核電廠500kV套管出線方式改造

范凱

摘 要：從電氣設(shè)備接觸面的材料著手，分析了三門核電站500 kV超高壓套管鍍銀層發(fā)生腐蝕的原因，得出套管上法蘭出線方式是接觸面腐蝕的重要原因。提出將水平接觸面改造為豎直接觸面的改造方法，從通流能力、機(jī)械性能兩方面論證了改造的可行性。改造后，在現(xiàn)場測量了各接觸面的接觸電阻，驗證了改造的正確性。通過改造，500 kV套管出線板的抗腐蝕能力、機(jī)械強(qiáng)度和通流能力均得到加強(qiáng)，在一定程度上提高了電站運行的可靠性。

關(guān)鍵詞：500 kV套管 出線方式 改造

中圖分類號：TM41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（a）-0085-02

銅具有良好的導(dǎo)電性能，在電氣設(shè)備中廣泛使用銅質(zhì)材料。由于銀具有電阻率低、附著性好、價格低于金、電鍍層一般較厚、粘接磨損小、滑動壽命長等特點，銀及其合金作為鍍層材料得到大量應(yīng)用[1]。GIS觸頭、大電流套管的接觸面等一般都要進(jìn)行鍍銀處理。

根據(jù)《金屬與合金的腐蝕——術(shù)語及定義》（ISO8044），腐蝕為金屬和環(huán)境之間的物理化學(xué)作用，這種作用引起金屬性能的變化。目前，鍍銀層腐蝕的問題是國內(nèi)外電鍍尚未解決的難題[2]。

該文對三門核電500 kV GIS超高壓套管接觸面發(fā)生腐蝕問題進(jìn)行分析和研究，提出出線套管出線方式改造的方法。

1 實際問題

三門核電一期工程550 kV GIS為三相，50 Hz，進(jìn)出線回路的額定電流均按5 000 A設(shè)計。采用一個半斷路器接線，一期共建設(shè)兩個完整串，出線采用SF6套管。套管上法蘭的材質(zhì)為鋁合金，接線板為銅材質(zhì)，接觸面鍍銀。改造前的出線方式見圖1。

在檢修時，發(fā)現(xiàn)上法蘭和接線板之間的鍍銀面腐蝕嚴(yán)重（見圖2）。為了檢查鍍銀層的腐蝕是否影響到了接觸面的連接，測量接觸電阻結(jié)果為（A相9.9 μΩ、B相12.6 μΩ和C相9.1 μΩ），安裝時三相的接觸電阻均小于2 μΩ，因此判定接觸面的腐蝕已影響到連接的可靠性。

2 原因分析

（1）上法蘭的接觸面為水平接觸面，這種接觸面容易積水。大氣中的腐蝕物容易在鍍銀層表面沉積，加劇金屬腐蝕。

（2）安裝問題。在廠家的安裝說明中未明確對套管頂部裸露的鍍銀層做防腐，僅憑安裝工人的工作經(jīng)驗。腐蝕物可以通過10 μm鍍銀層薄弱處及鍍銀層邊緣和鋁合金基層接觸。

（3）由于核電廠一般建在沿海區(qū)域，空氣中含有Cl-等腐蝕性離子。Cl-極易與上法蘭的鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致表面腐蝕，隨著時間的推移，腐蝕逐漸向接觸面內(nèi)部發(fā)展。

3 改造方法及可行性

水平接觸面的緊固依靠鋁合金與螺栓的螺紋咬合，鋁合金較弱，咬合強(qiáng)度較低。如果是豎直連接面，接觸面的連接緊固程度依靠的是螺栓和螺紋的咬合，其強(qiáng)度更高。根據(jù)前面的分析，水平接觸面容易腐蝕。鑒于水平接觸面的這些不足，對接觸面進(jìn)行改造是必要的。

3.1 改造的具體方案

改造后的具體結(jié)構(gòu)如圖3。上法蘭、接線板均為鋁合金材質(zhì)，與導(dǎo)線接觸位置鍍銀，上法蘭與鋁接線板焊接。上法蘭與接線板焊接為整體結(jié)構(gòu)，除導(dǎo)電連接面外的其他位置噴漆。

3.2 機(jī)械強(qiáng)度計算分析

通過應(yīng)用ANSYS Workbench仿真軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真計算并與材料的許用應(yīng)力進(jìn)行對比分析。分析計算使用數(shù)值計算法中的有限元法，強(qiáng)度校核采用力學(xué)校核中最常用的強(qiáng)度理論。接線板的材料為鋁合金，屬性見表1。

通過計算，當(dāng)500 kV套管接線板受到拉力的作用時，最大等效應(yīng)力為40.432 MPa，小于材料許用應(yīng)力117 MPa。因此，該結(jié)構(gòu)機(jī)械性能滿足要求，具有很大的安全裕度。

3.3 通流能力計算

兩種接線方式的材料分別為銅和鋁，銅的最小截面積210×16，鋁的最小截面積為180×38。銅材質(zhì)的導(dǎo)電率k銅=2.2，鋁材質(zhì)的導(dǎo)電率k鋁=1.15。將銅材質(zhì)及鋁材質(zhì)的最小截面積及導(dǎo)電率代入公式，得：

I銅=S銅×k銅=210×16×2.2=7392A

I鋁=S鋁×k鋁=180×38×1.15=7866A

對比原結(jié)構(gòu)與新結(jié)構(gòu)最小截面積處的通流能力，得到新結(jié)構(gòu)的通流能力大于原結(jié)構(gòu)。

3.4 現(xiàn)場驗證

施工完成后，現(xiàn)場目視檢查不存在積水的可能性。接觸電阻測試的值為（A相1.6 μΩ；B相1.5 μΩ；C相1.7 μΩ）。

4 結(jié)語

500 kV GIS是電力系統(tǒng)重要的電氣設(shè)備，對GIS套管出線方式的改造，降低了套管接觸面腐蝕的風(fēng)險，同時提高了套管的通流能力和機(jī)械性能，在一定程度上提高了電站運行的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1] 盧慶港，樂曉蓉，杜亞平.電氣設(shè)備鍍銀面變色機(jī)制分析與處理[J].電器與效能管理技術(shù)，2013（18）：53-55.

[2] 薛林濤，付豐年，呂杰.核電變壓器套管腐蝕分析及防護(hù)措施研究[J].電鍍與涂飾，2012，31（7）：37-39.

[3] GB/T 4109-2008，交流電壓高于1 000 V的絕緣套管[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.endprint