核电厂仪控设备的可靠性及老化管理研究与实践 吴军

核电厂仪控设备的可靠性及老化管理研究与实践吴军

发表时间：2019-08-26T16:38:42.660Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年10期作者：吴军[导读] 经过在核电站的实践验证，采用白名单技术防护的网络区域可以有效防止恶意软件的破坏，阻止恶意报文的传输，从而保护核电厂仪控系统的安全。

福建福清核电有限公司福建福清 350300摘要：核能行业网络安全事件暴露了核电厂仪控系统缺少网络、主机、应用、数据等各方面的网络安全防护手段，一旦发生网络安全事件后果严重。基于对核电相关网络安全标准的分析，研究了白名单策略与黑名单策略的技术差异，提出了在核电厂场景应用白名单防护策略的工作方向。详细分析了程序白名单、外设白名单、工控协议白名单、工控行为白名单的基本概念、技术特点和实际应用场景;描述了

白名单防护策略的具体实施方案，包括规划、设计、验证、实施和维护5个步骤，并在实际的核电站进行产品部署。经过在核电站的实践验证，采用白名单技术防护的网络区域可以有效防止恶意软件的破坏，阻止恶意报文的传输，从而保护核电厂仪控系统的安全。

关键词：核电厂；仪控系统；可靠性

引言

核电作为一种新型的清洁能源，对核电的开发有利于改变我国的能源结构，改善环境，也有利于我们国家的安全发展。我国核电事业的发展将会持续进行。为了配合我们国家核电行业的发展国家也下发了相关课题。本篇文章就旨在研究中国核电设备的可靠性标准体系以及分析需求，找出核电设备行业当前可靠性标准体系建设的不足，结合核电设备的实际需求，为中国核电设备可靠性标准体系需求提供一些建议。

1仪控设备老化机理研究

仪控设备寿命与其内部所有元器件老化降质有关，最短寿命的元器件通常决定仪控设备的寿命。元器件“老化”的实质是材料或设备的特性随时间发生变化。大多数情况下，一个电子元器件的寿命受限于绝缘材料老化，这是由于介电强度退化。此外，电子元器件的参数随时间发生变化，如漏电流或直流增益增大会导致这些元器件老化。许多物理应力会导致元器件老化，如电流、电压或电阻发热是电子元件的固有现象。外部应力，如环境温度、辐射、振动、冲击，或其他机械和化学应力都会加速元器件的老化。高温以及温度循环也是电子元器件和电子设备老化的主要原因。但并不是所有失效都与老化相关，也会有其他原因，如器件制造质量或设计缺陷。限于篇幅，本文仅简要分析两种典型仪控设备的老化失效机理作为参考。

1.1电解电容

电解电容的主要老化机理是电解液通过端盖的密封泄漏，这是一个与橡胶密封有关的特殊问题，如果橡胶性能严重降质，会形成电解液泄漏通道。当温度为20℃时，一个典型的电解电容的老化过程可能需要10年(根据制造的工艺和材料品质，寿命有所不同)，高温则可加快这个老化过程。温度(环境)、电压和纹波是导致电解电容故障的诱导因素，会加速电解液蒸发。电解液的流失增大了等效串连电阻，减小了电容容量，最后电容会因开路或短路而失效。

1.2中子通量探测器

堆芯外探测器一般根据电离原理运行，堆芯内探测器通常由含有镀铀电极的裂变室构成。中子通量探测器的使用寿命要一般小于反应堆的寿命，探测器属于耗损部件，需要定期更换，老化机理主要与探测器的类型有关。制造工艺也对老化机理有着重要的影响，如制造缺陷造成电离室的密封和绝缘退化，导致泄漏和中子通量测量异常。计数器对气体质量特别敏感，若气体中存在杂质或湿度，会改变传感器的特性。杂质有可能是传感器制造期间进入的，湿度可能是测量室泄漏引起的。电离室探测器的退化主要与敏感涂层(例如硼)的退化有关。敏感涂层属于耗损部件。通常这类传感器作为源量程探测器可能具有5～8年的运行寿命，作为中间量程或功率量程探测器可能有10～20年的运行寿命。

2仪控设备可靠性及老化管理方法

2.1核电设备可靠性分析方法

传统的可靠性分析是建立在很多数据基础之上的。如今我国核电事业发展快速，虽然新建的机组很多，但是在运的机组却很少，所以这就导致我们能够分析的设备对象很少，很多核电设备的可靠性都非常高，也导致失效数据非常的少。这种状况之下，很多的设备部件不能够依靠传统的可靠性分析方法，需要结合外部失效，行业失效率以及数据并运用数学方法加以分析。对于核电设备可靠性分析的需要，建立一个分析体系。设备部件可靠性的定量分析结果，作为系统的可靠性定量分析输入，这就能够很大范围的提高设备可靠性分析的准确率。部件可靠性定量分析的主体就是设备的主要部件，所以在确定了失效分布的类型之后结合每个输入数据来判断选择合适的分析方法。一般来说，核电站实际的运行的部件在投入运行之前就已经经过了实验与调试阶段，而这两个阶段也在过程当中经过了失效的过程，所以说，在设备实际运行的时候，设备设计的寿命已经到达或者接近时，设备部件已经处于损耗时期，这个时期之前部件都处在偶然的失效期内。如果实际的工作状况比设计的要恶劣时，设备的损耗时期就会提前，时间会缩短。与此同时还能依据数据来判断设备的寿命时期，当设备发生故障的几率低或者是发生的时间很分散，这时设备部件就会处于寿命的偶然失效时期，但是设备部件如果在某个时间段内有很多的失效问题时，部件就处于损耗时期了。核电设备可靠性标准体系分析方法是设备部件可靠性分析里，特别是几乎没有失效数据时，来保证分析的准确度的重要环节。相同的数据，如果选择的分析方法不一样，那么所得到的结果也会有很大的差别。这种差别可能是数量级的。在选择分析方法的时候，要结合核电行业的发展状况，失效情况，数据的特征，实际情况多个角度来考虑。当有核电厂家或者专家机构发表的核电设备的都可以使用的失效率后，可以综合考虑电厂的失效数据，核电厂的部件运行的具体状况来修改更正；当不存在核电厂的失效数据与外部失效数据时，可以通过核电厂的设备运行的数据来对通用失效率进行在r等于0的情况下的修改更正；当存在上述的失效数据时，根据数据的多少来进行选择：如果数据比较少，那么可以通过电厂运行数据对通用失效率进行r不等于0情况下的修改更正；如果数据比较多，那么可以通过经典的设备可靠性评估方法来对其进行分析。在这种情况下，还需要根据设备失效数据是否为完全的失效数据，来判断采用极大似然估计方法分析还是使用非完全失效数据适用的最小二乘平均秩次方法进行分析。

2.2可靠性及老化管理目标与组织机构