1引言
近几年，我国引进了4台俄罗斯VVER核电机组，分别建设于江苏田湾和辽宁徐大堡。该核电机组设计主要采用引进国相关技术标准。俄罗斯《核电厂抗震设计标准》（NP-031-01，2002年1月1日实施）[1]规定：为确保在超过某给定强度的地震时反应堆能自动紧急停堆，应提供与反应堆保护系统相连的地震监测和报警系统。因此，VVER核电机组需设置地震自动紧急停堆系统，其安全等级为安全级（1E级）。
目前，我国自主设计的“华龙1号”等核电机组设计了地震自动监测和报警系统，并根据国家核安全局要求增加了地震自动停堆功能，但未将该地震监测信号接入反应堆保护系统，而是通过接入多样化保护系统实现自动停堆逻辑的地震自动停堆功能，其安全等级为非安全级。随着核电设备国产化战略的持续推进，为满足VVER核电机组需求，国内供货商迫切需要开展1E级地震仪表系统研发和质量鉴定。
由于我国在1E级地震仪表设备鉴定实践方面缺乏经验和系统性的数据积累，因此在关键鉴定要素的准确把握方面，还有待深入研究。本文以相关标准和技术资料为基础，探讨了1E地震仪表的技术路线、设备鉴定的方法和原则；结合国内的试验条件，提出了具有可操作性的设备鉴定要求，为后续1E级地震仪表的鉴定提供了指导。
2地震仪表技术路线
核电厂1E级地震仪表主要有2种技术路线：纯硬件技术，软件和硬件相结合技术。其中，纯硬件技术地震仪表，主要包括地震仪传感器和触发控制箱，系统组成部件少、技术实现难度小，可将地震信号转换为开关量信号，实现地震信号输出、报警功能。软件和硬件相结合技术地震仪表，主要包括地震仪传感器和机柜，系统组成部件多、含有较多软件，需要开展严格的软件验证与确认，可靠性要求较严格，技术实现难度较大，但其功能强大，具备实时监测随时可能发生的振动及核电厂区的地震活动，采集地震加速度数据、保存完整的地震事件数据，向核电厂主控室发出地震报警，操纵员根据报警信号按照规程操控反应堆。
鉴于国内1E级地震仪表设计、制造和核安全监管经验相对欠缺，用于研发的周期和设备供货需求周期较短，综合设备的可靠性和经济成本等多种因素，当前宜分两个阶段开展地震仪表的国产化研发。为降低研发的技术难度和国产化设备供货的风险，第一阶段研发推荐采用纯硬件技术作为地震仪表研发的首选技术路线。同时，在纯硬件技术地震仪表研发成功的基础上，再开展软件和硬件相结合技术地震仪表的研发，从而陆续实现1E级地震仪表国产化和数字化水平的最终目标。本文后续主要探讨纯硬件技术地震仪表的鉴定要求。
3鉴定方法
我国核安全法规HAF 102-2016《核动力厂设计安全规定》明确了核电厂安全重要仪控系统、设备必须进行鉴定，以确认该物项在核电厂整个设计运行期限内，在正常运行、预计运行事件和设计基准事故期间，满足处于需要起作用时的环境条件下执行其核安全功能的要求，以确保核电厂安全[2]。设备质量鉴定是一个实施验证并维护证据的过程。
1E级地震仪表属于核电厂安全重要仪控系统，可以采用型式试验、分析法、运行经验进行鉴定，也可采用上述几种方法的组合进行鉴定。通常电气设备具体鉴定方法的确定，应综合考虑诸多因素，如设备类型、几何尺寸和复杂性、设备功能、可运行性、费用和同类设备已有的鉴定资料等。考虑到1E级地震仪表的功能重要性，我国现有核电厂尚无法提供其长期运行的机会，也难以对试验条件下的可能失效模式进行充分和有效地评价，其可运行性（功能性）应按照型式试验法开展鉴定。其中，1E级地震仪表的支架结构等可采用弹性理论进行分析，以计算结构内传递函数与计算支撑荷载或锚固件荷载。
4法规标准
国际上比较权威的电气设备鉴定标准体系，主要包括国际电工委员会（IEC）和电气和电子工程师协会（IEEE），但它们在标准设置和内容上存在一定差异。国内已颁布的核安全级电气设备鉴定标准，以转化IEC为主，转化IEEE、RCC-E标准为辅，同时结合我国已有核电工程经验编制适用于我国核电自主化建设的标准[2]。例如，以IEC60780《核电厂安全系统电气物项质量鉴定》转化的GB∕T 12727《核电厂安全级电气设备鉴定》为顶层准则性标准，其他专项鉴定标准，如EJ/T 1197-2007《核电厂安全级电气设备质量鉴定试验方法与环境条件》、GB/T 13625-2018《核电厂安全级电气设备抗震鉴定》、NB/T 20218-2013《核电厂安全重要仪表和控制设备电磁兼容性试验要求》、NB/T 20283-2014《核电厂安全重要电气设备鉴定环境条件分类》等，均应符合GB/T 12727中的原则要求。
目前，我国转化的电气设备标准规范已基本形成体系化，具有较强的通用性。由于缺乏1E级地震仪表相关的专用设计和鉴定标准，1E级地震仪表鉴定应原则上遵照国内转化的相关标准规范，在鉴定具体技术要求欠缺或不明时，宜适当参考IEC、IEEE、RCC-E等标准中的适用部分；同时，其鉴定还应满足技术规格书或技术条件中的相关要求。
5鉴定总体要求
5.1鉴定要素
根据GB/T12727-2017、EJ/T1197-2007和GB/T13625-2018等标准的相关规定，1E级地震仪表设备鉴定应执行其鉴定的关键要素包括：
（1）包含安全功能说明的设备技术规格书；
（2）验收准则；
（3）使用工况的说明，包括适用的设计基准事件及其持续时间；
（4）鉴定试验大纲；
（5）鉴定试验大纲的实施；
（6）鉴定所需的文件资料，包括保持鉴定所要求的维修活动等。
5.2环境条件
我国不同核电机组（如M310、AP1000、高温气冷堆等）的环境条件（如安全壳内）往往差异较大。M310机组需满足RCC-E规范中的环境条件，AP1000机组需满足NUREG 0800认可的标准EPRI TR-107330中的环境条件等[3]。鉴于目前电气设备质量鉴定中，国内核电标准中尚未形成统一的环境条件要求，可保守的认为1E级地震仪表设备鉴定应当同时满足RCC-E、EPRI TR-107330和EJ/T 1197-2007中规定的环境条件，并满足我国具体厂址的环境条件要求。
通过对RCC-E、EPRI-TR 107330和EJ/T 1197-2007中所规定的环境条件要求进行比较分析，可知三者的环境条件基本相当，仅在某些极限温度点处有所区别，但是区别较小，完全在设备可承受的范围之内。相对而言，RCC-E中的D2220“安全壳外设备正常环境条件”和D2221“极限运行条件下的环境条件”均比EPRI-TR-107330和EJ/T 1197-2007中的相应条件范围更宽。因此，从保守的角度来说，1E级地震仪表设备鉴定可采用RCC-E中规定的环境条件，具体参数见表1。
表1 1E级地震仪表设备鉴定环境条件
开展鉴定试验时，应结合鉴定试验大纲和上述条件选取鉴定的环境条件。同时，在鉴定试验前，应置于上述环境条件下至少24h。
5.3鉴定试验要求
5.3.1安装
1E级地震仪表必须以模拟其预期的安装方式和位置进行安装，除非能够通过分析论证设备的性能不会因为安装方式发生改变。任何的安装限制，例如方位等，都应在试验报告中进行明确规定。若未按照实际使用时的安装方式和位置，应进行分析和论证，以证明采用其他的安装方式对设备性能不会产生影响。
5.3.2连接
1E级地震仪表必须以模拟其预期的安装的方式进行连接，包括机械和电气。若未按照实际使用时的方式连接，应进行分析和论证，以证明设备性能不会因此不同的连接而有所降低。
5.3.3监测
1E级地震仪表在试验期间，必须采用相关设备对试验环境和设备的安全功能进行监测，包括环境条件、电气特性、机械特性、辐照剂量和其他辅助特性。监测仪表应能够鉴别出参量发生有意义的变化，并使用校准过的检测仪表，最终校准结果形成文件。另外，2次测试之间的时间间隔应适合于获得每个变量随时间的变化[4]。
5.3.4鉴定裕量
考虑到待鉴定的1E级地震仪表与供货产品之间的差异、鉴定试验过程中测量仪表的不确定度，以及性能指标验收准则可能存在的不确定度，鉴定试验应确保具有足够且保守的鉴定裕量。
1E级地震仪表鉴定裕度取正值或负值，取决于是否对试验增加了严酷程度。例如，对于环境温度，采用提供试验温度增加试验的严酷性；对于设备供电电压，宜选择可增加试验严酷性的较高值或较低值。如果有充分的证明，选用其他的裕量值也是可以接受的。
5.3.5鉴定试验项目
根据我国核安全电气设备鉴定标准，1E级地震仪表鉴定试验包括三类。其中，第一类为正常环境条件下和规定的正常运行限值内检验设备的功能特性；第二类为验证设备抗震性能；第三类为验证设备在事故和事故后环境条件下的性能。对于事故和事故后环境条件，可根据1E级地震仪表所安装场所的环境进行确定。
如果1E级地震仪表（如传感器部分）安装在安全壳内，其运行条件属于严酷环境，应充分考虑可能的事故工况；其触发控制箱通常安装在安全壳外，运行条件为缓和环境，事故和事故后环境条件主要考虑地震工况；如果1E级地震仪表安装在安全壳外，其运行条件属于和缓环境，事故和事故后环境条件主要考虑地震工况。
5.3.6试验顺序
1E级地震仪表鉴定各类试验应按顺序开展，试验项目顺序的配置应使得设备在鉴定寿命内，也就是设计基准事故之前，应处在使其性能降质到最严重的状态[2]。通常按照正常环境条件下的基准功能试验、极限环境条件下的试验、非地震机械振动试验和模拟事故工况试验进行。为了在型式试验过程中验证地震仪表在最严酷环境下可以执行安全级功能，其全部鉴定试验应使用同一个样机，并且最后进行抗震试验。其中，除了不对设备老化或设计基准事件模拟试验产生影响的试验，例如电磁兼容试验，可在其它地震仪表样机上开展。
5.3.7验收准则
1E级地震仪表需要在正常环境条件下检验其性能和功能特性，以作为后续试验的基准值，并确定每种试验期间和试验之后测得的性能和功能特性参数的允许偏差。其在极限环境条件下的试验，主要用于检验1E级地震仪表在环境极限（如温度、湿度、电磁兼容等）和运行极限（负载）条件下的性能与功能特性。其在非地震机械振动试验，主要检验1E级地震仪表设备在明显振动环境条件下的性能和功能特性。模拟事故工况试验，主要用于检验1E级地震仪表在事故环境条件下完成其规定功能的特性[2，4]。
为确保1E级地震仪表鉴定试验的顺利和有效实施，鉴定大纲和试验程序应根据其特性规定每个试验项目及试验项目鉴定的验收准则。同时，每个试验项目验收准则的制定应合理、尽可能定量化，并满足技术规格书或技术条件的要求。
5.3.8不符合项
1E级地震仪表鉴定试验期间，如果出现了某些不满意的结果或设备故障时，应中断鉴定并编写不符合项报告，即对不符合项进行原因分析，制订处理方案，分析设计修改性质，决定是否需要重新开始试验或继续进行或补充试验等[5]。通常按以下原则进行：
（1）对实际试验条件进行再次审查，若极限试验条件导致不符合项的出现，应变更样本后按照鉴定试验大纲要求重新开始所有试验项目；
（2）在某些特殊情况下，可能需要重新审查鉴定试验运行条件的提出是否合理，避免片面追求高严酷度而忽略核电厂实际运行的需要；
（3）若对原有设备设计提出异议，必须在修改设计后进行样本变更，重新开始所有试验项目；
（4）若不符合项属于个体特征（如制造缺陷等），可使用其余样本继续开展试验。
6结语
结合我国的实际情况，当前国产1E级地震仪表研发宜选择纯硬件技术路线，鉴定方法应以型式试验法为主。我国核电设备鉴定标准体系总体适用于1E级地震仪表质量鉴定需求，并明确了鉴定的总体技术要求，对后续1E级地震仪表的设计和质量鉴定具有一定的参考价值。
参考文献：
[1] 郑华，魏淑虹.核电厂地震自动停堆综述[J].核科学与工程，2015，35（4）：671-672.
[2] 张强，毛虎，黄婧.核电厂安全级DCS安全审评重要关注点探讨[J].上海交通大学学报，2018，52（增刊1）：151-158.
[3] 黄伟杰, 张宓 ，张云波等.核电厂数字化仪表控制系统设备鉴定方法研究[J].核动力工程，2014，35（6）：111-113.
[4] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB/T12727-2017核电厂安全级电气设备鉴定[S].北京：核工业标准化研究所，2017.
[5] 王广金,刘燕，刘江燕等.核电厂1E级电气设备鉴定试验研究[J].核动力工程，2008，29（4）：133-134.作者简介：张强(1986-)，男，安徽省淮南市，硕士，高级工程师，现主要从事核安全审评工作，E-mail：hehua4@126.com
