核電站接地系統施工的技術改進

摘要：核電站接地和防雷系統對核電站的安全運行起著十分重要的作用，也直接關系到廠內工作人員的人身安全和各種電氣設備的安全與正常運行.核電站接地主要應用銅電纜作為接地材料，銅纜與銅纜或其他接地部件之間的連接全部采用放熱焊接.參考放熱焊接原理，結合施工過程中出現的虛焊、脫焊、接地盤施工不平整等質量問題，從質量管理“人、機、料、法、環”五要素的角度，對接地施工全過程產生問題的根本原因進行分析；按照質量問題分析結果，針對不同類型的問題，采取相應的技術改進措施后，質量問題大幅減少.技術改進措施取得了良好效果，并在核電項目建設中取得了顯著的經濟效益.

關鍵詞：接地； 施工； 放熱焊接； 技術改進； 核電

中圖分類號： TM 623 文獻標志碼： A

Abstract：Grounding and lightning protection system in the nuclear power plant played an important role in safe operation.It related to the staff safety and the normal operation of electrical equipment.Copper cables were the main grounding materials.The exothermic welding was used for the joint between copper and copper or the other grounding components.According to the principles of exothermic welding and the problems including insufficient welding，sealingoff and so on，the root cause of quality problems was found in terms of the influence factors，such as man，machine，material，method，and environment.The quality problems were reduced significantly by taking some measures of technical improvement.Good results have been achieved.Better economic benefits have been gained in nuclear power plant construction.

Keywords：grounding； construction； exothermic welding； technical improvement； nuclear power

AP1000核電站是美國西屋公司設計的先進壓水堆核電站，它的防雷與接地系統可以分為五個方面，即核電廠接地網、系統接地、設備接地、儀表/計算機接地及防雷保護.防雷與接地系統分布范圍極廣，涉及電站所有構筑物與系統設備[1-2] .

與火力發電廠、變電站等常規廠站采用鍍鋅扁鐵作為接地材料不同，核電廠接地網則采用裸銅纜作為接地材料[3]，從接地網、接地干線引入到設備接地也全部采用裸銅纜作為接地材料.接地材料間的連接，如銅纜與銅纜，銅纜與鋼筋，模塊、接地盤、鋼結構之間的連接全部采用放熱焊接[4].

相對于扁鐵，銅纜由于具有優越的導電性及耐腐蝕性，更適合用作電站的接地材料.但由于銅纜材料價格相對較高，焊接復雜且成本較高，使得銅纜接地僅僅在核電站以及少數基建項目中應用.由于國內銅纜接地項目的應用相對不普及，對接地系統施工的質量問題及解決措施的研究較少，因此，對核電站接地系統施工的技術改進過程進行分析研究意義重大.

1 放熱焊接原理及其現場出現的技術問題

利用上述放熱焊接原理，銅纜與接地部件之間通過放熱焊接組成了一個遍布全廠范圍的接地網絡.施工中，相對于常規火電中接地扁鐵采用電焊連接的方式，放熱焊接要復雜，工程量要大很多[5].放熱焊接需要廠家定制各種模具，以適應不同的焊接連接類型，如：不同規格的銅纜連接，銅纜與鋼筋連接、銅纜與鋼結構連接.利用焊藥在模具中瞬間爆炸、燃燒、熱化學反應瞬間釋放出巨大的熱量，使接觸部位的銅、鐵迅速融化，達到緊密連接的效果[6].

在放熱焊接操作前，根據銅纜接頭類型選擇合適的模具和焊藥.焊接前用熱源（液化氣罐加噴槍）烘烤模具和導體，確保將水分烘干，并使模具保持在一定溫度，提高接頭質量.焊接操作中需焊接的兩銅纜處于放熱焊接模具中，如圖1所示.焊藥點火、爆炸燃燒如圖2所示.

但接地施工后的一段時間中，現場出現了虛焊、脫焊等質量問題；此外，也出現了接地盤凹陷或凸出在墻體、樓板內等質量問題.圖3為脫落的鋼筋焊接頭，圖4為脫落的CV接地焊接.

2 接地施工質量問題根本原因分析

現場出現的接地盤凹陷、凸出于混凝土表面的現象，以及銅纜焊接頭虛焊、脫焊等質量問題，不僅影響了現場的整潔美觀，更重要的是影響了接地系統回路的可靠性和電氣連續性，造成了在系統故障時，不能迅速排泄故障電流，也會因接地電阻增加導致系統故障狀態或雷擊時接地點電壓升高，對設備與人身安全造成重大威脅.

現場技術人員針對上述問題，組織相關人員進行了分析研究.接地盤與混凝土表面不平齊，其主要原因在于混凝土傾倒、振搗等所導致的接地盤偏移；而對于銅纜焊接頭虛焊、脫焊等質量問題其形成原因比較復雜.可以從質量管理“人、機、料、法、環”五要素的角度，對接地施工整個過程以及對施工人員、隊伍、施工組織管理等方面進行深入分析[7]，結果發現：

（1） 人員因素：施工人員不按照作業程序操作，施工技術交底不到位，施工組織管理不到位，接地施工培訓不到位，施工人員責任心不強.

（2） 施工機具因素：焊接機具使用不當，焊接模具更換不及時，放熱焊接設備清理不干凈.

（3） 施工材料因素：焊藥保管不當，焊藥儲存箱密封不嚴，導致焊藥受潮；焊接前加熱模具的液化氣供應壓力低，供應量不足.

（4） 施工工藝、方法因素：焊接打磨強度不夠，打磨后清理不干凈；焊接面預加熱不足，預熱時間短，以及模具與待焊材料預熱未同步進行.

（5） 環境因素：環境溫度低，濕度較大，雨天施焊作業.

3 管理及技術改進措施

3.1 虛焊、脫焊問題施工改進

為改善現場接地施工質量，解決接地盤、接地電纜虛焊，脫焊等問題，按照質量問題出現的各種原因，逐一采取改進措施.

（1） 人員因素：可以通過健全組織機構，明確人員職責分工，加強各級人員的技能培訓等管理手段減少人為失誤.

（2） 施工機具因素：需注意焊接設備使用后的清理，尤其是焊接模具，應嚴格按照相關規定，在達到規定的使用次數后及時更換.

（3） 施工材料因素：對施工材料，特別是焊藥的保管，需確保儲存條件達到廠家技術要求.可以采用密封塑料箱儲存焊藥，防止受潮.在焊接發放時做到按需發放.

（4） 施工工藝、方法因素：必須改進施工方法，特別是焊接面的清理要徹底，預熱要充分，這對改善焊接接頭虛焊、脫焊至關重要.

（5） 環境因素：需嚴格控制作業環境，不能因施工進度壓力而違規操作.

施工單位和作業人員在嚴格采取以上改進措施后，后續施工中出現的接地電纜虛焊、脫焊問題大幅減少，改進措施取得了良好效果.

3.2 接地盤施工改進

對于接地盤凹陷、凸出于混凝土表面的質量問題，雖然可以通過混凝土墻體深度打磨，或者重新涂抹混凝土墻面等措施加以完善，但是，在一定程度上仍會造成現場不美觀，另外，也會增加工程量.因此，在混凝土澆筑前，提前采取固定接地盤的改進措施，防止因混凝土傾倒、振搗、碰撞等因素導致接地盤移位，以便更好地滿足現場要求.在AP1000核電依托項目現場，技術人員采用以獨立支撐結構固定接地盤的技術措施，有效防止了接地盤的偏移.

施工人員在接地盤周圍豎向放置4根直徑不小于12 mm的鋼筋，將其綁扎在樓板的主體鋼筋上，底部與樓板底模可靠接觸（保證接地盤不會下沉）；再將水平鋼筋與豎向4根鋼筋焊接形成一個鋼筋支架，防止松動、歪斜；根據標高控制點用另外2根水平鋼筋托住接地盤底部，利用水平尺調整接地盤頂面水平后將這兩根鋼筋焊接在鋼筋支架上.

固定好接地盤后，用方形木板蓋在接地盤表面，木板和接地盤用螺栓固定，防止灰漿灌入螺栓孔，同時還能防止接地盤受到污染和損壞.最后，緊貼木板上表面壓實放置1根鋼筋，并與鋼筋支架中成對角的2根豎向鋼筋焊接，同時另外成對角的2根豎向鋼筋也用1根短鋼筋焊接連接，增加了鋼筋支架的穩定性，避免了因混凝土澆筑活動導致接地盤偏移.

4 經濟效益

由于接地系統分布極廣，遍布核電站的所有構筑物與設備，需要焊接的銅纜頭、接地盤數量巨大，焊接次數達到上萬次以上.假設以每次放熱焊接的平均成本為100元進行保守計算，可以預見采取優化改進措施后，取得的經濟效益十分顯著.

5 結 論

本文針對核電站接地系統施工中出現的問題的產生原因，進行了深入分析，特別對銅纜接頭虛焊、脫焊問題提出了改進措施.對于接地盤澆筑后出現的凹陷、凸出于混凝土表面等問題，也提供了解決方案.采取管理及技術改進措施后，取得了良好的技術效果和經濟效益.

參考文獻：

[1] 林誠格，郁祖盛，歐陽予.非能動安全先進核電廠AP1000[M].北京：原子能出版社，2008.

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