基于IEEE标准的电气贯穿件鉴定试验研究

基于IEEE标准的电气贯穿件鉴定试验研究

孙领隆

中广核工程有限公司广东省深圳市518000

摘要：摘要：本文简要介绍了核电厂安全壳电气贯穿件以及相关的鉴定标准，并着重介绍了IEEE317标准的演变历程。阐述了基于IEEE317标准的电气贯穿件鉴定试验方案的制定，并针对核电电气贯穿件的鉴定提供了鉴定试验序列的实例。结合实践经验，分析讨论了按照IEEE317标准实施鉴定试验过程中存在的问题及解决方法。相关研究结果可为核电行业应用IEEE标准开展核电设备鉴定提供借鉴。

关键词：电气贯穿件；设备鉴定：IEEE317标准；型式试验

1前言

核电是可大规模利用的清洁能源，我国主张在确保安全的基础上高效发展核电。为确保核电厂安全运行，核电厂安全级设备必须通过严格的鉴定才能生产、投运。鉴于我国多种核电技术路线并存发展的现状，针对不同技术规范核电厂，须采用不同的核电设备鉴定标准、方法和程序。随着我国核电技术的发展和设备国产化研制的广泛开展，行业内对于核电设备鉴定的重要性的认识也在不断提高，并且对核电设备鉴定标准的应用和实践开展了研究，并提供良好经验反馈。

近年来，我国引进的设备的鉴定须采用美国标准，其中电气设备鉴定基于电气和电子工程师协会（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，简称IEEE）标准，机械设备鉴定基于美国机械工程师学会标准。美国在核电设备鉴定领域形成了包括联邦法律、核管会监管导则、国家和行业标准的完备的法制、管理和技术体系，所以美国核电设备鉴定标准比较成熟和完善。本文研究了基于美国IEEE317标准的电气贯穿件鉴定方案，并探讨了在鉴定实施的过程中的有关问题，旨在为行业内应用IEEE标准开展核电设备鉴定提供借鉴。

2电气贯穿件及其鉴定标准

2.1电气贯穿件简介

电气贯穿件为核电厂设备提供贯穿安全壳的电气通路，通过其中装配的各类馈通线为安全壳内部的设备提供动力和控制信号，并将相关的监测信号和执行机构的反馈信号传送到安全壳外。电气贯穿件的馈通线按功能用途主要可分为表1中所列五种类型。

表1电气贯穿件馈通线分类

电气贯穿件广泛采用双密封设计，导体馈通线模块穿过一个充有一定压力氮气的钢制筒体，这一结构可以实现在壳外连续监测泄漏。电气贯穿件筒体与安全壳套管焊接，并穿过安全壳（单壳或双壳）至核岛辅助厂房。馈通线导体两端与电缆连接，并在电气贯穿件两头安装端子箱以保护导体接线端子。相比其它的电气设备，电气贯穿件的独特之处在于其设计和鉴定的规范既要满足核电厂电气设备的设计规范又要满足机械设备的设计规范，其安全功能包括保持安全壳压力边界完整性（机械完整性）和电气完整性两个方面。

2.2电气贯穿件鉴定标准

电气贯穿件属于安全级设备，在用于核电厂之前，电气贯穿件样机必须通过一系列的鉴定试验，以验证其在核电厂正常工况、异常工况和设计基准事故条件下均能保持安全功能。国内现行用于电气贯穿件鉴定的标准主要有：（1）IEEE317标准，最新版本为IEEE317一2013IEEEStandardforElectricPenetration

AssembliesinContainmentStructuresforNuclearPowerGeneratingStations（核电站安全壳电气贯穿件）；

（2）IEC607721983ElectricalPenetrationAssembliesinContainmentStructuresforNuclearPowerGeneratingStations（核电站安全壳电气贯穿件）；

（3）GB/T13538一1992核电厂安全壳电气贯穿件（此标准主要参照IEC60772一1983标准）；

（4）GB/T25837一2010核电厂安全壳电气贯穿件的质量鉴定。

其中，IEEE317标准包括电气贯穿件设计、制造、鉴定、试验、安装等方面的要求，就鉴定方面而言，它是IEEE323标准的子标准，属IEEE系列核电设备鉴定标准之一；IEC60772-1983是国际标准，我国也参照制定了GB/T13538一1992，也涉及电气贯穿件设计、制造、试验、安装、维护等多方面的内容；GB/T25837-2010标准主要适用于基于法国RCC系列规范建造的核电厂安全壳电气贯穿件，是关于设备鉴定的专用标准。

3鉴定实施相关问题讨论

3.1部件试验与局部试验

电气贯穿件安装于核电厂安全壳开孔，根据不同的核电厂设计，需要穿过单层或双层安全壳，所以电气贯穿件整机尺寸较大，其长度可达数米。对于环境鉴定试验项目，考虑到试验设施的容纳能力，在可行的情况下，有些试验项目实际上可以采取部件试验代替整机试验。根据IEEE317标准，结合电气贯穿件的设计特点和设备鉴定的基本原理，对于针对特定材料或部件的试验，可以筛选相关的部件进行试验。对于热老化和辐照老化试验可以只选取含有有机高分子材料的部件，例如，将馈通线、端子排、密封圈等部件拆下进行试验，而其他的金属结构件不参与试验。但是，对于装运与储存模拟试验和热运行循环模拟试验，采取部件试验的方法需要更加慎重。这两项试验均模拟的是温度循环变化，验证极限温度（高温、低温）和温度变化是否对设备结构和材料产生影响，特别是对密封结构的作用。由于温度的影响是作用在设备整体的，涉及到部件和部件之间的接口，因此部件试验结果并不一定能代替整机试验的结果，建议进行整机试验。

电气贯穿件横跨安全壳内外，壳内的环境远比壳外严酷，壳外端通常不需要考虑辐照和设计基准事故环境，因此，可以采取局部试验的方法。在进行辐照试验时，可以选取位于壳内部分的电气贯穿件部件进行局部的辐照试验。类似地，在进行设计基准事故模拟试验时，可以模拟电气贯穿件实际安装状态，将壳内端置于试验仓内，仅使其局部经历设计基准事故环境的高温、高压、化学喷淋等环境条件的考验

3.2加速热老化试验参数确定

热老化试验结果是确定鉴定寿命的重要依据，电气贯穿件鉴定的热老化试验参数的确定基于如下分析：

（1）识别设备中对热老化敏感的部件（薄弱环节）；

（2）确定上述部件的（最保守的）服役温度，包括环境温度和由于设备运行（通电）引起的温升；

（3）确定上述部件材料或结构的热老化寿命曲线（阿伦尼乌斯曲线），热老化激活能；

（4）识别设备在核电厂的服役时间对上述部件材料或结构寿命的影响，判定显著老化机制；

（5）确定加速热老化试验的温度和时间。

电气贯穿件的安全相关功能包括确保安全壳压力边界完整性和电气完整性，正常服役工况中的热老化对安全功能相关的金属部件和材料没有显著影响，但是可能造成有机高分子材料性能的劣化。由此可确定馈通线组件的密封、绝缘，以及端子排、电缆端接、密封圈等是热老化敏感的部件。

4结束语

由于IEEE317标准更多的是给出了通用的原则和方法，不可能全面地细化到具体核电厂的鉴定要求和鉴定实施的步骤，因此，在实际的鉴定过程中，还需要根据核电厂运行环境工况、设备的安全功能、产品的设计特点等全面分析，制定合理可行的鉴定方案。通过对于电气贯穿件定的研究，也可为其他核安全级电气设备参照美国IEEE标准开展鉴定提供借鉴。

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