Discussion on Seismic Classification of Nuclear Power Plant Equipment and Research on its Corresponding Required Seismic Response Spectrum
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摘要: 目前核电厂设备的抗震类别分为2个等级，第1等级（高等级）称为抗震I类，第2等级称为非抗震I类。抗震I类的抗震设计和抗震试验已相当成熟了，也有了相关的国家标准，而对非抗震I类设备则还没有相关标准可遵循。为了对一些非抗震I类而功能重要、但不要求抗安全停堆地震的设备提出更合理的抗震要求，本研究建议将非抗震I类设备再分为常规重要抗震类和常规一般抗震类，并对常规重要抗震类和常规一般抗震类根据国标谱给出了相应的地震地面水平加速度峰值和地面水平要求反应谱。将常规重要抗震类的抗震设防水准从国标的50年超越概率为10%的地震提高到50年超越概率为2%的地震。研究结果表明常规重要抗震类的抗震设防水准与国际先进抗震标准一致，并满足国家核安全局在福岛事故后对核电厂应急中心的抗震新要求和国标GB 50260-2013要求，因此本研究建议的抗震分类适用于我国核电厂物项的抗震设计。Abstract: At present, there are two seismic categories for nuclear power plant equipment, the first (high) is called seismic category I, and the second is called non-seismic category I. The seismic design and seismic test of seismic category I are quite mature, and there are relevant national standards, while there are no relevant standards to follow for non-seismic category I equipment. In order to put forward more reasonable seismic requirements for some non-seismic category I but functionally important equipment that does not require safety shutdown earthquake resistance, this study proposes to classify the non-seismic category I equipment into the conventional important seismic category and the conventional general seismic category. In this study, the corresponding peak ground horizontal acceleration and required ground horizontal response spectra are given according to the national standard spectrum for the conventional important seismic category and the conventional general seismic category. The earthquake fortification for conventional important seismic category is increased from 50-year exceedance probability of 10% to 2%. The results show that the seismic fortifications standards for conventional important seismic category are to be in line with the international advanced standards and meet the new requirements of the National Nuclear Safety Administration for the emergency center of nuclear power plants after the Fukushima accident and the national standard GB 50260-2013. Therefore, the seismic categories suggested in this study are applicable to the seismic design of nuclear power plants in China.
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图 1 5%阻尼比的归一化的地面水平要求反应谱（零周期加速度值为1.0g）
Figure 1. Normalized Required Response Spectrum in Ground Level for a 5% Damping Ratio (Zero Periodic Acceleration Value of 1.0g)
图 2 重要抗震类和一般抗震类的地面水平要求反应谱（阻尼比5%）的比较（烈度7度，地面加速度值为0.1g）
Figure 2. Comparison of the Required Response Spectrum in Ground Level (Damping Ratio 5%) for Important Seismic Category and General Seismic Category (The Intensity is 7 Degrees, and the Ground Acceleration Value is 0.1g）
图 3 不同加速度等级的地面水平要求反应谱（5%阻尼比）
Figure 3. Required Response Spectrum in Ground Level for Different Acceleration Levels (5% Damping Ratio)
图 4 常规重要抗震类与IEEE STD 693-2005的设计要求反应谱的比较（地面加速度0.25g）
Figure 4. Comparison of Design RRS of Conventional Important Seismic Category and IEEE STD 693-2005 (Ground Acceleration 0.25g)
表 1 不同类别设备在不同设防烈度下地震地面水平加速度峰值取值（设计基本地震加速度值）
Table 1. Peak Value of Seismic Ground Horizontal Acceleration for Different Types of Equipment Under Different Fortification Intensity (Design Basic Seismic Acceleration Value)
设备分类 依据标准 不同国标抗震设防烈度的地面水平加速度峰值取值/g 6度 7度 8度 9度 常规一般抗震类 地震地面水平加速度峰值按GB 50260-2013 中的设计基本地震加速度值 0.05 0.1(0.15) 0.2(0.3) 0.4 常规重要抗震类 地震地面水平加速度峰值按本文中常规一般抗震类设备的2倍取值 0.1 0.2(0.3) 0.4(0.5) 0.5 按国标GB 50011-2011，7度区和8度区各有两个设计基本地震加速度取值，GB 50260-2013的设计基本地震加速度取值同GB 50011-2011，7度区和8度区也有两个取值；常规重要抗震类设备取对应烈度设计基本地震加速度的2倍，但因为核电厂抗震设计中，设计基本地震加速度取0.5g是最大值，大于0.5g就不在设计中考虑，因此表中常规重要抗震类的设计基本地震加速度值最大取0.5g。 
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表 2 图3中不同加速度等级的地面水平要求反应谱的特征点数据
Table 2. Feature Point Data of the Required Response Spectrum in Ground Level for Different Acceleration Levels in Figure 3
地面水平加速度峰值/g 特征点在不同频率下的加速度取值/g 备注 0.1 Hz 1.1 Hz 10 Hz 33 Hz及以上 0.100 0.031 0.250 0.250 0.100 0.200 0.062 0.500 0.500 0.200 本栏为8度区0.200g厂址的一般抗震类的要求地面水平反应谱特征值 0.300 0.093 0.750 0.750 0.300 0.400 0.124 1. 000 1. 000 0.400 本栏为8度区0.200g厂址的重要抗震类的要求地面水平反应谱特征值 0.500 0.155 1.250 1.250 0.500
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表 3 核电厂设计地震SL-2地面水平加速度峰值汇总
Table 3. Summary of Peak Ground Horizontal Accelerations for Design Earthquake SL-2 of Nuclear Power Plants
核电厂名称 厂址区划值
a0/g核电厂设计地震
SSE/gSSE/
a0大亚湾/岭澳核电站 0.1 0.2 2.0 田湾核电站/红沿河核电厂 0.1 0.2 2.0 阳江/福清核电厂 0.1 0.2 2.0
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表 4 2倍国标基本设计加速度与50年超越概率为2%的罕遇地震的设防加速度对比
Table 4. Comparison of 2 Times the National Standard Basic Design Acceleration and Fortification Acceleration of Rare Earthquakes with 50-Year Exceedance Probability of 2%
国标GB18306设防烈度 6度 7度 7度 8度 8度 9度 国标基本设防加速度（50年超越概率为10%）/g 0.05 0.10 0.15 0.20 0.30 ≥0.40 罕遇地震（大震）设防加速度（国标提高1度）（50年超越概率为2%）/g 0.10 0.18 0.30 0.39 — 0.50 2倍的国标基本设防加速度/g 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.50
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