随着各国能源政策以及环境保护要求的不断提高，建设核电站已经成为今后电站发展的方向。为保证核电系统的安全，对调节阀电动执行机构各方面的性能提出了更高的要求。
一、性能
阀门电动执行机构（图1）是核电站系统中过程控制的一个重要的驱动装置。该装置具有行程控制、力矩保护、手动电动切换操作、远方及近地控制等功能，可以将上位控制设备和系统（调节器、PLC和DCS等）给出的电量指令信号转化为相应的位移，驱动最终的控制部分如阀门或风门等至系统所要求的位置，以调节和控制流量、风量、温度和压力等过程参数，实现系统的过程控制。电动执行机构通常采用模拟量或脉冲量工作方式，系统与执行机构之间采用点对点的连接形式。电动执行机构对核电站的正常工作有着十分重要的作用。
二、特殊要求
（1）使用寿命
重水堆核电站的设计寿命一般为40年。电动执行机构的设计寿命一般为4O年或必须至少满足其在一个大修周期内无任何故障。
（2）安全级别
核电站内电动执行机构安全级别分为3类。K1类电动执行机构是指安装在核反应堆安全壳以内，在正常环境条件下（表1）和在SL2（安全停堆地震动）载荷下以及在事故期间或在事故（表2）之后仍能执行规定的功能。K2类电动执行机构是指安装在核反应堆安全壳以内，在正常环境条件下和SL2载荷下仍能执行规定的功能。K3类电动执行机构是指安装在核反应堆安全壳以外，在正常环境条件下和在SL2载荷下仍能执行规定的功能。
表1 电动执行机构正常使用的环境条件
| 环境 | 电动执行机构类型 | |
| K3 | K1和K2 | |
| 温度/℃ | 5~40 | 5~55 |
| 最大相对湿度/% | 100 | 100 |
| 水流 | 从各个方向喷射 | 从各个方向喷射 |
| 大气压/MPa | 0.097~0.106 | 0.097~0.106 |
| 灰尘 | 严重 | 忽略不计 |
| 盐份 | 海洋大气 | 海洋大气 |
| 最大空气流速/m·S-1 | 10 | 10 |
| 支撑结构震动频率/Hz | 10~2000 | 10~2000 |
| 支撑结构振幅/μm | 0~25 | 0~25 |
| 支撑结构最大加速度/m·（s2）-1 | 2.5 | 2.5 |
| γ辐射累积剂量/kGy | 250 | |
表2 电动执行机构事故工况使用的环境条件
| 环境 | 电动执行机构类型 | |
| K3 | K1和K2 | |
| 冲击能量/J | 0~2 | 0~2 |
| γ辐射累积剂量/MGy | - | 0.6 |
| 温度/℃ | - | 60~156 |
| 绝对压力/MPa | - | 0.16~0.55 |
（3）抗震级别
对于一些重要部位的电动执行机构，在地震中和地震后能正常工作。
（4）抗辐照能力
由于核燃料长年使用，特别是在核岛内使用的电动执行机构，必须避免因辐照而引起材料或零部件失陷而使电动执行机构不能正常工作。
（5）其他
电动执行机构还必须具有热稳定性、防潮性、化学稳定性以及防火等性能。
三、设计
1、防护
在核电站，无论是核岛内还是核岛外的环境都是比较好的。但这并不是说电动执行机构的防护等级就可以降低。因为，在安全壳内的执行机构有沾染放射线尘埃的危险，为了能及时方便地去除污染物，需要用清水清洗。另外，必须保证执行机构不对周围环境造成影响，如漏油或漏液等。在设计中，一般按GB 4208和GB 3836的要求确定执行机构的外壳防护等级和防爆等级，以IP67要求为宜，不应太低或太高。过低达不到防护防爆的要求，过高则使装置的造价过高，造成资源浪费。
化学介质的酸性和碱性在高温潮湿条件下容易形成导电腐蚀性凝露，使产品的金属零部件腐蚀，绝缘零部件的绝缘性下降。同时还要破坏产品表面涂漆层，使之产生松软、起皱、锈点或气泡。执行机构外表面涂层的品种、颜色及施工要求应符合EJ/T 1022.17的有关规定。
电动执行机构在任何情况下都应该设计接地螺栓。电机容量≤5kW时，接地螺栓≥M8。电机容量在5~10kW时，接地螺栓≥M10。电机容量大于10kW时，接地螺栓≥M12。各带电回路之间，带电零部件及导电零部件或接地零部件之间的电气间隙和漏电距离应符合JB 911的要求。
2、材料
除非另有要求，电动执行机构的箱体必须由球墨铸铁制成， 除执行机构外壳的部分非重要零件外，其他零件禁止使用铝、锌和它们的合金。润滑脂必须采用特种耐高温抗辐照润滑脂，不能用一般的润滑油。对于紧固件、螺钉、铭牌和铆钉等必须采用不锈钢。
3、元器件
（1）电缆
用于核电站阀门电动执行机构的各种导线和电缆都必须符合核电的有关标准。如具有一定的化学稳定性，即在化学环境（油、臭氧、酸碱等腐蚀剂）中的电缆应保持所要求的绝缘性，还要具有抗辐射性。电站运行期间， 电缆应能连续接受10rad/h的辐射剂量，40年内累积剂量约为0.4×107rad。在事故状态下辐射剂量可达5×107rad。在承受总的累计剂量后，电缆应保持电气性能不变。绝缘电压为300V的控制电缆，用于<200VDC的系统。绝缘电压为600V的控制电缆，用于200~400VDC的系统。
（2）接插件
核级阀门电动执行机构要具有防爆性能，所有的接插件也必须具有防爆性能，对于控制电缆引入的固定和密封必须采用专用装置。
（3）密封材料
O形圈、方形圈、骨架油封及其他常用密封材料的防辐射能力较低，因此核级阀门电动执行机构须采用专用的密封材料，如氟橡胶等。
4、结构
核级阀门电动执行机构的结构必须符合结构简单，操作方便，控制可靠的要求。
（1）机械部分
核电站的空间体积比普通电厂要小得多。在结构上为了减小体积，提高可靠性，可以采用变频电机来使执行机构的转速符合各类工况的要求。采用变频电机既能最大限度地减小机械传动部分的结构，又可以使执行机构的性能得到优化。
（2）控制部分
随着各类新技术在电力系统的成熟应用，许多新的技术也应用在执行机构的设计中。如现场总线技术不仅可以实现控制的自动化，还可以实施执行机构的远程控制、诊断、维护和操作等。
（3）接口部分
为了方便现场的安装、调试和维修，执行机构的设计要尽量做到模块化，以便能达到快速互换的目的。由于现在阀门的种类和来源非常广泛，如何保证执行机构在不同的场合去适应它们，标准接口的设计就显得尤为重要了。设计时应尽量减少非标设计和特殊设计，多采用国际标准和国家标准，如DIN 3338、DIN 3210、GB 12222和JB 2920等。
（4）密封
为了保证防护性能的实现，在设计时不仅要考虑执行机构的外部防护，同样也要考虑执行机构的内部防护。外面的进不来，里面的出不去。传统的执行机构对外部防护一般做得比较好，对内部的防护却不是太理想。特别是在执行机构使用了一段时间后经常出现磨损和渗油等现象，既污染了周围环境，又对安全造成了隐患。因此在设计时应充分考虑防渗的要求，多采用高性能高质量且防辐射的O形圈、方形圈和骨架油封等，适当的提高一些旋转面和运动面的粗糙度要求。
四、特殊试验
核级阀门电动执行机构还应进行特殊试验。
1、热老化试验
将电动执行机构在干燥的空气中加热至135℃，试验950h。对于任何不同于135℃ 的实验温度，其试验时间τ为
τ的最小值为100h。在该试验过程中，执行机构应能在加载的情况下，至少要完成所要求的机械磨损老化操作循环次数的10%（200次）。
2、辐照老化试验
在进行辐照试验之前，执行机构应能满足在加载情况下，完成所要求的机械磨损老化操作循环次数的50%。辐照试验应在干燥的空气中进行。温度为70±3℃，γ累计辐射计量为250kGy。辐射前后执行机构的性能不能产生明显的变化。在进行辐照老化试验之后，执行机构应能在加载的情况下，完成剩下的机械磨损老化操作循环次数。
3、事故模拟试验
事故模拟试验包括辐照条件试验和湿热条件试验以及地震模拟试验等。辐照条件试验是检测执行机构在模拟温度为70±3℃，射线γ的累积剂量为600kGy，剂量率为0.25±0.14Gy/s条件下的工作情况。湿热条件试验包括失水事故（LOCA）工况试验和失水事故其他环境条件（MSLB）模拟试验。
试验时，将执行机构安装于配有电缆接口、密封面及专用管路的试验室内，在试验室内建立正常环境条件，操作执行机构记录有关数据（机械及电器的数据）。执行机构在额定负载下参照EJ/T1022.11-96标准中的PWR安全壳内LOCA试验参数和时间曲线以及PWR安全壳内MSLB试验参数和时间曲线的有关要求进行试验。
五、结论
核级阀门电动执行机构的各方面要求很高，因此其生产条件也有很高要求，只有严格按照核质保（HAF040）大纲的有关要求操作，才可以进行生产。另外，在核级阀门电动执行机构的运输、储存和保管中，必须严格遵守有关规定，只有这样，才能发挥出它的应有的作用。
