AP1000電氣貫穿件電纜端接的特點及難點分析

摘要：AP1000核電廠的電氣貫穿件與國內其他電站有許多不同之處，尤其是在電纜端接方面，由于貫穿件內部結構的不同、設計理念的差別導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、難點，并結合現場施工的實踐經驗進行了剖析。

關鍵詞：AP1000；核電廠；電氣貫穿件；電纜端接；核電工程 文獻標識碼：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 貫穿件的結構

低壓動力和信號貫穿芯棒包括一根不銹鋼管、絕緣導體以及保證導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體以及保證銅導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，包括一個氣閥與一個壓力表，該部件安裝在安全殼外側即輔助廠房側的密封筒體端部法蘭上，用來給密封筒體內部加壓，并監測筒體和芯棒的氣密性。

AP1000電氣貫穿件的密封點主要有以下三處：（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，使得芯棒既具備了電氣導通性能，又滿足了密封要求。目前世界上多個工業發達國家擁有此項技術，近年來，我國也已掌握了此技術并開始在國內及出口的核電機組中實際應用。

貫穿芯棒從筒體兩端的法蘭預留孔洞穿過，并采用擠壓密封圈來保證兩者之間的氣密性。采用此種設計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來實現的。焊接環的內側與筒體外表面焊成一體，外側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與國內其他項目的電氣貫穿件的對比

2.1 從電氣貫穿件的數量上比較

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

結構。

2.2 從安裝方式看

AP1000電氣貫穿件整體結構因為AP1000雙層安全殼的特點而與以往電站不同。國內在役的壓水堆核電站，無論是技術源于法國（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構基本

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應力混凝土安全殼，兩個接線箱分別安裝在安全殼內、外側；田灣核電站采用的是雙層混凝土安全殼結構，電氣貫穿件只穿過內層鋼襯里混凝土結構，其安裝形式與秦山相似，只是外側的接線箱安裝在兩層混凝土安全殼環廊內。而AP1000采用的電氣貫穿件則是穿過兩層安全殼結構，內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側、屏蔽廠房墻體的外側。這使得AP1000的電氣貫穿件總長度達到了4.169m，是國內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側與屏蔽墻外側，是因為接線箱尺寸為762.1×914.4×762.1mm（寬×高×深），而AP1000兩層安全殼之間的環廊空間較小約1300mm，作業空間太狹小，同時因為AP1000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設計，使得AP1000電氣貫穿件的外側接線箱無法像田灣核電站那樣將外側接線箱安裝在環廊內。

2.3 從電氣貫穿件的內部結構上比較

國內常規核電廠的電氣貫穿件內部采用端子排的方式進行電纜端接工作，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點也有缺點，優點是貫穿件內電纜對接點可以有效地防塵、防潮，缺點是作業空間太小、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導管出口到貫穿件之間的路徑需要全封閉，橋架、導管數量太多難以施工

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一規劃。

3.2 電氣貫穿件接線箱內的空間太小，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，導致中壓熱縮套管不能完整的安裝在接線箱內，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，導致絕緣降低

外部電纜壓接了銅鼻子后，局部會出現尖角、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，由于貫穿件內部空間小，電纜施工時難免會觸碰到旁邊的已經熱縮好的絕緣膠帶，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，力矩驗證難以實施。

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，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

上文已經闡述了電氣貫穿件內電纜端接時所面臨的問題，本章節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留足夠的空間以檢修電纜，5個貫穿件的面板至少預留2個不進電纜，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量，為后期檢修預留足夠的空間。

不同的電纜導管內的電纜在進入大口徑金屬軟管前需先匯入一個或幾個大方盒內，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。

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、機械性能、強度等會受到影響，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。

可采用銅編織網包裹在銅鼻子上有銳邊、毛刺的位置，編織網的材質需是軟銅，沒有毛刺，可以緊密的纏繞在銅鼻子的外表面上，有了銅編織網的保護，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，首先需要調整好外部電纜的進線方向和布局，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線，下部電纜下進線，中間的電纜從前蓋板進入。

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證難以實施

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導致銅管松動。

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證可以執行，內部饋通的螺母力矩無法執行，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，容易形成間隙導致接觸面不足。對此，在銅管的選型上應同時考慮饋通側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，導致熱縮套管安裝后，線徑小的一側銅管與熱縮套管無法緊密貼合，水汽、灰層進入后影響電氣絕緣性能。為避免這種情況的發生，可采用尺寸與小線徑的一側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 結語

AP1000電氣貫穿件的結構特殊性導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項目，沒有成功的經驗可以借鑒，本文從現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的問題。

作者簡介：徐俊（1985-），男，浙江衢州人，供職于三門核電有限公司。

（責任編輯：蔣建華）