杨文龙 王 凯 俞亦军 熊伟华

(浙江中控自动化仪表有限公司1，浙江 杭州 310053;秦山第三核电有限公司2，浙江 海盐 314300)

0 引言

秦山三期核电站是我国首座商用重水堆核电站，是我国“九五”重点工程之一。电站采用成熟的加拿大CANDU-6重水堆核电技术，建有2台700 MW级核电机组，每台机组都设有2个完全独立的停堆系统［1］。停堆系统即安全停闭反应堆的系统，它既是防止反应堆状态参数超出安全限值、减轻事故后果、最终停闭反应堆的系统，又是保证核电站可以可靠进入安全状态的核心系统。

中控集团研制的SBN3000系列隔离放大器(以下简称隔离放大器)用于秦山三期核电站停堆系统，它的功能是隔离现场信号和控制室信号，属于核安全级抗震I类设备。为保证核电站停堆系统的安全运行，隔离放大器在地震荷载作用期间和作用后均需保持正常工作，抗震设计指标需达到核安全级抗震I类设备(DBE-B)抗震等级。本文主要关注其抗震的设计方法和抗震试验等级的评估。

1 产品内部结构

隔离放大器由电源模块、功能模块、底座和金属盖组成，其结构以及功能模块结构分别如图1、图2所示。

电源模块与功能模块安装于底座上，金属盖将电源模块和功能模块压紧于底座上，并与底座固定在一起，组成一个隔离放大器。

电源模块和功能模块以玻纤外壳作为结构体，将主机板安装于玻纤外壳内，再灌封导热硅胶，最后使用黏结剂将外壳和底板黏结成一体。

2 抗震设计要求

隔离放大器的抗震设计要求产品在承受若干个运行基准地震作用后，再承受一个安全停堆地震，在地震力的作用期间和作用后，产品仍保持其完整性和可运行性，可以履行要求的隔离控制功能。同时，由于SBN3000系列隔离放大器用于加拿大研制的CANDU-6系统，因此，其抗震设计要求满足DBE-B抗震等级。

DBE-B抗震等级为加拿大仪器仪表抗震鉴定标准，指运行设备在运行寿期内，在发生设计基准地震时设备仍然能够维持其功能。

3 抗震设计原理

抗震关系到产品精度和寿命特性等指标，是核安全级产品必须考虑的主要问题之一。为保证隔离放大器与系统具有良好的兼容性，隔离放大器的底座和金属外壳均不用重新设计。下面主要探讨电源模块和功能模块的抗震设计。

3.1 结构体系设计

本产品采用刚性结构的玻纤外壳，其热变形温度大于140℃，抗拉强度大于20 MPa，抗弯强度大于15 MPa，肖氏硬度为80～85。该玻纤外壳独特的设计是在其内部安装四道卡槽，用于固定装入的主机板，以减弱震动引起的主机板摇动。与柔性固定方式相比，这不仅提高了产品的抗震性能，且有效地阻止了主机板与玻纤外壳共振现象的发生。

3.2 调整配重

为保证产品重量小于设定值，在选用器件和结构材料时，需从器件的封装、重量等指标严格选择重量轻且引脚多的器件。如在设计工频变压器时，在效率和温升满足要求的情况下，优先选用小型号的骨架，以及优先选用厚度为0.35 mm的硅钢片。

3.3 延性减震设计

电源模块和功能模块内部均使用双组份导热硅胶进行灌封。硅胶固化后为黏弹性体:一方面可以有效地避免主机板与外壳间发生共振现象;另一方面，利用其延性减少震动能量，可以有效地提高隔离放大器的抗震能力。

3.4 阻尼器减震设计

电源模块和功能模块底板使用基于Multilam(多点接触)设计原理的、带有弹性的香蕉插头作为连接器。由于香蕉插头弹性部分与底座接触面积最大，因此在模块与底座之间起到阻尼器的作用。震动时其可以把外来震动能量转换为震动内能，达到消减震动能量的目的，从而有效地提高隔离放大器的抗震能力。

4 抗震评估方法

目前，在国内评价核设备抗震能力的方法有抗震分析和抗震鉴定试验两种。抗震分析只能对产品的物理结构加以评估，无法对产品的电气特性进行分析，为了全方位评估停堆系统隔离放大器的抗震性能，本产品采用抗震鉴定试验。

在SBN3000系列隔离放大器的抗震鉴定试验中，需要测定自振频率，评估放大器本身及其部件的刚度和强度，验证放大器在地震荷载作用时和作用后能否正常工作并保持其完整性和可运行性，履行其隔离控制功能［2］。

抗震鉴定试验的具体做法是将经过热老化试验设备运行温度50℃、寿期达到40 a的试验样品［3］，分别安装于控制柜的上部、中部和底部，再将控制柜置于力学测试与模拟(mechanical testing＆simulation，MTS)地震动台上;在试验样品满负载运行的情况下，完成整个试验频率范围内包络要求反应谱的试验反应谱并超出10%，阻尼比为0.2，确认试验样品在地震作用过程中和地震作用后的电气性能稳定性和结构完整性。

4.1 初始检测

以符合停堆系统现场实际使用情况的安装方式，将经过热老化试验(试验温度为110℃、活化因子取0.95、加速老化时间为1680 h)的样品放入机柜后，通电检测工作特性(即在最大负载时测试试验样品的精度指标)并记录数据。

4.2 中间检验

试验样品通电检测，使用无纸记录仪记录试验样品的数据，通过震动台监测仪表观察并记录设备震动过程中和震动后的工作状况，评价其功能特性和参数的变化以及是否在允许误差范围内，并检测试验样品的工作特性。具体试验内容和要求如下:① 验证隔离放大器在地震作用过程中及其之后的结构完整性;②测定隔离放大器的自振频率;③对隔离放大器进行5次运行基准地震S1 Earthquake(operational basical earthquake，OBE)考核试验，持续时间均为30 s;④ 对隔离放大器进行1次安全停堆地震S2 Earthquake(safety shutdown earthquake，SSE)考核试验，持续时间为30 s［4］。

4.3 最终检验和合格判定

试验样机在完成抗震性能试验后，对设备的外形、结构和基准性能进行检查和测试，并与试验前的基准数据相比较，以证明样机设备在地震试验后的完整性、功能性和可运行性。

4.4 结论

试验结果表明，中控集团研制的SBN3000系列隔离放大器在完成了上述抗震试验后，结构保持完好，工作性能没有发生变化，满足抗震设计要求［5］。

5 结束语

本文介绍了核安全级抗震I类设备隔离放大器的抗震设计方案，包括设计要求、设计原理和抗震评估方法。通过采用结构体系设计、调整配重、延性减震设计和加阻尼器等技术措施，从多个方面提高了产品的抗震能力。产品抗震效果和可靠性通过了土木工程防灾国家重点实验室的鉴定试验，满足DBE-B抗震等级要求，符合核安全级产品要求。

［1］顾树川，张国茗.秦山三期CANDU6型重水堆核电站［J］.能源研究与信息，1996(4):43－48.

［2］国家质量监督检验检疫总局.GB 12727-2002核电厂安全系统电气设备质量鉴定［S］.北京:中国标准出版社，2003.

［3］上海市电机技术研究所.SBN3000系列隔离放大器热老化模拟试验［R］.上海市电气绝缘及热老化重点实验室，上海，2009.

［4］国家质量监督检验检疫总局.GB 13625-92核电厂安全系统电气设备抗震鉴定［S］.北京:中国标准出版社，1993.

［5］同济大学土木工程防灾国家重点实验室振动台试验室.SBN3000系列隔离放大器抗震试验报告［R］.同济大学土木工程防灾国家重点实验室振动台试验室，上海，2009.