吴云龙
（海南核电有限公司 572700）
摘要：从理论上分析了仪控设备老化对核电站安全性的影响，并据此指出了仪控设备老化管理的关键要素。针对仪控系统涉及的各类传感器、电子元器件、继电器、电缆及连接器等部件的老化机理进行了深入剖析，从实施的角度论述了老化管理的过程和策略，并特别针对电子设备过时淘汰问题进行了讨论。
关键词：核电站；老化管理
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。我国秦山一期和大亚湾核电站投入运行都已近20年，仪控设备的老化问题日益突出。总结消化吸收先进国家仪控设备老化管理的经验，有助于提高我国仪控设备的老化管理水平。
1 仪控设备老化总体分析
核电站运行环境恶劣，仪控设备尤其是现场测量元件易受温度循环、高压、高湿、振动冲击、腐蚀以及电离辐射的影响发生性能劣化。不同仪控设备因其安装位置、所处环境以及物理特性不同，老化机理也不尽相同。
一般认为仪控设备老化包括物理老化和过时淘汰两个方面。物理老化是指SSC的物理性能随时间或使用而发生变化的过程；过时淘汰是指物项或系统因厂商停止生产等原因而致使无法通过正常渠道采购的过程。过时淘汰通常经历两个阶段，即初步淘汰和完全淘汰。在初步淘汰阶段，制造商停止产品生产，但随后一段时间仍提供替代产品和维修等服务；在完全淘汰阶段，制造商全面停止与产品相关的所有技术支持和服务。笔者重点研究仪控设备的物理老化及其管理技术，在不至于引起歧义的情况下将物理老化简称为老化。
从核电站安全分析的角度对保护系统仪表通道的老化管理进行研究。通道中任何环节的部件老化均会影响保护系统的正常功能。核电站安全分析对保护系统仪表通道主要有响应时间和仪表精度这两项技术要求：响应时间要求旨在保证系统能及时探测异常工况并正确动作，将事故限制在可接受范围内；精度要求是指仪表通道各环节均要满足一定的精度指标，以保证设定的整定值不会影响核电站正常运行。
2 仪控设备老化管理
2.1目标
仪控设备老化管理的目标是通过一系列技术和管理手段，及时地检测并减缓对核电站安全、经济运行起重要作用的仪控设备的老化过程。从管理角度看，核电站仪控设备老化管理包括建立相应组织机构、明确责任划分以及人力资源培训等。
2.2过程
核电站仪控设备老化管理的过程与老化管理的目标是一致的，即通过技术手段检测并减缓安全重要仪控设备的老化过程。基于此目标，可将仪控设备老化管理过程划分为3个阶段： (1)选择需要进行老化评价的安全重要仪控设备。
(2)了解所选设备主要的老化机理，确定或开发对老化进行试验、检测及减缓的实用有效方法。
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(3)利用有效的监督、试验、维护和运行措施，对老化过程进行控制。
老化管理所涵盖设备的选取可采用FMEA分析，也可运用PSA概率分析。此外，美国核管会(NRC)还提出了基于风险指引的评价方法。
2.3策略
2.3.1 设备更换
设备更换是不可或缺的仪控设备老化管理策略。当设备出现故障且无法修复时必须进行更换。与设备更换策略密切相关的两个问题是备件管理和过时淘汰。
仪控设备的特点是模块化更换。模块备件的数量取决于：(1)同类型模块的使用数量；(2)允许的最大MTTR(修复所需时间)；(3)模块可靠性；(4)备件采购时间；(5)备件的过时淘汰。其中(1)和(2)很容易确定，可靠性则严重依赖于实际运行经验。对新的仪控设备或系统可利用已知的分立元件可靠性，通过计算对其可靠性进行预测；成熟系统可直接利用实际运行经验数据。
如果电子模块已经淘汰，且核电站无相应备件时，则出现故障的仪控设备模块是无法修复的。应对过时淘汰问题的关键是要及早关注，分析设备过时淘汰的趋势，储备相应设备的备件。
法国电力公司(EDF)的经验表明：如果能够在设备退出市场之前采购备件，大规模战略性储备的成本还是可接受的。应对过时淘汰所储备的备件数量应根据其可靠性数据计算得到；另外，必须保证存储条件，防止备件在长时间存储过程中失效。
EDF的做法是将电子元器件存放在充满氮气的玻璃管中。
2.3.2 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。
2.3.3 环境工况监测
仪控设备寿命与其所处环境的辐射水平、湿度以及温度等因素密切相关。设备供货商提供的设备预期寿命一般根据核电站预期运行工况确定。如果设备所处环境工况比预期工况温和，则预期寿命会大于供货商给定值；反之，若实际环境工况比预期严酷，则寿命要小于供货商给定值。监测环境工况对评估仪控设备实际寿命具有重要意义，目前应用较为广泛的是监测设备工作环境温度。环境温度监测应采用精度较好的传感器，因为即使是1K的温度测量误差也会对寿命评估产生很大影响。
2.3.4 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。
3 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：
[1]International Atomic Energy Agency.Ageing managementfor nuclear power plants[R].Vienna：IAEA，2009.
[2]International Atomic Energy Agency.Safe long term opera-tion of nuclear power plants[R].Vienna：IAEA，2008.
[3]申森，窦一康.核电厂老化管理的内容[J].核电，2004(4)：25-28.
论文作者:吴云龙
论文发表刊物:《电力设备》2016年第12期
论文发表时间:2016/8/26
标签：设备论文; 核电站论文; 备件论文; 工况论文; 系统论文; 过程论文; 可靠性论文; 《电力设备》2016年第12期论文;