AP1000電氣貫穿件電纜端接的特點(diǎn)及難點(diǎn)分析

摘要：AP1000核電廠的電氣貫穿件與國內(nèi)其他電站有許多不同之處，尤其是在電纜端接方面，由于貫穿件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同、設(shè)計(jì)理念的差別導(dǎo)致電纜端接的方式完全不同。文章從電氣貫穿件電纜端接方面入手，分析了AP1000的電氣貫穿件電纜端接方面的特點(diǎn)、難點(diǎn)，并結(jié)合現(xiàn)場施工的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了剖析。

關(guān)鍵詞：AP1000；核電廠；電氣貫穿件；電纜端接；核電工程 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM623 文章編號：1009-2374（2017）05-0099-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.048

1 AP1000電氣貫穿件概述

1.1 貫穿件的分類

AP1000電氣貫穿件共有29個，其中動力貫穿件20個、信號貫穿件8個，另有1個貫穿件備用。貫穿件的功能主要用于殼內(nèi)和殼外的電源、信號的傳輸，包括核級和非核級的電源和信號，其中核級的動力貫穿件有8個，核級的信號貫穿件有4個。核級的動力電源均來自于核級的不間斷電源，核級的信號貫穿件主要用于一些核級的閥門、儀表等信號的傳輸。

1.2 貫穿件的結(jié)構(gòu)

低壓動力和信號貫穿芯棒包括一根不銹鋼管、絕緣導(dǎo)體以及保證導(dǎo)線和不銹鋼鋼管之間氣密性的絕緣體；中壓貫穿芯棒包括一根絕緣銅導(dǎo)體以及保證銅導(dǎo)體和密封筒體之間氣密性的瓷瓶。

1.3 貫穿件的密封方式

每個電氣貫穿件都有密封性檢測系統(tǒng)，包括一個氣閥與一個壓力表，該部件安裝在安全殼外側(cè)即輔助廠房側(cè)的密封筒體端部法蘭上，用來給密封筒體內(nèi)部加壓，并監(jiān)測筒體和芯棒的氣密性。

AP1000電氣貫穿件的密封點(diǎn)主要有以下三處：（1）貫穿芯棒本身的密封；（2）芯棒與筒體端部法蘭之間的密封；（3）筒體與鋼安全殼之間的密封。

貫穿芯棒本身采用了玻璃-金屬的密封技術(shù)，使得芯棒既具備了電氣導(dǎo)通性能，又滿足了密封要求。目前世界上多個工業(yè)發(fā)達(dá)國家擁有此項(xiàng)技術(shù)，近年來，我國也已掌握了此技術(shù)并開始在國內(nèi)及出口的核電機(jī)組中實(shí)際應(yīng)用。

貫穿芯棒從筒體兩端的法蘭預(yù)留孔洞穿過，并采用擠壓密封圈來保證兩者之間的氣密性。采用此種設(shè)計(jì)對于單個受損芯棒的更換是十分方便的，在更換時無須切割筒體與安全殼之間的焊縫。

貫穿筒體與鋼安全殼之間的密封主要通過焊接環(huán)來實(shí)現(xiàn)的。焊接環(huán)的內(nèi)側(cè)與筒體外表面焊成一體，外側(cè)則與鋼安全殼上延伸套管焊接在一起，保證了密封筒體與鋼安全殼之間的氣密性。

2 AP1000與國內(nèi)其他項(xiàng)目的電氣貫穿件的對比

2.1 從電氣貫穿件的數(shù)量上比較

AP1000的電氣貫穿件明顯減少，這在很大程度上減少了反應(yīng)堆安全殼泄漏的可能性，簡化了安全殼的

結(jié)構(gòu)。

2.2 從安裝方式看

AP1000電氣貫穿件整體結(jié)構(gòu)因?yàn)锳P1000雙層安全殼的特點(diǎn)而與以往電站不同。國內(nèi)在役的壓水堆核電站，無論是技術(shù)源于法國（秦山二期核電），還是源于俄羅斯（田灣核電站），所采用的電氣貫穿件結(jié)構(gòu)基本

相同。

秦山二期所采用的電氣貫穿件，整個貫穿件筒體僅穿越帶有鋼襯里的單層預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼，兩個接線箱分別安裝在安全殼內(nèi)、外側(cè)；田灣核電站采用的是雙層混凝土安全殼結(jié)構(gòu)，電氣貫穿件只穿過內(nèi)層鋼襯里混凝土結(jié)構(gòu)，其安裝形式與秦山相似，只是外側(cè)的接線箱安裝在兩層混凝土安全殼環(huán)廊內(nèi)。而AP1000采用的電氣貫穿件則是穿過兩層安全殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)層安全殼是主要用于確保密封性的厚度約44mm的鋼殼，外層是防止撞擊的厚度為36英寸（914.4mm）的屏蔽廠房混凝土墻體。兩端的接線端子箱分別固定在鋼安全殼的內(nèi)側(cè)、屏蔽廠房墻體的外側(cè)。這使得AP1000的電氣貫穿件總長度達(dá)到了4.169m，是國內(nèi)所有核電站中最長的貫穿件。

之所以AP1000電氣貫穿件的接線箱分布在安全殼內(nèi)側(cè)與屏蔽墻外側(cè)，是因?yàn)榻泳€箱尺寸為762.1×914.4×762.1mm（寬×高×深），而AP1000兩層安全殼之間的環(huán)廊空間較小約1300mm，作業(yè)空間太狹小，同時因?yàn)锳P1000特有的對鋼安全殼外表面噴淋散熱的非能動安全殼噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使得AP1000電氣貫穿件的外側(cè)接線箱無法像田灣核電站那樣將外側(cè)接線箱安裝在環(huán)廊內(nèi)。

2.3 從電氣貫穿件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)上比較

國內(nèi)常規(guī)核電廠的電氣貫穿件內(nèi)部采用端子排的方式進(jìn)行電纜端接工作，而AP1000則采用饋通與外部電纜對接，電纜對接后使用熱縮套管絕緣。采用這種特殊的端接方式既有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是貫穿件內(nèi)電纜對接點(diǎn)可以有效地防塵、防潮，缺點(diǎn)是作業(yè)空間太小、施工難度大、施工效率低、后期檢維修困難等。

3 AP1000電氣貫穿件電纜端接的特點(diǎn)及存在的問題

從上文的描述可知，AP1000電氣貫穿件所采用的這種特殊的饋通對接方式，在施工方面難度較大，主要有以下六個方面：

3.1 核級電纜從電纜橋架或?qū)Ч艹隹诘截灤┘g的路徑需要全封閉，橋架、導(dǎo)管數(shù)量太多難以施工

核級電氣貫穿件所需接入的電纜量很大，尤其是信號貫穿件，每個貫穿件都有超過100根電纜需要端接，這些電纜如何封閉，通過什么方式連接到電氣貫穿件上需要在施工前統(tǒng)一規(guī)劃。

3.2 電氣貫穿件接線箱內(nèi)的空間太小，電氣安全凈距難以滿足要求

中壓貫穿件的接線箱空間太小，接線端子與接線箱外殼之間的距離不足，導(dǎo)致中壓熱縮套管不能完整的安裝在接線箱內(nèi)，爬電距離太小無法滿足要求。電纜端接后接線鼻子與蓋板的間距也無法滿足電氣安全凈距

要求。

3.3 電纜的絕緣膠帶易破損，導(dǎo)致絕緣降低

外部電纜壓接了銅鼻子后，局部會出現(xiàn)尖角、銳邊、毛刺的情況，這種情況下絕緣膠帶熱縮受力后，容易被刺破從而降低絕緣。此外，由于貫穿件內(nèi)部空間小，電纜施工時難免會觸碰到旁邊的已經(jīng)熱縮好的絕緣膠帶，從而加大了絕緣膠帶被刺破的可能性。

3.4 電氣貫穿件內(nèi)部的饋通間距太小，熱縮套管、絕緣膠帶難以施工

電氣貫穿件內(nèi)饋通的間距太小，饋通端部再安裝上接線鼻子后相鄰接線鼻子之間的間距只有8mm，熱縮套管、絕緣膠帶施工作業(yè)空間非常狹小。

3.5 電氣貫穿件相鄰饋通上的螺母間距太小，螺母緊固和力矩驗(yàn)證困難

貫穿件饋通末端有一個帶螺紋的套管，套管分成兩部分，前半部分帶螺紋的擰入饋通，后半部分不帶螺紋的壓接一根長約30cm的線芯，然后線芯的另一端壓接一個普通的接線鼻子后與外部電纜對接。為防止饋通末端的螺紋套管松動，在套管的端部擰一個螺母，螺母需要擰緊并驗(yàn)證力矩，以確保螺紋套管與饋通之間緊固連接。但由于各饋通上螺母的間距太小，力矩驗(yàn)證難以實(shí)施。

3.6 外部電纜端接時采用對接方式，但饋通與外部電纜的線徑不一致

部分電氣貫穿件內(nèi)的饋通與外部電纜之間的端接采用銅管對接，然后使用熱縮套管保護(hù)，但饋通都是單股線，與銅管壓接時單股線不變形，線與銅管間容易形成間隙。此外，饋通與外部線的線徑相差較大，熱縮套管的收縮率有限，收縮后線徑小的一側(cè)無法保證絕緣

性能。

4 AP1000電氣貫穿件電纜端接問題的解決方案

上文已經(jīng)闡述了電氣貫穿件內(nèi)電纜端接時所面臨的問題，本章節(jié)將針對上述問題提出解決方案：

4.1 核級電氣貫穿件的電纜多，布局困難

核級電氣貫穿件的所有電纜都是核級電纜，必須全封閉以確保核級電纜與非核級電纜之間的防火間隔。但核級貫穿件電纜多、分布較散，部分貫穿件的5個方向（前方、左方、右方、上方、下方）均有電纜，考慮到后期檢維修預(yù)留足夠的空間以檢修電纜，5個貫穿件的面板至少預(yù)留2個不進(jìn)電纜，如果每根電纜都分別通過金屬軟管與貫穿件面板連接將會很凌亂，金屬軟管使用量很大，且檢修空間被金屬軟管占用。

可以采用集中穿金屬軟管的方式，在橋架末端安裝套箱，套箱上有足夠的空間安裝大口徑金屬軟管，使電纜可以很集中的穿過金屬軟管，如此可以減少金屬軟管的數(shù)量，為后期檢修預(yù)留足夠的空間。

不同的電纜導(dǎo)管內(nèi)的電纜在進(jìn)入大口徑金屬軟管前需先匯入一個或幾個大方盒內(nèi)，然后再從大方盒通過大口徑金屬軟管與電氣貫穿件連接。

4.2 電氣貫穿件內(nèi)凈距太小，無法滿足安全凈距的問題處理

電氣安全凈距無法滿足要求主要有兩方面的問題：（1）接線端子與接線箱之間的距離小于中壓熱縮套管的長度，熱縮套管有一段裸露在接線箱外；（2）電纜端接到接線端子上后，接線鼻子與接線箱之間的凈距不滿足要求。

針對接線端子與接線箱之間距離太小的問題，可以采用增加銅排的方式解決。如圖1所示。增加銅排之后，接線端子的位置明顯降低，確保端子與接線箱底部之間有足夠的間距后可盡量加長銅排，使中壓熱縮套管可以完全安裝在接線箱內(nèi)。

因增加了銅排，接線鼻子與接線箱之間的距離大幅減小，無法滿足安全凈距的要求。此時可以通過纏繞絕緣膠帶的方式解決，纏繞了絕緣膠帶后安全凈距的要求可以降低。

4.3 電纜對接點(diǎn)采用絕緣膠帶，膠帶容易破損

由于外部電纜使用銅鼻子壓接后，局部位置會出現(xiàn)銳邊、毛刺，從而破壞絕緣膠帶的絕緣性能，如果壓接后打磨銳邊和毛刺，銅鼻子的厚度、機(jī)械性能、強(qiáng)度等會受到影響，而且銅鼻子表面的鍍錫層會被破壞，因此不建議采用打磨的方式。

可采用銅編織網(wǎng)包裹在銅鼻子上有銳邊、毛刺的位置，編織網(wǎng)的材質(zhì)需是軟銅，沒有毛刺，可以緊密的纏繞在銅鼻子的外表面上，有了銅編織網(wǎng)的保護(hù)，可以有效地防止絕緣膠帶被刺破。

4.4 相鄰饋通的間距太小，熱縮套管和絕緣膠帶施工困難

為了確保熱縮套管和絕緣膠帶能正常施工，首先需要調(diào)整好外部電纜的進(jìn)線方向和布局，盡量均勻布置外部電纜，特殊情況下可以使用90°接線鼻子，如下圖2所示。使用了90°接線鼻子后可以將上部電纜上進(jìn)線，下部電纜下進(jìn)線，中間的電纜從前蓋板進(jìn)入。

此外，電纜熱縮套管施工時必須采取逐層施工或從里往外的方式施工。

4.5 貫穿件饋通上的螺母力矩驗(yàn)證難以實(shí)施

貫穿件饋通之間間距太小，饋通上有一個螺紋套管用于連接外部電纜，當(dāng)套管擰入饋通后，套管末端有一個緊固螺母，防止因振動或其他原因?qū)е裸~管松動。

饋通之間的間距太小，分布比較密集，外部饋通的螺母力矩驗(yàn)證可以執(zhí)行，內(nèi)部饋通的螺母力矩?zé)o法執(zhí)行，力矩扳手無法伸入。可自制一種長桿工具，從貫穿件的正面伸入到饋通上的螺母位置驗(yàn)證力矩。

4.6 饋通與外部電纜的線徑不一致，熱縮套管施工困難

饋通采用的是單股線，外部線是多股線，單股線壓接后不變形，容易形成間隙導(dǎo)致接觸面不足。對此，在銅管的選型上應(yīng)同時考慮饋通側(cè)的線徑和外部線的線徑，這種銅管的兩端尺寸不一致。

因饋通與外部電纜的線徑不一致，導(dǎo)致壓接用的銅管兩端的尺寸不一致，個別情況線徑相差較大，導(dǎo)致熱縮套管安裝后，線徑小的一側(cè)銅管與熱縮套管無法緊密貼合，水汽、灰層進(jìn)入后影響電氣絕緣性能。為避免這種情況的發(fā)生，可采用尺寸與小線徑的一側(cè)相匹配的熱縮套管作為墊層先熱縮一層或幾層，直至與大線徑的一側(cè)基本一致后再用一根大熱縮套管覆蓋整個銅管，如圖3所示：

5 結(jié)語

AP1000電氣貫穿件的結(jié)構(gòu)特殊性導(dǎo)致電纜端接面臨諸多問題，由于三門核電一期工程是全球首臺AP1000項(xiàng)目，沒有成功的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，本文從現(xiàn)場施工所面臨的問題及處理方案著手，旨在解決電氣貫穿件電纜端接中出現(xiàn)的問題。

作者簡介：徐?。?985-），男，浙江衢州人，供職于三門核電有限公司。

（責(zé)任編輯：蔣建華）