中国核电工程有限公司
摘要：随着核电站运行时间增长，核级仪控设备的很多可更换部件会出现停产或者型号升级等问题。当需要用新型号部件替换原部件时，由于新型号的部件没有在原设备的鉴定试验中使用，在更换前需要进行部件的可替换性分析。本文通过KRT系统集中机柜更换开关端子为例来研究更换部件需要做的工作。
关键词：核级仪控设备；部件；更换
引言
截止2020年1月份，我国在役核电站数量为47个机组，涉及的核级设备约为47万台套，涉及的核级仪控设备约为6万多台套，随着机组运行时间的增加，仪控设备的可更换部件会出现停产或者型号升级等问题，还有一些设备的由于在使用过程中为了增加其可用性，也需要更换某些部件。核级仪控设备更换部件需要对拟更换的部件进行相关的可替换性分析，以便确定更换后的部件对设备整体的功能和性能没有影响，保证设备在原来鉴定的工况下可用。在我国运行的大部分核电机组为M31O堆型，对于设备部件没有鉴定要求，只对设备整体鉴定有要求，设备整体鉴定后，鉴定样机内所有外购的部件型号等信息作为鉴定证明文件的一部分保留。如果设备内的部件型号发生了改变，就需要通过对比分析或试验来确定是否可以用新的型号部件替代原型号部件。目前我国也正在开展针对商品级物项经过商品级物项转化（CGD）后用于核级物项的研究和推广，但是目前初步方案对不同供货方式采取不同的方式确认，如果原物项不是用CGD的方式供货，还是按照鉴定分析的方法进行论证更换部件的合理性。
本文通过对秦山二期工程核级辐射监测系统（KRT）集中机柜更换端子为例，来研究核级设备更换部件的流程。
1背景介绍
秦山二期扩建工程KRT系统集中机柜（XKRT003AR和XKRT004AR）内根据监测通道数量装有若干CAMAC机箱，每个CAMAC机箱内的装有5个RDU（远程显示单元），每个RDU负责一个监测道的显示、报警输出等功能。目前机柜内每个CAMAC机箱采用同一个空开设置，所有RDU并联接到该空开上，在短路时无法起到对单个RDU的控制保护作用，现场曾因此出现过两个CAMAC机箱跳闸的缺陷，造成多个通道同时不可用。
为了解决该问题，拟将原单个RDU的电源连接端子改成带熔断器的端子进行电路保护控制，防止单个RDU短路导致故障扩大。
涉及集中机柜总体要求见表1所示：
表1 机柜总体技术要求
顾申杰在《核电厂1E级电气设备环境鉴定》中提到设备鉴定的实质是一个证明安全重要系统和设备具备所需安全功能的过程，其目标是验证并显示核电厂安全重要设备在其预期的鉴定合格寿期内，不存在设计、制造缺陷，或因存储、运输、安装、调试或使用不当，而造成的可能导致设备共因故障的缺陷或失效机理，从而为“单一故障准则”、“独立准则”、“纵深防御”等安全准则在核电厂安全重要系统中的有效实施，提供一个高可信的保障。
针对核级仪控设备更换部件，按照设备鉴定报告的鉴定项目进行分析，从而给出证明更换的新端子具备执行所需安全功能的能力，同时保证其安装机械接口和鉴定时的机械接口一致。通过对鉴定要求和文件的梳理，本次端子可替换性分析通过功能影响分析、接口影响分析和性能影响分析三个方面进行比较分析来确定是否具备可替代性。
2设备介绍
根据KRT系统集中机柜技术规格书（0401G8022）要求，电厂辐射监测系统（KRT）的集中机柜用于安装KRT系统各监测道的远程显示单元（RDU），并将RDU的信号通过端子排传送到现场、主控室以及其他系统。这些RDU安装在监测道设备供货商提供的标准CAMAC机箱或NIM机箱内。
核级集中机柜安装在W厂房+15.5m标高的房间内。3/4KRT003AR装在W603/W643房间；3/4KRT004AR装在W607/W647房间。
KRT系统集中机柜供电系统电气原理图如下图1，CAMAC机箱和RDU供电接线图见图2和图3。从图中可以看出机柜中每个RDU的供电是并联在一起的，一个CAMAC机箱共用了一个空气开关，因此存在一个RDU短路故障会造成整个机箱失电的情况，失电后，每个RDU的失电报警都将触发，造成故障扩大。
图2 RDU电源端子接线图 图3 CAMAC电源端子接线图
2.1 原端子信息
经查原端子型号为魏德米勒WDU 4。该端子为整个机柜的一个部件，该端子随集中机柜一起完成了K3鉴定试验，抗震试验报告详见KRT系统集中机柜（PAMS）、离线低放液体活度监测抗震试验报告（N20080626-635）。
该端子执行的功能为导通功能，端子安装在机柜的XR1端子排上。采用导轨安装，端子净重10g左右。端子外形详见图4，安装轨道图详见图5。
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图4 WDU端子外形图 图5 端子安装图
3替换方案
3.1 方案分析
为了避免由于一个RDU故障造成整个机箱断电的情况发生，将集中机柜中XR1端子排上连接端子更换为带熔断器的端子，更换后的带熔断器端子对集中机柜功能不产生影响，更换后的端子安装方式不改变，同时更换后的带熔断器端子需要满足K3鉴定要求，且满足试验后测量要求。针对带熔断器端子的采购问题，需要从做过该熔断器端子的鉴定试验的厂家采购，并经过相应的一致性分析和试验后供货，从而保证其端子的鉴定端子的质量一致性。
3.2 替换方案
由于原端子是魏德米勒的端子，为了保证端子安装的一致性，新端子也需要选用魏德米勒的端子。在福清核电56号机组和田湾56号机组的供货设备中选择满足要求的端子，在上海自动化仪表有限公司的华龙一号1E级仪控就地盘箱柜科研项目（项目编号：201723（S17-02））中的K3类仪控就地盘箱柜样机质量鉴定报告中找到了符合要求的端子。该端子安装于鉴定样机（5）接线箱内，型号为SAKS 1/35/G20。该熔断器端子随鉴定样机（5）接线箱完成了K3级环境鉴定试验和抗震试验，试验结果满足要求。端子的外形图详见图6，安装方式与原端子安装方式相同。经咨询厂家，该端子重量约为37g。
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图6 SAKS 1/35/G20端子外形图
3.3 替换方案论证
根据设备鉴定报告和相关鉴定文件的要求，本次更换只需要通过接口影响、功能影响和性能（包括抗震性能）的包络性三个方面进行论证分析。
3.3.1 接口影响论证
原端子WDU 4的接口信息：
端子宽度：6.1mm；
端子重量：约10g
压接范围：6mm2；
安装方式：直接安装在TS35的导轨上。
拟替换端子SAKS 1/35/G20的接口信息：
端子宽度：13mm；
端子重量：约27g；
压接范围：0.13~16mm2；
安装方式：直接安装在TS35的导轨上。
通过上面数据可以得到以下数据：
A.拟替换的端子安装方式和压接范围都能够包络原端子；
B.拟替换的端子重量和宽度都比原端子略大。
经现场确认，端子的宽度影响机柜内端子排的安装空间，通过替换取消备用端子以及局部调节端子的位置等方法可以解决端子安装空间的问题。一个集中机柜更换的端子数量约为30个，根据端子重量可以算出整个更换端子的重量增加约210g，端子增加的重量相比机柜重量可以忽略。
3.3.2 功能性论证
原端子的作用是导通作用，更换后熔断器端子的功能作用增加了保护电路安全的作用。经咨询原厂家（西安核仪器厂）确认更换熔断器端子对机柜功能没有影响，但是需要考虑熔断器的选型，建议测试单个RDU的开机冲击电流，正常工况及报警工况下的工作电流，然后选择合适的熔断器。
3.3.3 抗震包络性论证
拟用于替代原端子的熔断器端子SAKS 1/35/G20安装在鉴定样机（5）接线箱中完成了满足福清5/6号机组和田湾5/6号机组的K3环境鉴定试验和抗震试验，满足要求，详细鉴定过程参见S17-02-JDBG-001 K3 类仪控就地盘箱柜样机质量鉴定报告。
原3/4KRT003AR和3/4KRT004AR的抗震谱相关信息参见集中机柜KRT系统集中机柜（PAMS）、离线低放液体活度监测抗震试验报告（N20080626-635），涉及的人工地震反应谱比较如下（左图为KRT集中机柜地震谱，右图为接线箱的地震谱）：
图8 鉴定样机（5）接线箱和KRT集中机柜Z方向人工地震反应谱
通过上面鉴定样机（5）（拟替换的带熔断器端子安装在该接线箱内）和KRT集中机柜X、Y、Z方向的人工地震反应谱进行对比，可以看出鉴定样机（5）的地震反应谱包络KRT集中机柜的地震谱。
同时相关信息经力学中心对相关进行分析后，给出结论如下：
更换熔断器端子后，端子重量的变化对机柜及其他部件的抗震能力影响可以忽略，即原抗震报告同样适用。对于熔断器端子本体，由于重量很小，且为非能动机械部件，根据其安装方式可判断其抗震能力满足要求。
4、论证结论
根据3.3的论证，更换后的端子接口满足要求、对机柜功能不造成影响，且更换后的抗震能力也满足要求，本次更换部件方案可行。但是拟更换部件采购需要从部件鉴定厂家处采购。从而保证部件质量。
5、总结
随着核电站运行，需要更换的部件的核级设备逐渐增加，在更换设备部件的过程中，由于各方对鉴定过程的理解不同，一些设备厂家对拟更换的部件已经进行了相关的试验，但是由于试验项目或者顺序等有问题，导致对更换的部件无法给出足够的证据链证明更换后的部件对原设备性能不造成影响，最终使得监管当局对鉴定报告无法认可，从而导致设备无法更换。本文通过对KRT集中的机柜更换端子为例，展示了一个更换部件的流程，通过对鉴定报告梳理，可以得出需要补充的鉴定试验，从而保证更换的部件能够提供出满足要求的证据链。
参考文献：
[1]顾申杰 核电厂IE级电气设备环境鉴定 核安全，2005
[2]HAF.J0053-1995 核设备抗震鉴定试验指南
[3]EPRI NP‐5652 和 TR‐102260 核安全相关应用商品级物项验收指导
[4]0401G8022 KRT系统集中机柜技术规格书
[5]集中机柜设备操作和使用手册
[6]集中机柜内部端子接线图
[7]KRT系统集中机柜（PAMS）、离线低放液体活度监测抗震试验报告（N20080626-635）
[8]S17-02-JDBG-001 K3 类仪控就地盘箱柜样机质量鉴定报告 上海自动化仪表有限公司