福建福清核电有限公司 福建福州 350318
摘要：核电站仪控设备按照功能类别划分为现场仪表、控制盘箱柜、功能模块、仪控系统四大类别。从仪控设备制造过程质量控制的要求，分析了供应商需要编制提交的工程文件，强调了核级仪控设备的报备要求，详细论述了这四类仪控设备的监造要求和监造的具体工作内容，并分析了仪控设备完工报告的编制和审查要求。
关键词：核电站仪控设备；设备；管理
引言
核电站的系统、构筑物和部件（ＳＳＣ）因受腐蚀、振动及辐照等影响，性能随服役年数增加而下降，导致核电站安全裕量减小，非计划停堆和设备维修次数增加。２０世纪８０年代起，世界核电大国纷纷对核电站老化管理进行了研究，对压力容器、堆内构件及安全壳内电缆的老化机理有了深入了解。目前业界对仪控设备老化管理的认识有一定的片面性。仪控系统特别是保护和安全系统对核电站安全可靠运行所起的作用无可替代，仪控设备老化对核电站运行经济性同样有重要影响。
1核电站仪控设备概述
核电站仪控设备包括现场仪表、专项仪控系统、全厂数字化控制系统。现场仪表主要包含温度仪表、压力仪表、液位测量仪表、流量测量仪表、化学分析仪表、现场执行机构等。专项仪控系统包括以下各项测量控制系统:核岛通风空调就地控制系统、PX泵站就地控制系统、常规岛及BOP通风空调就地控制系统、反应堆堆外核测量系统(ＲPN)、反应堆堆芯温度和中子测量系统(ＲIC)、核辐射监测系统(KＲT)、松动部件与振动监测系统(KIＲ)、控制棒棒位棒控系统(ＲGL)、TG控制与保护系统、地震监测系统(KIS)。全厂数字化控制系统划分为四个处理层级，分别为LEVEL0层、LEVEL1层、LEVEL2层、LEVEL3层。LEVEL0是过程仪表层，即现场各类测量仪表以及执行机构，如温度、压力、流量、液位传感器;现场执行器，如阀门、马达等。LEVEL1是过程控制层，主要包括反应堆保护系统、功率控制系统、T/G控制系统、堆内测量等控制和采集系统等。LEVEL2是操作监视层，主要包括放置于主控室、ＲSS、TSC等控制室的KIC、BUP等人机交互设备和相关的数据处理设备。LEVEL3是高级应用(信息管理)层，即第三方控制接口以及管理层，主要包括电站信息系统、应急处理系统等等。
2仪控设备老化机理研究
仪控设备寿命与其内部所有元器件老化降质有关，最短寿命的元器件通常决定仪控设备的寿命。元器件“老化”的实质是材料或设备的特性随时间发生变化。大多数情况下，一个电子元器件的寿命受限于绝缘材料老化，这是由于介电强度退化。此外，电子元器件的参数随时间发生变化，如漏电流或直流增益增大会导致这些元器件老化。许多物理应力会导致元器件老化，如电流、电压或电阻发热是电子元件的固有现象。外部应力，如环境温度、辐射、振动、冲击，或其他机械和化学应力都会加速元器件的老化。高温以及温度循环也是电子元器件和电子设备老化的主要原因。但并不是所有失效都与老化相关，也会有其他原因，如器件制造质量或设计缺陷。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆限于篇幅，本文仅简要分析两种典型仪控设备的老化失效机理作为参考。①电解电容。电解电容的主要老化机理是电解液通过端盖的密封泄漏，这是一个与橡胶密封有关的特殊问题，如果橡胶性能严重降质，会形成电解液泄漏通道。当温度为20℃时，一个典型的电解电容的老化过程可能需要10年(根据制造的工艺和材料品质，寿命有所不同)，高温则可加快这个老化过程。温度(环境)、电压和纹波是导致电解电容故障的诱导因素，会加速电解液蒸发。电解液的流失增大了等效串连电阻，减小了电容容量，最后电容会因开路或短路而失效。②中子通量探测器。堆芯外探测器一般根据电离原理运行，堆芯内探测器通常由含有镀铀电极的裂变室构成。中子通量探测器的使用寿命要一般小于反应堆的寿命，探测器属于耗损部件，需要定期更换，老化机理主要与探测器的类型有关。制造工艺也对老化机理有着重要的影响，如制造缺陷造成电离室的密封和绝缘退化，导致泄漏和中子通量测量异常。计数器对气体质量特别敏感，若气体中存在杂质或湿度，会改变传感器的特性。杂质有可能是传感器制造期间进入的，湿度可能是测量室泄漏引起的。电离室探测器的退化主要与敏感涂层(例如硼)的退化有关。敏感涂层属于耗损部件。通常这类传感器作为源量程探测器可能具有5～8年的运行寿命，作为中间量程或功率量程探测器可能有10～20年的运行寿命。
3仪控设备可靠性及老化管理方法
3.1现场仪表的监造
现场仪表主要包含温度仪表、压力仪表、液位测量仪表、流量测量仪表、化学分析仪表、现场执行机构等。监造的主要工序有:制造开工先决条件检查、工厂验收试验、完工报告审查、包装检查。现场仪表监造的依据文件主要有:技术规格书、合同技术附件、计量检定规程、计量校准程序、经过业主审查确认的工厂验收试验规程以及相关标准等。工厂验收试验一般包含以下内容(以核级K1类压力变送器为例):试验开始前的先决条件检查(包括目视检查、设备完整性检查、试验前所需要的初始条件准备)、目视检查、尺寸检查、清洁检查、耐压试验、绝缘电阻测量、压力试验、校准、温度试验、工作精度试验。现场仪表监造主要检查以下几个方面的符合性:试验环境要求、试验人员的资质要求、试验依据文件的符合性、试验标准仪器装置测量精度选择的符合性及是否在校准合格有效期以内、各试验检查项目检查试验结果的符合性、试验报告与原始记录的符合性、第三方检验试验报告的真实性等。
3.2检查试验校准
检查试验校准是核电站保证电气仪控设备性能的重要方法，也是核安全监管部门要求强制执行的运行规程。根据现行运行规程要求，通常每天要对重要仪表读数检查２～３次，每１个月左右要对保护系统通道进行一次功能试验，每次换料停堆要对保护系统通道进行一次校准。理论上讲，检查试验校准的频率应根据实际的可靠性数据以及运行的历史数据确定。在实际中，一般是根据供货商提供的指导性意见、设计或业主要求确定，因此实际检测试验校准频率一般并非最佳选择。
3.3定期安全评审
与连续的检查试验校准不同，定期安全评审（ＰＳＲ）目的在于确保设计目标得到满足，老化效应不会影响核电站下一个ＰＳＲ周期的正常运行。ＰＳＲ审查仪控设备运行维护的历史记录，以发现可能的老化征兆。在进行ＰＳＲ的过程中，还可考虑最新的研究成果和运行经验。仪控系统ＰＳＲ需要全面、可靠的电厂历史数据，因此必须制定切实有效的计划进行数据收集、整理和记录。
结语
核电站仪控设备老化引起仪表精度降低通道响应时间增加，直接导致运行裕量降低，使核电站运行风险增加安全性减小，必须进行仪控设备有效的老化管理，以消除老化效应导致的不利影响。核电站仪控设备老化管理不仅仅是技术问题，还涉及到核安全监管部门对先进老化管理技术的评审、运行维护人员培训、老化管理大纲的组织协调落实等问题。从技术和管理上对核电站仪控设备老化管理进行全面研究，有助于建立完善的仪控设备老化管理体系，提高我国核电站运行的安全性、可用性和经济性，保证我国核电行业的快速发展。
参考文献
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论文作者:林永嘉
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/17
标签：核电站论文; 设备论文; 仪表论文; 测量论文; 探测器论文; 系统论文; 现场论文; 《建筑学研究前沿》2018年第35期论文;