組合式分線器在核電廠安全級機(jī)柜集成中的應(yīng)用

蔣 陽，王庭兵，白玉堃

（中國核動力研究設(shè)計(jì)院 核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610213）

0 引言

隨著人類日益增長的物質(zhì)需求，能源緊張問題日益嚴(yán)重，對化石燃料的依賴也讓全球溫室效應(yīng)加劇，世界各國正在大力發(fā)展高效、清潔能源——核電。由于核材料廣泛、消耗量少、環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，核電開始被越來越多的國家所重視，已成為與火電、水電并稱的世界三大電力供應(yīng)支柱。2007 年10 月，國務(wù)院正式批準(zhǔn)了國家發(fā)展和改革委員會遞交的《核電中長期發(fā)展規(guī)劃（2005 ～2020 年）》，規(guī)劃指出中國核電的發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)是：到2020 年，核電運(yùn)行裝機(jī)容量爭取達(dá)到4000 萬千瓦，并有1800 萬千瓦在建項(xiàng)目及轉(zhuǎn)到2020 年以后繼續(xù)建。核電占有全部電力裝機(jī)容量的比重將從現(xiàn)在的不到2%提高到4%，核電年發(fā)電量達(dá)到2600 億千瓦時(shí)～2800 億千瓦時(shí)。政府部門加大了對核電發(fā)展和核能行業(yè)的宏觀調(diào)控與政策指導(dǎo)，核電行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展、規(guī)模發(fā)展、多元發(fā)展的階段[1]。

圖1 機(jī)柜集成裝配工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of cabinet integrated assembly

1 機(jī)柜集成傳統(tǒng)工藝流程和方法

1.1 機(jī)柜集成工藝流程

核電廠安全級機(jī)柜集成裝配分為以下幾個(gè)流程：產(chǎn)品準(zhǔn)備、模組裝配、零部組件上柜、機(jī)柜布線、機(jī)柜接線和綁扎。其中，機(jī)柜布線、接線、綁線是機(jī)柜裝配中最為重要的環(huán)節(jié)之一，這是因?yàn)闄C(jī)柜功能的實(shí)現(xiàn)是需要通過導(dǎo)線將不同的電氣元件相連接，形成電氣通路。機(jī)柜布線、接線、綁扎的質(zhì)量優(yōu)劣，直接關(guān)系著機(jī)柜裝配總體質(zhì)量的好壞。由于核安全級機(jī)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)柜布線是一個(gè)難度相對較高的工序。怎樣提高機(jī)柜布線的質(zhì)量與效率，一直是機(jī)柜集成裝配中研究的熱點(diǎn)。

1.2 機(jī)柜集成工藝方法

機(jī)柜集成裝配前，需準(zhǔn)備相關(guān)文件、標(biāo)簽、標(biāo)識和線號管（帶有信號名的線號管）等。機(jī)柜裝配從下線和穿入線號管開始，導(dǎo)線兩端都以標(biāo)識本端的方式穿入線號管，導(dǎo)線制作完成后先對一端進(jìn)行壓接，然后將壓接端子安裝在指定的位置。導(dǎo)線另一端則以打結(jié)或扎帶綁扎的方式固定線號管，防止線號管在裝配過程中掉落，模組引出的導(dǎo)線束暫時(shí)不做任何處理。模組裝配完成后會進(jìn)行模組檢驗(yàn)，檢驗(yàn)人員只能對器件使用正確性、安裝位置以及導(dǎo)線一端的信號名稱和導(dǎo)線信息進(jìn)行檢查，檢驗(yàn)完成后方可進(jìn)行零部組件上柜和機(jī)柜集成裝配。集成裝配環(huán)節(jié)就需要對每個(gè)模組引出的線束進(jìn)行分類、整理，分支線束需要從平均3m長的主線束中逐根抽離，完成后才能進(jìn)行機(jī)柜布線，分類和整理好的線束綁扎到相應(yīng)的走線槽，主線束在多個(gè)位置都會有分支，每一次分支就意味著有一次線束分類和整理，主線束一般情況下是由100 ～600 根導(dǎo)線組成，主線束會有5 ～10 個(gè)線束分支，分類整理起來非常繁瑣，這也是為什么說綜合布線是機(jī)柜集成裝配的重點(diǎn)和難點(diǎn)。分類整理好的線束綁扎到相應(yīng)的零部組件，最后再進(jìn)行連接。

2 傳統(tǒng)機(jī)柜集成工藝分析

2.1 模組裝配環(huán)節(jié)分析

通過對以上傳統(tǒng)機(jī)柜集成工藝的分析和歸納總結(jié)，發(fā)現(xiàn)其中還有一些可以修改和優(yōu)化的空間。首先是線束接線的檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，在此環(huán)節(jié)中由于模組的主線束（引出線束）

圖2 組合式分線器示意圖Fig.2 Schematic diagram of combined splitter

是散亂混雜的，一般單個(gè)模組的主線束中導(dǎo)線數(shù)在100 根左右，特殊情況下單個(gè)模組的主線束可達(dá)600 多根。信號種類就有5 ～10 種，對于種類多、數(shù)量大的接線關(guān)系，操作人員很難確保不出現(xiàn)差錯(cuò)。而檢驗(yàn)人員只能對器件使用正確性、安裝位置以及導(dǎo)線一端的線號管名稱和導(dǎo)線信息進(jìn)行檢查，對導(dǎo)線另一端情況無法進(jìn)行檢查，由導(dǎo)線另一端線號管錯(cuò)位或其他情況導(dǎo)致的錯(cuò)誤，只能在集成裝配完成后才能進(jìn)行檢查。機(jī)柜集成完成后，內(nèi)部空間位置有限，檢驗(yàn)人員檢查難度增大。此外，由模組裝配環(huán)節(jié)遺留下來的問題，修改難度就更是不言而喻，甚至需要拆掉機(jī)箱或模組才能進(jìn)行修改，很大程度上影響了機(jī)柜集成的效率和可靠性。

2.2 機(jī)柜布線環(huán)節(jié)分析

綜合布線是電氣機(jī)柜集成的重要環(huán)節(jié)，也是難點(diǎn)所在。由于電氣機(jī)柜的器件空間布置較為復(fù)雜，導(dǎo)線種類繁多，傳統(tǒng)裝配工藝是待模組或零部組件一側(cè)完成接線及模組裝配完成后，再對模組到下游模組或零部組件的線束及主線束進(jìn)行手動分類、整理、綁扎，最后完成下游模組或零部組件的導(dǎo)線連接。整個(gè)過程的復(fù)雜在于導(dǎo)線的分類整理，所有模組的引出線束可達(dá)1000 根，主線束在不同位置有8 ～15 個(gè)分支線束，導(dǎo)線平均長度為3m。機(jī)柜布線時(shí)需將所有線束進(jìn)行整理，單根導(dǎo)線需與主線束平行，不允許有交叉、纏繞，折彎處也要求整齊[2]。運(yùn)用傳統(tǒng)機(jī)柜布線方法需要花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行分類整理，由于主線束綁扎在一起，分支線束的整理很難達(dá)到理想效果。而運(yùn)用組合式分線器就能很好地達(dá)到這目的，并且在模組裝配完成后，后端的信號類型和數(shù)量也能進(jìn)行檢查，在機(jī)柜集成裝配之前確保模組和引出導(dǎo)線的正確性，有效避免后續(xù)修改所帶來的麻煩，為機(jī)柜集成的可靠性和效率保駕護(hù)航。

3 組合式分線器的功能及應(yīng)用

3.1 組合式分線器的結(jié)構(gòu)功能

組合式分線器，包括工裝底座、定位銷、分線單元、調(diào)節(jié)螺桿和閉合片。其中，每個(gè)分線單元都有一個(gè)松緊調(diào)節(jié)螺桿和閉合片，以關(guān)閉分線單元，防止導(dǎo)線過多滑出。分線單元的固定采用按壓式定位銷，以降低工裝的操作難度，操作方便快捷。每個(gè)分線單元采用與定位銷互補(bǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可根據(jù)需要布置多個(gè)分線單元[3]。

1）工裝底座側(cè)面有通孔，通孔中部直徑較小、兩端直徑較大，用于安裝定位銷，底座頂面設(shè)有連通的滑槽，用于安放分線單元。

2）定位銷頂部為半球形按帽，便于按壓放入定位銷中部的張力彈簧，正常狀態(tài)下因彈簧的張力，使得定位銷尾部的錐形件卡住分線單元，按壓時(shí)便可取出分線單元。

3）分線單元底部設(shè)有定位孔，便于與定位銷的錐形件緊密結(jié)合，達(dá)到很好的固定效果，上部為一個(gè)∪型放線槽，用于放置同一類型的線束。

4）L 型閉合片安裝在分線單元的頂部，用于閉合分線單元的∪型開口，防止線束散亂。

5）調(diào)節(jié)螺桿用于連接L 型閉合片和分線單元，并調(diào)節(jié)閉合片的松緊程度。

3.2 組合式分線器在機(jī)柜集成中的應(yīng)用

在模組裝配過程中，根據(jù)現(xiàn)場的需要，自由組合分線單元的個(gè)數(shù)和定義信號類別。模組裝配的同時(shí)，將不同類型的線束放在對應(yīng)的分線單元內(nèi)，需要分類的線束在起始點(diǎn)就被分開，到各下游模組或零部組件的導(dǎo)線數(shù)量明確，便于操作者或是檢驗(yàn)人員進(jìn)行過程檢查，確保每一個(gè)環(huán)節(jié)都準(zhǔn)確無誤，有效提升機(jī)柜集成的可靠性和效率。在模組裝配完成后無需花費(fèi)大量的時(shí)間對線束進(jìn)行分類整理，即使所有的模組上柜之后，主線束與分支線束都井然有序。機(jī)柜布線時(shí)所有線束平整，單根導(dǎo)線與主線束平行，線束分支折彎處也能夠保持平順，機(jī)柜集成裝配的效率和工藝水平都有很大程度地提高。

4 組合式分線器的優(yōu)勢分析

主線束會在不同位置分開布線，為保證綜合布線的工藝和可靠性，需把線束從起始端進(jìn)行分類和整理，此過程非常繁瑣。對多線束和多模組或零部組件的綜合布線，耗費(fèi)時(shí)間長、出錯(cuò)幾率大，而使用組合式分線器則可以有效地解決上述問題。

組合式分線器分線與傳統(tǒng)工藝分線方法相比較，主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢。

1）效率高：能夠讓模組裝配和分線整理同時(shí)進(jìn)行，從源頭出發(fā)解決問題，對模組裝配的同時(shí)就把不同類型的線束分離出來，整個(gè)過程緊密配合。統(tǒng)計(jì)表明在相同時(shí)間內(nèi)，傳統(tǒng)工藝機(jī)柜集成能完成1 臺，采用組合式分線器能夠完成1.6 臺機(jī)柜集成裝配，機(jī)柜集成效率提升達(dá)60%。

表1 組合式分線器與傳統(tǒng)工藝分線方法差異比較Table 1 Comparison of the difference between the combined line splitter and the traditional process line splitting method

2）正確率提高：在模組裝配完成后，每種信號的導(dǎo)線一目了然，方便操作者進(jìn)行過程核查，提高機(jī)柜集成的正確率。

3）可靠性提高：不同類型的線束可完全分開布線，線束沒有交叉纏繞的現(xiàn)象，提高了產(chǎn)品的可靠性。

4）工藝水平提高：機(jī)柜布線時(shí)所有線束平整，單根導(dǎo)線與主線束平行，折彎處平順光滑。

5 結(jié)束語

組合式分線器在核電安全級機(jī)柜集成過程中有著顯著的作用，有明確規(guī)定強(qiáng)電與弱電分開布線，電源線與信號線分開布線，安全級與非安全級分開布線，而且線束沒有交叉、纏繞等不良現(xiàn)象。達(dá)到這些基本要求就必須滿足一個(gè)前提條件，每個(gè)模組的各類線束在機(jī)柜集成之前要分類整理到位，整個(gè)過程繁瑣且不易操作。組合式分線器能在模組裝配的同時(shí)很好地解決這些難題，提升核電安全級機(jī)柜集成的正確性、可靠性和效率。以上則是組合式分線器在核電安全級機(jī)柜集成中的應(yīng)用，希望對核電安全級機(jī)柜集成工藝及效率提升有所幫助。