核電中壓全澆注母線裂紋缺陷查找方法

朱興文，原　玉，徐西家，衣蘭妹

（華能山東石島灣核電有限公司，山東　榮成　264312）

核電中壓全澆注母線裂紋缺陷查找方法

朱興文，原玉，徐西家，衣蘭妹

（華能山東石島灣核電有限公司，山東榮成264312）

全封閉澆注母線在常規(guī)電廠已有較為成熟的應(yīng)用，國內(nèi)某核電廠220 kV輔助開關(guān)站至6.6 kV廠用母線采用全澆注母線，這是該類型母線在國內(nèi)核電首次應(yīng)用。在澆注母線停運期間，出現(xiàn)雨水經(jīng)裂紋滲入母線后導(dǎo)致一相絕緣異常而無法恢復(fù)送電故障。結(jié)合澆注母線特點，通過原因分析、多種試驗方法的研究與論證，最終確定采用淋水試驗方法查找及定位母線裂紋。經(jīng)過重新澆注，有效解決了母線裂紋缺陷，保證全澆注母線的絕緣質(zhì)量，提高了澆注母線供電的可靠性。

全澆注母線；裂紋；淋水試驗；絕緣

0　引言

某核電廠6.6 kV廠用電系統(tǒng)為中性點不接地方式［1］。為降低廠用電系統(tǒng)的單相接地電容電流，減小單相接地時弧光過電壓對系統(tǒng)的影響，提高供電可靠性，經(jīng)設(shè)計論證，該核電項目采用4條全澆注母線分別取代從9LGJ到1LGB/LGC、9LGJ到2LGB/LGC之間的中壓電纜，如圖1所示。

圖1　澆注母線供電連接示意

澆注母線實現(xiàn)首次受電成功后，在9LGJ側(cè)實測的單相最大空載電流為0.9 A，隨后澆注母線一直帶電正常運行至輔助開關(guān)站停電檢修。檢修期間現(xiàn)場連日大雨，澆注母線所在GB廓道有多處滲水嚴(yán)重，雨水直接從未封堵的檢修孔、吊裝孔流進廓道淋在澆注母線表面。雨后調(diào)試人員對澆注母線絕緣檢查時，發(fā)現(xiàn)9LGJ至1LGB澆注母線B相對地絕緣出現(xiàn)異常，如表1所示，其絕緣值遠(yuǎn)低于其他兩相，并且也遠(yuǎn)低于系統(tǒng)首次送電時的測量值，隔日再次進行測試確認(rèn)，B相絕緣仍然無明顯變化。初步懷疑雨水澆濕母線、潮氣侵入造成母線絕緣異常，后經(jīng)多種試驗方法排查確定原因為母線裂紋處受潮引起絕緣值降低。

因該核電廠中壓系統(tǒng)為中性點不接地系統(tǒng)，過電壓水平高，對弱絕緣擊穿概率大［2］。因此，如何排查及確定澆注母線裂紋的位置成為母線恢復(fù)送電并安全可靠運行的關(guān)鍵。結(jié)合此次澆注母線裂紋故障排查的實際工程經(jīng)驗，通過多種試驗方法的探究和驗證來分析全澆注母線裂紋缺陷查找的解決方案。

表1　9LGJ至1LGB全澆注母線絕緣測量值

1　澆注母線介紹

200MW及以上機組的6 kV廠用回路通常采用共箱封閉母線、金屬箱式電纜母線、小型離相封閉母線［3］。全澆注母線設(shè)計生產(chǎn)符合IEC標(biāo)準(zhǔn)，在歐洲KEMA、Laborelec等權(quán)威實驗室進行產(chǎn)品型式試驗及產(chǎn)品性能參數(shù)的測試，并獲得相關(guān)認(rèn)證。

全澆注母線是一種全封閉母線，設(shè)計采用絕緣材料對銅導(dǎo)體直接進行澆注密封，見圖2。該絕緣材料為注塑混合劑（環(huán)氧樹脂、硬化劑等）及火山巖無機礦物質(zhì)，具有良好的絕緣特性及抗機械強度性能，具備防潮、防爆、不易燃燒與自熄性等特性［4］。且不需要防護外殼，既能節(jié)省可觀的鋁材，又避免了其他金屬封閉母線外殼上的渦流和環(huán)流損耗，適用于發(fā)電廠、變電所及工礦企業(yè)的配電系統(tǒng)。

圖2　澆注母線結(jié)構(gòu)

此外，全澆注母線既不需要加熱驅(qū)潮，也無須配套微正壓裝置來保證母線的絕緣水平，不但有節(jié)能作用也大大降低了日常消缺、維護工作。因為具備上述優(yōu)點，全澆注母線無疑是一種較理想的中壓母線產(chǎn)品。

2　裂紋查找方法研究

2.1目視檢查法

目視檢查法是裂紋查找人員首選方法，母線上較為明顯的裂縫裂紋易通過目視檢查發(fā)現(xiàn)，但該方法存在以下問題：中壓全澆注母線多位于地下廊道區(qū)域，空間有限且照明條件一般較差，不利于進行目視檢查；中壓全澆注母線采用三相一體全澆注式結(jié)構(gòu)，且母線每隔一定距離在相間垂直方向上取孔洞，這種結(jié)構(gòu)雖然提高了母線的散熱能力，但也使得相間空孔處存在檢查死區(qū)；對于較小裂紋，肉眼無法輕易發(fā)現(xiàn)。

2.2超聲波檢測法

超聲波檢測原理是接收放電時發(fā)出的超聲波，將其轉(zhuǎn)換為人們可聽見的聲音，再根據(jù)其信號的強弱判斷放電的位置和強度，這種方法很難直觀地準(zhǔn)確定位遠(yuǎn)距離的放電點，定量分析也十分困難，不適合全澆注母線裂紋查找。

2.3紅外成像法和紫外成像技術(shù)

當(dāng)母線內(nèi)部絕緣材料存在氣泡或裂紋時，母線絕緣發(fā)生變化，母線溫升可能出現(xiàn)異常，通過紅外成像法可發(fā)現(xiàn)局部的過熱點從而定位裂紋［5］。

高壓設(shè)備電離放電時，根據(jù)電場強度的不同，會產(chǎn)生電暈、閃絡(luò)或電弧。電離過程中，空氣中的電子不斷獲得和釋放能量。當(dāng)電子釋放能量時，會輻射出光波和聲波，還有臭氧、紫外線、微量的硝酸等。紫外成像技術(shù)就是利用特殊的儀器接受放電產(chǎn)生的紫外線信號，經(jīng)處理后成像并與可見光圖像疊加，達到確定放電裂紋位置的目的［6］。

無論是紅外成像法還是紫外成像技術(shù)，都只有在母線帶電尤其是較大運行電流的情況下，局部過熱點和放電點才能發(fā)現(xiàn)；且需要特殊的檢測儀器（CoroCAM IV+紫外成像儀），在母線停電或者小負(fù)荷運行期間，現(xiàn)場無相關(guān)檢測設(shè)備的情況下，又基于現(xiàn)場調(diào)試進度的壓力，此方法不適用于查找已有故障。

2.4耐壓試驗法

2.4.1耐壓試驗法分析

判斷全澆注母線可否通過耐壓試驗法找出裂紋故障，首先要對全澆注母線的出廠試驗和現(xiàn)場安裝交接試驗進行分析。

全澆注母線出廠試驗項目如表2所示。測試澆注母線相與相、相與地之間的電氣特性，測試單位為澆注母線各個獨立單元，在測試過程中，被試元件放置在絕緣支架上方。

表2　全澆注母線出廠試驗項目

現(xiàn)場安裝交接試驗項目如表3所示，測試單位為已經(jīng)連接完畢的整段澆注母線，整段澆注母線置于澆注母線絕緣支持元件上方，試驗測試母線相與相、相與地之間的電氣特性。

表3　全澆注母線現(xiàn)場交接試驗項目

綜合全澆注母線的出廠試驗和現(xiàn)場安裝交接試驗的試驗項目以及試驗條件可以發(fā)現(xiàn)：對于澆注母線上的極細(xì)小裂紋，受試驗觀察、試驗環(huán)境條件等因素影響，耐壓試驗可能無法發(fā)現(xiàn)，這是由于澆注母線外層為全封閉的絕緣物質(zhì)，施加于被試元件上的電壓在裂紋處無法構(gòu)成有效放電回路。

而根據(jù)9LGJ至1LGB澆注母線絕緣測量值，發(fā)現(xiàn)裂紋已經(jīng)造成母線B相絕緣值嚴(yán)重下降，說明裂紋已形成絕緣薄弱點，當(dāng)耐受電壓升高時，裂紋處或因絕緣能力降低產(chǎn)生閃絡(luò)或發(fā)出斷續(xù)放電聲［7］，所以耐壓試驗法具有一定的可行性。

2.4.2耐壓試驗法驗證

耐壓試驗安排在晚上進行，測試員分布站在黑暗的廊道里，觀察母線放電的聲音和光亮查找故障點。采用交流耐壓裝置對每相進行交流耐壓試驗，升壓速度控制參考GBT 16927.1—2011《高電壓試驗技術(shù)第1部分：一般定義及試驗要求》［8］，當(dāng)施加電壓升至13 kV時，某段澆注母線從黑暗中可明確觀察到一處放電的弧光，經(jīng)仔細(xì)檢查，最終發(fā)現(xiàn)該段母線相間空孔中下部及底部有一條裂紋，且裂紋所在母線處恰為被雨水淋濕的位置。

對裂紋所在母線進行吹干處理后，再次測量母線絕緣值296 MΩ，相比之前測的6.91 MΩ，絕緣值有了明顯提升，說明當(dāng)有裂紋存在的情況下，母線表面受潮對其整體絕緣有非常明顯的影響。

2.4.3耐壓試驗法存在的問題

雖然采用耐壓試驗法首次查找到了裂紋，但耐壓試驗也存在各種問題。耐壓試驗法的前提條件是母線絕緣已經(jīng)出現(xiàn)明顯薄弱點，施加于母線導(dǎo)體上的電壓可通過絕緣薄弱點形成放電回路，該試驗方法存在3個困難：試驗電壓的選擇，過高的試驗電壓可能將母線絕緣薄弱處擊穿從而損壞母線；試驗人員的安全，該方法需要人員沿途站在母線附近監(jiān)看母線的放電情況，試驗人員有觸電風(fēng)險；對于故障點的辨別難度較大，施加電壓上升至一定程度，母線各處均會出現(xiàn)表面對絕緣支架放電的情況，增加了故障點的辨別難度。

2.5淋水試驗法

2.5.1淋水試驗方法分析

澆注母線的外殼是全封閉的絕緣材料，通過耐壓試驗的方法查找母線裂紋的關(guān)鍵在于使得母線導(dǎo)體部分與裂紋、外殼、大地構(gòu)成放電回路。母線的裂紋可能存在于母線外表各處，因而需要將母線外表全面與大地構(gòu)成導(dǎo)電回路。

總結(jié)首次裂紋查找過程以及考慮試驗成本及試驗周期因素，淋水試驗方法可將母線裂紋與大地構(gòu)成導(dǎo)電回路，易于查找裂紋缺陷點。

2.5.2淋水試驗方法驗證

在停電期間，用淋水試驗法對9LGJ到1LGB、1LGC的澆注母線進行全面排查。具體試驗步驟如下。

1）澆注母線首端開始依次隔20～30 m作為一段試驗分段；

2）用干布擦去澆注母線表面受潮及污穢部分，確保澆注母線表面干燥清潔；

3）用兆歐表2 500 V檔分別測量澆注母線A/B/C三相對地絕緣水平［9］，包括吸收比并記錄（測單相時，其他兩相短接并接地）；

4）用噴霧裝置對“試件”表面進行均勻噴水，水量約為1.5L/min，為在支架處形成泄漏通道，用濕布包覆支架處母線表面與支架間，將濕布與大地有效連接；

5）相隔15 min后再進行噴淋一次，以確保有裂紋處潮氣充分浸入；

6）用2 500 V兆歐表分別測量澆注母線A/B/C三相對地絕緣水平，方法同步驟3），并記錄數(shù)據(jù)；

7）將干濕絕緣試驗數(shù)據(jù)進行趨勢對比，如發(fā)現(xiàn)絕緣異常后，將母線烘干，待絕緣恢復(fù)到100 MΩ后，將試驗段范圍逐漸縮小，再不斷重復(fù)淋水、測試絕緣試驗，直至找到可確認(rèn)的故障點。

通過上述淋水試驗方法，準(zhǔn)確找到9 LGJ至1 LGB段澆注母線的兩處故障點。其中一處故障點表面并看不出任何的故障，只有在淋水后用熱風(fēng)筒加熱的狀態(tài)下，才能觀察到母線的表面下有條微小的裂紋，進一步說明淋水試驗法用來檢查全澆注母線是否有裂紋缺陷是可行、有效的。

3　澆注母線裂紋缺陷處理

澆注母線裂紋缺陷的主要危害在于存在的裂紋會在受潮情況下使得母線絕緣出現(xiàn)異常，因此為避免裂紋帶來的絕緣危害需將裂紋缺陷進行相關(guān)處理。

因發(fā)現(xiàn)的幾處裂紋較小，只需對裂紋進行澆注修補即可。具體裂紋解決方案為：先將縫紋周邊表面打磨，再將母線裂紋處外加一次澆注，相當(dāng)于增加一層絕緣材料處理。處理后的母線，再次經(jīng)過淋水測試的絕緣值均合格。若裂縫過大以致無法修補或裂縫較多時，可采取更換母線的方式。

4　結(jié)語

在缺乏具體試驗、檢驗標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)情況下，結(jié)合澆注母線特點，通過多種試驗方法的研究和論證，創(chuàng)造性地采用了高效、保質(zhì)的淋水試驗方法查找及定位母線裂紋，然后進行澆注修補，即再增加一層絕緣材料的處理方案。此方法是一種創(chuàng)新性的檢測澆注母線裂紋缺陷的方法，實際解決了澆注母線裂紋查找和定位難的問題，保證了全澆注母線的絕緣質(zhì)量，提高了澆注母線供電的可靠性。

［1］NB/T 20051—2002核電廠廠用電系統(tǒng)設(shè)計準(zhǔn)則［S］.

［2］顏慶宇，王丹.配電系統(tǒng)中性點接地方式及電阻接地方式［J］.黑龍江電力，2009，30（6）：438-440.

［3］DL/T 5153—2002火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定［S］.

［4］王新.全澆注母線在6 kV廠用電系統(tǒng)中應(yīng)用［J］.電力建設(shè)，2009，30（7）：76-78.

［5］DL/T 664—2008帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范［S］.

［6］戴利波.紫外成像技術(shù)在高壓設(shè)備帶電檢測中的應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)自動化，2003，27（20）：97-98.

［7］DL/T 474.4—2006現(xiàn)場絕緣試驗實施導(dǎo)則：交流耐壓試驗［S］.

［8］GBT 16927.1—2011高電壓試驗技術(shù)第1部分：一般定義及試驗要求［S］.

［9］GB 50150—2006電氣裝置安裝工程：電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)［S］.

Crack Defects Search Method for the NPP Mid-voltage Fully-Poured Busbar

ZHU Xingwen，YUAN Yu，XU Xijia，YI Lanmei
（Huaneng Shandong Shidaobay Nuclear Power Company，Rongcheng 264312，China）

Fully-poured busbar already has quite mature application in conventional power plants.It is adopted in the connection from 220 kV auxiliary switching station to 6.6 kV auxiliary busbar in a certain domestic nuclear power plant，which is the first application case in nuclear power projects in China.During the outage of the fully-poured busbar，rain seeped through cracks，bringing about abnormal insulation of one phase and resulting in the failure of power recovery.Combined with characteristics of the fully-poured busbar，through cause analysis，research and demonstration of various test methods，ultimately the water spray test method is selected to locate the busbar crack.After re-pouring，busbar crack defects are solved effectively and insulation quality of the fully-poured busbar is guaranteed，also the reliability of fully-poured busbar power supply is improved.

fully-poured busbar；crack；water spray test；insulation

TM623

B

1007-9904（2016）01-0067-04

2015-07-23

朱興文（1986），男，從事發(fā)電廠電氣專業(yè)調(diào)試工作。