 20344《核電廠安全級電子設備鑒定規(guī)程》[3]中也對鑒定試驗樣機提出了具體建議，包括：①功能代表性，具有典型的功能輸入輸出特性；②產(chǎn)品類型代表性，選擇足夠的電子模塊覆蓋產(chǎn)品功能配置；③機械結構代表性，安裝方式、產(chǎn)品尺寸、重量等具有相似的動態(tài)結構特性；④應用配置代表性，電氣連接、接口應相同或相似；⑤軟件代表性，如產(chǎn)品內(nèi)置軟件，樣機應使用具有代表性的軟件和診斷程序。

綜上標準所述，電氣儀控類產(chǎn)品樣機鑒定合格結論外推至“相似”設備的代表性原則是樣機與實際設備屬于一個設備“類別”或“系列”，要具有相同的工作原理、設備功能，相同或相似的硬件結構、材料、接口特征[4]。樣機組合覆蓋產(chǎn)品全部功能的電子模塊，鑒定環(huán)境條件應包絡設備的運行及環(huán)境應力要求，鑒定樣機組合的規(guī)格型號、性能參數(shù)具備典型性。

2 設備鑒定樣機的選型方法

中廣核“華龍一號”技術路線核級壓力變送器的總數(shù)量有800余臺，根據(jù)技術規(guī)格書及數(shù)據(jù)表的要求進行設計及選型，共計70余種規(guī)格型號，且相同規(guī)格型號設備標定量程存在差異。

基于上文對設備鑒定樣機選型要求的論述，以下將從設備工作原理、硬件結構，設備材料、內(nèi)部電路原理、外部接口等方面對中廣核與上海洛丁森聯(lián)合研發(fā)的RP1990系列核級壓力變送器的鑒定樣機選型方法進行論述。

2.1 樣機代表性的分析要素

RP1990系列核級壓力變送器采用變極距差動電容原理，傳感器的制作基于金屬電容技術路線。其電路功能具備零位、滿位、線性、阻尼的現(xiàn)場調(diào)整功能，其中頻次相對較高的零位、滿位調(diào)整無需打開表蓋，由專門的調(diào)整機構在殼體外部操作實現(xiàn)，頻次較低的線性、阻尼調(diào)整需開蓋操作。樣機代表性的分析要素包括以下幾個方面：

1）基本型RP1990系列核級壓力變送器的硬件結構主要由傳感器部件（傳感器膜盒）、電子部件、承壓部件、表殼部件（電子倉）、電纜連接器以及安裝支架構成。保持基本型壓力變送器其他部件不變，將承壓部件中的法蘭夾板更換為由毛細管連接遠傳法蘭的夾板，并加裝遠傳法蘭部件，則構成RP1995系列遠傳法蘭變送器。

2）按鑒定類別可分為RP1991（K3）、RP1992（K2）、RP1993（K1/SA）3個類別、4個鑒定等級，其中K1和SA類設計完全相同，僅鑒定要求不同[5]。

3）按壓力測量類別可分為差壓變送器（DP）、壓力/表壓變送器（GP）、絕壓變送器（AP）3個類別，3類壓力變送器原理相同，結構類似。

4）RP1990系列產(chǎn)品共涉及8個量程規(guī)格，其代號分別為2、3、4、5、6、7、8、9，量程上限達到25MPa，覆蓋核電站測量要求。其中，差壓產(chǎn)品的靜壓等級包括：0MPa、1MPa、7MPa、14MPa、25MPa共5個等級。

5）產(chǎn)品的敏感元件的結構及設計完全相同，K1類產(chǎn)品傳感器部件與表殼部件為焊接連接，以保證LOCA環(huán)境下的產(chǎn)品耐受能力；K2及K3類產(chǎn)品傳感器部件與表殼部件為螺紋連接，通過O型密封圈實現(xiàn)環(huán)境壓力密封。

6）產(chǎn)品的電路設計完全相同，為滿足不同鑒定條件下環(huán)境工況的使用，電子元器件選型有所差異，其中K1、K2、SA類完全相同。

7）產(chǎn)品的結構特征及材料選項包括膜片材料、過程接口、泄放閥、電氣連接等選項。其中，膜片材料選項包括316L不銹鋼、HASC哈氏C合金；過程接口選項包括卡套接頭、1/4NPT（F）、遠傳法蘭選項；泄放閥選項包括堵頭、泄放閥；電氣連接所用的快速連接器分別選用經(jīng)過相應鑒定等級的定型產(chǎn)品，其中K1類產(chǎn)品電纜連接器包含K1電纜，K2及K3類產(chǎn)品不含電纜，SA類產(chǎn)品電纜連接器與K1類相同，另有包括直通、彎頭的選項。

綜上，RP1990系列核級壓力變送器的樣機代表性的分析要素至少包括鑒定類別、壓力型式、量程規(guī)格、結構特征及材料、靜壓等級，并兼顧量程比、零點遷移、阻尼功能等應用配置。

2.2 樣機代表性的選型方法

根據(jù)上述相關標準及規(guī)范的要求，結合產(chǎn)品樣機的選型分析要素，依照覆蓋全部量程規(guī)格、不同壓力型式、不同靜壓等級、不同膜片材料、不同電纜連接器型式及泄放功能選項，兼顧量程比、零點遷移、隔膜密封、阻尼功能等應用特點的樣機選型原則，參照圖1所列流程實施選型。

圖1 樣機選型方法Fig.1 Prototype selection method

1）樣機類別代表性

樣機應包含被鑒定設備的所有設備類型。樣機類別包括鑒定類別和壓力類別兩類，樣機應包含全部鑒定類別和壓力類別，樣機的每個鑒定類別的樣機數(shù)量建議不少于3臺[6]。

由于壓力變送器本質(zhì)上是差壓變送器，僅因參考腔壓力不同而區(qū)分為差壓、壓力（表壓）、絕壓3個類別，差壓變送器和壓力（表壓）傳感器采用相同的結構和原理，絕壓變送器整體結構類似，僅在低壓側增加一個絕壓零位參考腔。由于差壓變送器的考核指標多于其它兩個類別，因此樣機選型以差壓變送器為主。

2）樣機功能代表性

樣機應具有被鑒定設備的典型功能，同時應考慮系統(tǒng)功能的重要性、復雜性和全面性。

核級壓力變送器的功能為：實現(xiàn)對現(xiàn)場壓力的監(jiān)測并以標準信號輸出。所有樣機均需符合上述功能要求。由于部分測點需進行阻尼設置，因而部分樣機選型需包含阻尼功能。

3）樣機機械結構代表性

樣機應具有與被鑒定設備相似的動態(tài)結構特性。樣機按1:1原型尺寸制作，結構特點如重量及其分布、重心、剛性、接口關系等與產(chǎn)品一致。

樣機的安裝方式為單一安裝方式，因此所有樣機均配套安裝支架選型。

4）樣機應用配置代表性

樣機應具有與被鑒定設備相似或更嚴酷的配置，包括溫升、電氣連接、機械應力、接口、負荷等。樣機按1:1原型尺寸制作，與被鑒定設備設計相同、老化效應相同、負荷相同。

5）樣機軟件代表性

軟件（如有）配置應帶有實際運行中使用的具有代表性的軟件和診斷程序，包括系統(tǒng)軟件和應用軟件。

3 華龍一號的鑒定實踐

中廣核與上海洛丁森聯(lián)合研發(fā)的RP1990系列核級壓力變送器的鑒定樣機，依據(jù)上述樣機代表性的選型原則和選型方法產(chǎn)生。

3.1 樣機類別代表性

樣機類別包括鑒定類別和壓力類別兩類。

根據(jù)產(chǎn)品設計方案，K1類與SA類設計完全相同，僅鑒定試驗項目有所差異。

所有產(chǎn)品的電路原理完全相同，為滿足不同鑒定條件下環(huán)境工況的使用，電子元器件選型有所區(qū)別。其中，K1、K2、SA類完全相同，K3類則存在個別器件的差異。

鑒定樣機總數(shù)為19臺，按產(chǎn)品類別分類。其中，差壓類別為12臺，表壓和類別為4臺，絕壓類別為3臺。按鑒定等級分類，K1類為9臺，K2類為3臺，K3類為4臺，SA類為3臺。

樣機類別分析詳見表1。

表1 樣機類別分析Table 1 Prototype category analysis

3.2 樣機功能代表性

鑒定樣機覆蓋全部量程規(guī)格，并參照依托項目和研發(fā)技術規(guī)格書的功能位置碼的對應要求確定校準量程和靜壓等級（僅差壓），同時體現(xiàn)量程壓縮、量程遷移的代表性，在類別代表性的基礎上，量程規(guī)格詳見表2。其中：量程比最大為5.5，量程遷移包括正遷和負遷，最大遷移量為最大量程的44%，靜壓等級包括1MPa、7MPa、14MPa、25MPa，覆蓋華龍一號的相關設計要求；為覆蓋阻尼功能要求，K1,、K2、K3類各有1臺樣機具備阻尼功能。

表2 量程覆蓋性分析Table 2 Range coverage analysis

3.3 樣機機械結構代表性

根據(jù)核級壓力變送器技術規(guī)格書的要求，選取1臺K3類樣機，其接液膜片材質(zhì)為HASC材質(zhì)，以滿足海水介質(zhì)測量要求。

鑒定樣機的過程接口覆蓋：卡套接頭、1/4NPT(F)，并包含遠傳法蘭結構型式，泄放選項覆蓋：堵頭和泄放閥兩種型式。機械結構代表性詳見表3。

表3 機械結構代表性Table 3 Representation of mechanical structure

鑒定樣機的電氣連接包含直頭、彎頭兩種型式，其中包含有4臺彎頭型式的鑒定樣機。

3.4 樣機應用配置代表性

樣機按1:1原型尺寸制作，包含安裝支架，不同的電氣連接、不同的接口連接方式。因此，樣機與被鑒定設備設計相同、老化效應相同、負荷相同。

3.5 樣機軟件代表性

RP1990核級壓力變送器采用純模擬電路進行信號變送，無可編程部件及內(nèi)置軟件，因此不涉及軟件代表性的分析。

4 結束語

核級壓力變送器在“華龍一號”核電站中應用廣泛，數(shù)量及規(guī)格型號多樣，在研發(fā)及供貨過程中對所有的型號進行設備鑒定是不現(xiàn)實的，因此必須選取具有代表性的產(chǎn)品樣機完成設備鑒定，而樣機的代表性分析是樣機選取的重點工作之一，也是鑒定合格結論能否成功外推的關鍵因素。

本文圍繞設備鑒定相關標準中對鑒定樣機代表性的準則進行分析，結合核級壓力變送器的研發(fā)及鑒定的實踐需要，對這一類產(chǎn)品的樣機代表性的選型方法進行研究，并合理確定樣機數(shù)量及類別、功能、結構等方面的代表性，用于指導產(chǎn)品的鑒定試驗工作。