三代核电地震试验系统运动参数指标的确定

2018-10-09郑开云吾之英

发电设备 2018年5期

葛磊，郑开云，尚恒，吾之英，卢星

(上海发电设备成套设计研究院有限责任公司，上海 200240)

核电厂设备开展抗震鉴定试验，主要依据核电厂设计规范书或者鉴定试验标准中给出的地震反应谱进行[1]。三代核电设备的抗震试验在位移和加速度指标上提出了更高的要求，原有的地震试验系统大都难以满足三代核电设备的抗震要求。鉴于此，笔者对三代核电设备的抗震要求进行了研究，确定了相应的地震试验系统参数，为建设性能优越的地震试验系统提供了理论依据。

1 抗震试验要求

三代核电需要开展抗震鉴定的试验设备通常分为管线安装设备和硬安装设备。管线安装设备为安装在管线中的设备，硬安装设备为直接与楼板或墙壁相连接的设备。

根据IEEE std-344、IEEE std-382及三代核电设备鉴定方法论要求，管线安装设备需要进行共振频率探查、2/3RIM(Required Input Motion要求输入运动)试验及RIM试验；硬安装设备需要进行共振频率探查、1/2RRS(Required Response Spectrum)试验及RRS试验[2-3]。若设备既是管线安装也是硬安装，则应对此设备分别进行单频率RIM试验和多频率RRS试验。

2 运动参数分析和确定

共振频率探查试验及2/3RIM试验参数被RIM试验参数所包络，1/2RRS试验参数被RRS试验参数所包络，因此地震试验系统的运动参数由RIM试验和RRS试验要求所确定。

对于管线安装设备试验，由RIM试验曲线通过正弦公式得到地震试验系统的运动参数；对于硬安装设备，由RRS试验曲线通过反演地震反应谱得到地震试验系统的运动参数。

将上述两个运动参数进行整理和优化，得到所要求的地震试验系统的运动参数。

2.1 RIM试验确定运动参数

三代核电的RIM试验曲线见图1[4]。

图1 RIM试验曲线

正弦计算公式为：

(1)

(2)

S2=2S1

(3)

式中:v为速度，m/s;a为加速度，m/s2；S1为单峰行程，m；S2为峰-峰行程，m；f为频率，Hz。

计算得出2～64 Hz频率下的位移、速度，见图2、图3。

图2 不同频率下的位移曲线

图3 不同频率下的速度曲线

根据图2、图3得出：地震试验系统的最大峰-峰行程为164 mm，即单峰最大行程为82 mm，最大速度为1 m/s。

根据RIM试验要求并考虑一定的裕度，地震试验系统的运动参数见表1。

表1 RIM试验要求下的地震试验系统运动参数

2.2 RRS试验确定运动参数

根据三代核电所要求的反应谱，反演得到人造地震波时程，再通过人造地震波时程获得其对应的试验反应谱(TRS)，并要求试验反应谱能够包络要求反应谱。

RRS试验要求的频率为1～100 Hz，因此地震试验系统的频率为1～100 Hz。

根据RRS试验要求并考虑一定的裕度，地震试验系统的运动参数见表2。

表2 RRS试验要求下的地震试验系统运动参数

地震试验系统的运动参数通过人工地震波时程的加速度、速度和位移参数来确定。设计者认为，标高为76 m的楼层要求反应谱值最大，其反演得出的参数决定了地震试验系统的运动参数。此楼层反演得出人造地震波时程见图4，并得出地震试验系统需要输出的加速度、速度和位移等参数[5]。根据图4得出：地震试验系统需要输出的最大加速度X、Y方向为75.46 m/s2，Z方向为71.54 m/s2；最大速度X、Y方向为±4.2 m/s，Z方向为±3.2 m/s；最大单峰位移X、Y方向为±266 mm，Z方向为±170 mm。