俞高伟，胡子婴，吴珂科，朱小平

（上海发电设备成套设计研究院，上海200240）

电气贯穿件是安装在核电厂安全壳上，用于电缆穿越安全壳的专用电气设备，其作用是在正常和各种事故（包括地震、失水事故或严重事故工况）条件下，维持核电厂安全壳的完整性和电气连续性，防止放射性物质外泄，电气贯穿件对反应堆的安全运行至关重要。

1 电气贯穿件的组成

三代核电站AP1000中压动力电气贯穿件为反应堆冷却剂泵（RCP）电动机提供三相电力，AP1000核电站采用了6 900V，60Hz屏蔽泵和电动机。由于中国电力制度为50Hz，电动机电源取自于核电厂内10kV中压电源系统，通过变频器（VFD）“软起/软停”，驱动到60Hz才能达到额定的冷却能力，中压电气贯穿件安装在中压变频器（VFD）和反应堆冷却剂泵（RCP）之间［1］。

2 合格鉴定电气试验

AP1000是美国西屋电气公司利用AP－600的非能动安全设计概念，加上系统80＋双环路的设计思想，设计的非能动三代核电站，采用美国标准体系设计建造，其中电气贯穿件以IEEE 317—1983《核电站安全壳结构中的电气贯穿件装配总成》为主。IEEE 317—1983规定了合格鉴定试验，包括了介电强度、绝缘电阻、局部放电试验（电晕）、额定连续电流试验、额定短时间过电流、额定短路电流、额定短路热容量（I2t）等电气试验。上述试验需要确定两个基本参数：额定电压和额定电流。

2.1 额定电压

对于系统标称电压和额定电压，GB/T 156—2007《标准电压》中对上述名词的定义为：系统标称电压是用以标志或识别系统电压的给定值；其附录A给出了IEC标称电压定义，系统标称电压：系统设计选定的电压。额定电压：通常由制造厂家确定，用以规定元件，器件或设备的额定工作条件的电压［2］。

GB/T 156—2007中4.3节标称电压规定的1kV以上至35kV的交流三相系统及相关设备的标称电压见表1。根据IEEE 317—1983第4.2.1条额定电压，控制和动力回路的额定电压见表2。

表1 1kV以上至35kV标称电压

表2 IEEE 317—1983规定的额定电压

系统标称电压应是针对设备使用所在线路系统而言，而额定电压应是针对设备装置本身而言。AP1000中压电气贯穿件所在线路的系统标称电压为6 900V，按照表2要求在5 001～8 000V，那么中压贯穿件的额定电压可以选取为8kV。考虑到今后CAP1400核电站，电动机电源可能直接取自于核电厂内10kV、50Hz中压电源系统，因此可以选择10kV为中压电气贯穿件的额定电压。

2.2 额定电流

反应堆冷却剂泵（RCP）额定线电压6 900V，4极、额定功率5 450kW（线电流485A，按COSΦ＝0.94）计。实际中压电气贯穿件安装在变频器（VFD）和反应堆冷却剂泵（RCP）之间，因此需要满足中压变频器（VFD）的电气设计参数，额定输出电压6 900V，额定连续电流882A，以882A为中压电气贯穿件额定电流，有较大的冗余量。

3 电气试验要求

3.1 工频耐压和脉冲电压试验

确定了额定电压后，工频耐压和脉冲电压试验参数就不难确定，IEEE 317—1983规定：介电强度试验，在试验间的环境条件下（温度、压力和相对湿度）应引导出如下的介电强度试验［3］：

（1）工频电压试验：每一中压动力导体，低压动力导体和控制导体在导体与地之间和无接地屏蔽的导体与相邻导体之间施加60Hz的正弦电压1min。

（2）脉冲电压试验：每一中压动力导体应施加全波1.2×50μs脉冲电压试验串。

表3 IEEE 317—1983规定

表4 GB/T 311.1—1997高压输变电设备的绝缘配合中规定

为了兼顾表3中IEEE 317—1983和表4中GB/T 311.1—1997对工频电压试验和脉冲电压试验的要求，以及中压电气贯穿件10kV的额定电压，建议工频电压试验电压RMS（有效值）36kV，脉冲电压试验，脉冲峰值电压95kV。

3.2 局部放电试验

3.2.1 标准的解读

对电气贯穿件而言，局部放电也就是“电晕”。电晕放电（corona discharge）：气体介质在不均匀电场中的局部自持放电。这是一种最常见的气体放电形式。在曲率半径很小的尖端电极附近，由于局部电场强度超过气体的电离场强，使气体发生电离和激励，因而出现电晕放电引。电晕放电可以是相对稳定的放电形式，也可以是不均匀电场间隙击穿过程中的早期发展阶段。

IEEE 317—1983标准第6.2.5条局部放电试验（电晕）规定中压动力导体应在相导体之间作局部放电试验（电晕），局部放电熄灭电压不小于额定电压。试验仪器，校准和试验程序应按NEMA WC3—1980第6部分，在试验间的环境条件下（温度、压力和相对湿度）完成。NEMA WC3—1980目前已经升版为NEMA WC74—2006，该标准实际为5～46kV输配电屏蔽电力电缆标准，根据NEMA WC74—2006第9.8.2条款局部放电试验过程规定，又要求局部放电试验参照ICEA T－24－380标准进行。

GB/T 13538—1992核电站安全壳电气贯穿件［4］对局部放电有具体规定，6.4.6条款局部放电（电晕）试验规定：高压动力导体必须在每相导体之间进行局部放电（电晕）试验，局部放电熄灭电压不小于额定电压。试验要求如下：

（1）测试电路必须保证本底噪声电荷量不超过规定允许放电电荷量的50%。

（2）测量电路本身灵敏度应能探测到等于或小于规定允许放电电荷量20%。

（3）在1.05UN/1.732（UN＝10kV额定电压）电压下测量，允许放电电荷量≤10pC。

GB/T 13538—1992标准没有说明局放试验具体遵循哪个标准执行，也没有对熄灭电压定义，其参考标准IEC 60772—1983中同样没有规定。根据1.05UN/1.732的测量电压可以看出：试验要求和国家电力行业标准DL 417—1991电力设备局部放电现场测量导则中对穿墙套管的要求一致，DL 417—1991（目前已经升版至DL 417—2006）具体参照GB/T 4109—1983（目前已经升版至GB/T 4109—2008）交流电压高于1 000V的绝缘套管通用技术条件，而中压电气贯穿件用于绝缘的瓷套管和GB/T 4109—2008中的绝缘套管结构型式也相似。

具体测量方法参考GB/T 7354—2003局部放电测量。

3.2.2 起始和熄灭电压

按照GB/T 7354—2003局部放电测量规定：

局部放电起始电压（Ui）：当施加于试品的电压从某一观察不到局放的较低值开始逐渐增加到初次观察到试品中产生重复性局放时的电压。

实际上，Ui是局放脉冲参量幅值等于或超过某一规定的低值时的最低施加电压。

局部放电熄灭电压（Ue）：当施加于试品的电压从某一观察到局放脉冲参量的较高值逐渐减小，直到试品中停止出现重复性局放时的电压。

实际上，Ue是当所选的局放脉冲参量幅值等于或小于某一规定的低值时的最低施加电压。

综合GB/T 13538—1992的要求，在判断Ui或Ue时，局放脉冲参量的幅值选取为10pC。

在试验测量Ui和Ue时，应注意Ui的值可能受电压上升速率的影响，而Ue可能会受施加电压的幅值、持续时间和电压下降速率的影响。某些绝缘中当电压第一次升至Ui时，只会间歇发生局放；一些情况下，放电量迅速上升，而当电压Ui维持一段时间后，放电会消失。与高压其他试验中的测量相比，不同局放参量的测量具有较大的不确定度，因此很难用重复试验来验证局放试验数据，对局放验收试验时应注意考虑这一点。

3.3 过载和短路电流试验

额定连续电流试验、额定短时间过电流、额定短路电流、额定短路热容量（I2t）等试验的要求相对明确和简单，其中额定连续电流试验、额定短时间过电流试验以额定电流882A为基础。尽管AP1000核电站反应堆冷却剂泵（RCP）电动机，由变频器（VFD）“软起/软停”，不存在启动过载的问题；但是按照电气贯穿件以往的鉴定要求，综合IEEE 317—1983、GB/T 13538—1992、GB/T 25837—2010《核电厂安全壳电气贯穿件的质量鉴定》的要求，AP1000中压电气贯穿件额定短时过负荷电流不得小于导体额定连续电流的7倍，持续时间不得小于10s。

电气贯穿件中一个导体的额定短路热容量是在最高正常环境温度及贯穿件所有其他导体承载其额定连续电流的情况下，该导体在额定连续电流下连续运行后能承载而仍能保持电气完整性和机械完整性的短路电流的平方值与持续时间的乘积。AP1000中压电气贯穿件短路电流有效值为50kA、0.6s，峰值150kA，额定短路热容量I2t为1.5×109A2·s。

4 结语

由于安全是核电发展的前提，世界各国核电建设重点是采用更安全、更经济的先进第三代核电机组。鉴于国内核电站的后续建设可能以

AP1000和CAP1400为主，开发适用的电气贯穿件产品已经迫在眉睫。因此弄清楚AP1000电气贯穿件的电气试验要求，将为电气贯穿件的国产化的设计和鉴定试验打下理论基础。

［1］林诚格.非能动安全先进核电厂AP1000［M］.北京：原子能出版社，2008.

［2］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 156—2007标准电压［S］.北京：中国标准出版社，2008.

［3］IEEE Standards Board.IEEE Standard for Electric Penetration Assemblies in Containment Structures for Nuclear Power Generating Stations［S］.Newyork：The Institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc，1983.

［4］国家技术监督局.GB/T 13538—1992核电站安全壳电气贯穿件［S］.北京：中国标准出版社，1992.