俞高偉，胡子?jì)耄瑓晴婵?，朱小?/p>

（上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院，上海200240）

電氣貫穿件是安裝在核電廠安全殼上，用于電纜穿越安全殼的專用電氣設(shè)備，其作用是在正常和各種事故（包括地震、失水事故或嚴(yán)重事故工況）條件下，維持核電廠安全殼的完整性和電氣連續(xù)性，防止放射性物質(zhì)外泄，電氣貫穿件對(duì)反應(yīng)堆的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

1 電氣貫穿件的組成

三代核電站AP1000中壓動(dòng)力電氣貫穿件為反應(yīng)堆冷卻劑泵（RCP）電動(dòng)機(jī)提供三相電力，AP1000核電站采用了6 900V，60Hz屏蔽泵和電動(dòng)機(jī)。由于中國(guó)電力制度為50Hz，電動(dòng)機(jī)電源取自于核電廠內(nèi)10kV中壓電源系統(tǒng)，通過(guò)變頻器（VFD）“軟起/軟停”，驅(qū)動(dòng)到60Hz才能達(dá)到額定的冷卻能力，中壓電氣貫穿件安裝在中壓變頻器（VFD）和反應(yīng)堆冷卻劑泵（RCP）之間［1］。

2 合格鑒定電氣試驗(yàn)

AP1000是美國(guó)西屋電氣公司利用AP－600的非能動(dòng)安全設(shè)計(jì)概念，加上系統(tǒng)80＋雙環(huán)路的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)的非能動(dòng)三代核電站，采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)體系設(shè)計(jì)建造，其中電氣貫穿件以IEEE 317—1983《核電站安全殼結(jié)構(gòu)中的電氣貫穿件裝配總成》為主。IEEE 317—1983規(guī)定了合格鑒定試驗(yàn)，包括了介電強(qiáng)度、絕緣電阻、局部放電試驗(yàn)（電暈）、額定連續(xù)電流試驗(yàn)、額定短時(shí)間過(guò)電流、額定短路電流、額定短路熱容量（I2t）等電氣試驗(yàn)。上述試驗(yàn)需要確定兩個(gè)基本參數(shù)：額定電壓和額定電流。

2.1 額定電壓

對(duì)于系統(tǒng)標(biāo)稱電壓和額定電壓，GB/T 156—2007《標(biāo)準(zhǔn)電壓》中對(duì)上述名詞的定義為：系統(tǒng)標(biāo)稱電壓是用以標(biāo)志或識(shí)別系統(tǒng)電壓的給定值；其附錄A給出了IEC標(biāo)稱電壓定義，系統(tǒng)標(biāo)稱電壓：系統(tǒng)設(shè)計(jì)選定的電壓。額定電壓：通常由制造廠家確定，用以規(guī)定元件，器件或設(shè)備的額定工作條件的電壓［2］。

GB/T 156—2007中4.3節(jié)標(biāo)稱電壓規(guī)定的1kV以上至35kV的交流三相系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備的標(biāo)稱電壓見(jiàn)表1。根據(jù)IEEE 317—1983第4.2.1條額定電壓，控制和動(dòng)力回路的額定電壓見(jiàn)表2。

表1 1kV以上至35kV標(biāo)稱電壓

表2 IEEE 317—1983規(guī)定的額定電壓

系統(tǒng)標(biāo)稱電壓應(yīng)是針對(duì)設(shè)備使用所在線路系統(tǒng)而言，而額定電壓應(yīng)是針對(duì)設(shè)備裝置本身而言。AP1000中壓電氣貫穿件所在線路的系統(tǒng)標(biāo)稱電壓為6 900V，按照表2要求在5 001～8 000V，那么中壓貫穿件的額定電壓可以選取為8kV?？紤]到今后CAP1400核電站，電動(dòng)機(jī)電源可能直接取自于核電廠內(nèi)10kV、50Hz中壓電源系統(tǒng)，因此可以選擇10kV為中壓電氣貫穿件的額定電壓。

2.2 額定電流

反應(yīng)堆冷卻劑泵（RCP）額定線電壓6 900V，4極、額定功率5 450kW（線電流485A，按COSΦ＝0.94）計(jì)。實(shí)際中壓電氣貫穿件安裝在變頻器（VFD）和反應(yīng)堆冷卻劑泵（RCP）之間，因此需要滿足中壓變頻器（VFD）的電氣設(shè)計(jì)參數(shù)，額定輸出電壓6 900V，額定連續(xù)電流882A，以882A為中壓電氣貫穿件額定電流，有較大的冗余量。

3 電氣試驗(yàn)要求

3.1 工頻耐壓和脈沖電壓試驗(yàn)

確定了額定電壓后，工頻耐壓和脈沖電壓試驗(yàn)參數(shù)就不難確定，IEEE 317—1983規(guī)定：介電強(qiáng)度試驗(yàn)，在試驗(yàn)間的環(huán)境條件下（溫度、壓力和相對(duì)濕度）應(yīng)引導(dǎo)出如下的介電強(qiáng)度試驗(yàn)［3］：

（1）工頻電壓試驗(yàn)：每一中壓動(dòng)力導(dǎo)體，低壓動(dòng)力導(dǎo)體和控制導(dǎo)體在導(dǎo)體與地之間和無(wú)接地屏蔽的導(dǎo)體與相鄰導(dǎo)體之間施加60Hz的正弦電壓1min。

（2）脈沖電壓試驗(yàn)：每一中壓動(dòng)力導(dǎo)體應(yīng)施加全波1.2×50μs脈沖電壓試驗(yàn)串。

表3 IEEE 317—1983規(guī)定

表4 GB/T 311.1—1997高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合中規(guī)定

為了兼顧表3中IEEE 317—1983和表4中GB/T 311.1—1997對(duì)工頻電壓試驗(yàn)和脈沖電壓試驗(yàn)的要求，以及中壓電氣貫穿件10kV的額定電壓，建議工頻電壓試驗(yàn)電壓RMS（有效值）36kV，脈沖電壓試驗(yàn)，脈沖峰值電壓95kV。

3.2 局部放電試驗(yàn)

3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)的解讀

對(duì)電氣貫穿件而言，局部放電也就是“電暈”。電暈放電（corona discharge）：氣體介質(zhì)在不均勻電場(chǎng)中的局部自持放電。這是一種最常見(jiàn)的氣體放電形式。在曲率半徑很小的尖端電極附近，由于局部電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)氣體的電離場(chǎng)強(qiáng)，使氣體發(fā)生電離和激勵(lì)，因而出現(xiàn)電暈放電引。電暈放電可以是相對(duì)穩(wěn)定的放電形式，也可以是不均勻電場(chǎng)間隙擊穿過(guò)程中的早期發(fā)展階段。

IEEE 317—1983標(biāo)準(zhǔn)第6.2.5條局部放電試驗(yàn)（電暈）規(guī)定中壓動(dòng)力導(dǎo)體應(yīng)在相導(dǎo)體之間作局部放電試驗(yàn)（電暈），局部放電熄滅電壓不小于額定電壓。試驗(yàn)儀器，校準(zhǔn)和試驗(yàn)程序應(yīng)按NEMA WC3—1980第6部分，在試驗(yàn)間的環(huán)境條件下（溫度、壓力和相對(duì)濕度）完成。NEMA WC3—1980目前已經(jīng)升版為NEMA WC74—2006，該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際為5～46kV輸配電屏蔽電力電纜標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)NEMA WC74—2006第9.8.2條款局部放電試驗(yàn)過(guò)程規(guī)定，又要求局部放電試驗(yàn)參照ICEA T－24－380標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

GB/T 13538—1992核電站安全殼電氣貫穿件［4］對(duì)局部放電有具體規(guī)定，6.4.6條款局部放電（電暈）試驗(yàn)規(guī)定：高壓動(dòng)力導(dǎo)體必須在每相導(dǎo)體之間進(jìn)行局部放電（電暈）試驗(yàn)，局部放電熄滅電壓不小于額定電壓。試驗(yàn)要求如下：

（1）測(cè)試電路必須保證本底噪聲電荷量不超過(guò)規(guī)定允許放電電荷量的50%。

（2）測(cè)量電路本身靈敏度應(yīng)能探測(cè)到等于或小于規(guī)定允許放電電荷量20%。

（3）在1.05UN/1.732（UN＝10kV額定電壓）電壓下測(cè)量，允許放電電荷量≤10pC。

GB/T 13538—1992標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有說(shuō)明局放試驗(yàn)具體遵循哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，也沒(méi)有對(duì)熄滅電壓定義，其參考標(biāo)準(zhǔn)IEC 60772—1983中同樣沒(méi)有規(guī)定。根據(jù)1.05UN/1.732的測(cè)量電壓可以看出：試驗(yàn)要求和國(guó)家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL 417—1991電力設(shè)備局部放電現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量導(dǎo)則中對(duì)穿墻套管的要求一致，DL 417—1991（目前已經(jīng)升版至DL 417—2006）具體參照GB/T 4109—1983（目前已經(jīng)升版至GB/T 4109—2008）交流電壓高于1 000V的絕緣套管通用技術(shù)條件，而中壓電氣貫穿件用于絕緣的瓷套管和GB/T 4109—2008中的絕緣套管結(jié)構(gòu)型式也相似。

具體測(cè)量方法參考GB/T 7354—2003局部放電測(cè)量。

3.2.2 起始和熄滅電壓

按照GB/T 7354—2003局部放電測(cè)量規(guī)定：

局部放電起始電壓（Ui）：當(dāng)施加于試品的電壓從某一觀察不到局放的較低值開(kāi)始逐漸增加到初次觀察到試品中產(chǎn)生重復(fù)性局放時(shí)的電壓。

實(shí)際上，Ui是局放脈沖參量幅值等于或超過(guò)某一規(guī)定的低值時(shí)的最低施加電壓。

局部放電熄滅電壓（Ue）：當(dāng)施加于試品的電壓從某一觀察到局放脈沖參量的較高值逐漸減小，直到試品中停止出現(xiàn)重復(fù)性局放時(shí)的電壓。

實(shí)際上，Ue是當(dāng)所選的局放脈沖參量幅值等于或小于某一規(guī)定的低值時(shí)的最低施加電壓。

綜合GB/T 13538—1992的要求，在判斷Ui或Ue時(shí)，局放脈沖參量的幅值選取為10pC。

在試驗(yàn)測(cè)量Ui和Ue時(shí)，應(yīng)注意Ui的值可能受電壓上升速率的影響，而Ue可能會(huì)受施加電壓的幅值、持續(xù)時(shí)間和電壓下降速率的影響。某些絕緣中當(dāng)電壓第一次升至Ui時(shí)，只會(huì)間歇發(fā)生局放；一些情況下，放電量迅速上升，而當(dāng)電壓Ui維持一段時(shí)間后，放電會(huì)消失。與高壓其他試驗(yàn)中的測(cè)量相比，不同局放參量的測(cè)量具有較大的不確定度，因此很難用重復(fù)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證局放試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)局放驗(yàn)收試驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意考慮這一點(diǎn)。

3.3 過(guò)載和短路電流試驗(yàn)

額定連續(xù)電流試驗(yàn)、額定短時(shí)間過(guò)電流、額定短路電流、額定短路熱容量（I2t）等試驗(yàn)的要求相對(duì)明確和簡(jiǎn)單，其中額定連續(xù)電流試驗(yàn)、額定短時(shí)間過(guò)電流試驗(yàn)以額定電流882A為基礎(chǔ)。盡管AP1000核電站反應(yīng)堆冷卻劑泵（RCP）電動(dòng)機(jī)，由變頻器（VFD）“軟起/軟?！保淮嬖趩?dòng)過(guò)載的問(wèn)題；但是按照電氣貫穿件以往的鑒定要求，綜合IEEE 317—1983、GB/T 13538—1992、GB/T 25837—2010《核電廠安全殼電氣貫穿件的質(zhì)量鑒定》的要求，AP1000中壓電氣貫穿件額定短時(shí)過(guò)負(fù)荷電流不得小于導(dǎo)體額定連續(xù)電流的7倍，持續(xù)時(shí)間不得小于10s。

電氣貫穿件中一個(gè)導(dǎo)體的額定短路熱容量是在最高正常環(huán)境溫度及貫穿件所有其他導(dǎo)體承載其額定連續(xù)電流的情況下，該導(dǎo)體在額定連續(xù)電流下連續(xù)運(yùn)行后能承載而仍能保持電氣完整性和機(jī)械完整性的短路電流的平方值與持續(xù)時(shí)間的乘積。AP1000中壓電氣貫穿件短路電流有效值為50kA、0.6s，峰值150kA，額定短路熱容量I2t為1.5×109A2·s。

4 結(jié)語(yǔ)

由于安全是核電發(fā)展的前提，世界各國(guó)核電建設(shè)重點(diǎn)是采用更安全、更經(jīng)濟(jì)的先進(jìn)第三代核電機(jī)組。鑒于國(guó)內(nèi)核電站的后續(xù)建設(shè)可能以

AP1000和CAP1400為主，開(kāi)發(fā)適用的電氣貫穿件產(chǎn)品已經(jīng)迫在眉睫。因此弄清楚AP1000電氣貫穿件的電氣試驗(yàn)要求，將為電氣貫穿件的國(guó)產(chǎn)化的設(shè)計(jì)和鑒定試驗(yàn)打下理論基礎(chǔ)。

［1］林誠(chéng)格.非能動(dòng)安全先進(jìn)核電廠AP1000［M］.北京：原子能出版社，2008.

［2］中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 156—2007標(biāo)準(zhǔn)電壓［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［3］IEEE Standards Board.IEEE Standard for Electric Penetration Assemblies in Containment Structures for Nuclear Power Generating Stations［S］.Newyork：The Institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc，1983.

［4］國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T 13538—1992核電站安全殼電氣貫穿件［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1992.