介電強度試驗在核電廠DCS設備制造過程中的應用

郝愛霞，李 剛，梁中起，馮四軍，王連春，李俊卿

（北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司，北京 100094）

0 引言

介電強度試驗是一種高壓破壞性電氣試驗，其目的是用來驗證被測設備能夠在其額定電壓下安全工作，并能承受瞬間尖峰電壓或電涌，設備不被擊穿、放電或飛弧。

核電廠DCS設備盤柜制造階段的介電強度試驗主要參考了RCC-E“MC卷 驗證和試驗方法”標準要求，該標準闡述了“電氣設備在其制造過程中和制造之后適用的檢驗和試驗方法”[1]，并給出了“介電強度試驗”的適用范圍、方法要求、驗收準則、檢驗程序和試驗環(huán)境要求。但在實際應用時，應考慮介電強度試驗對被測設備的破壞性影響和對試驗操作人員人身安全的危險性。因此，必須通過深入理解標準要求，結(jié)合DCS盤柜工程設計供電分配和所載設備、部件的耐壓情況，細化介電強度試驗的過程方法，具體包括：

1） 介電強度試驗回路的確定，避免重復電路、設備承受多次高壓試驗，而影響設備的使用壽命。

2） 介電強度試驗過程方法的安全、有效性。

本文主要闡述了介電強度試驗在核電廠DCS設備盤柜制造中的應用過程，并結(jié)合實際應用經(jīng)驗，針對已往項目盤柜介電強度試驗過程中出現(xiàn)的常見失效模式，提出了相應的預防措施。

圖1 DCS盤柜工程設計配電示意圖Fig.1 Distribution diagram of DCS cabinet engineering design

1 介電強度試驗回路的確定方法

核電廠DCS設備盤柜作為低壓電氣設備，其供電輸入電壓一般為AC220V或DC220V，內(nèi)部設備供電電壓多為DC48V、DC24V、DC12V和DC5V，符合RCC-E MC 3100介電強度試驗范圍“適用于交流額定電壓低于1000V、直流額定電壓低于1500V的設備及其部件”[1]要求。

核電廠DCS設備盤柜內(nèi)部配電設計通常采用集中配電，分散供電的結(jié)構(gòu)布局，如圖1所示。根據(jù)RCC-E“MC 3140檢驗程序”要求，“應確定全部電流的獨立回路；給出每個獨立電路的額定工作電壓值、試驗電壓值和規(guī)定的允許的泄漏電流值；當一個電路中某些部件具有不同的試驗電壓時，可采取特殊的測試方法（在該部件安裝之后，將經(jīng)不起試驗電壓的部件斷開后再完成安裝）”[1]。因此，核電廠DCS設備盤柜介電強度試驗回路的確定，需從以下方面考慮：

1） 電路中除外品設備的確定原則

◆ 原則上對回路中的負載設備進行除外。介電強度試驗活動本身具有高壓破壞性，DCS盤柜制造過程是按照受控發(fā)布的裝配圖紙和已有的工藝規(guī)程開展設備的安裝、接線，對安裝設備自身不附加任何操作。因此，設備出廠前的介電強度試驗仍為有效，但設備接線需作為介電強度試驗的一部分。

◆ 電路中所載設備內(nèi)部電路裝有敏感元器件的除外。如某品牌電源模塊內(nèi)部電路輸入、輸出端均裝有Y電容，用于抑制共模干擾，提升浪涌保護。因此，該電源模塊作為DCS盤柜介電強度試驗電路中的除外品設備。

綜上兩點，作為核電廠DCS盤柜介電強度試驗回路中除外品確定的參考依據(jù)，并形成除外品設備清單，用于盤柜介電強度試驗準備隔離的作業(yè)依據(jù)。

表1 DCS盤柜內(nèi)部電路的介電強度試驗電壓值Table 1 Dielectric strength test of internal circuit of DCS cabinet

表2 介電強度試驗回路“解線養(yǎng)生”繪制方法Table 2 Drawing method of dielectric strength test loop”line unstitching and health maintenance”

2） 介電強度試驗回路的確定方法

如前文所述，核電廠DCS設備盤柜的內(nèi)部工作電壓一般有6個等級，又如圖1所示，內(nèi)部供電部分主要為電源供電電路，一般由AC22OV或DC220V通過電源模塊降電為直流工作電壓，給內(nèi)部控制部分的負載提供工作電壓。根據(jù)RCC-E表MC3120-t1要求可知，核電廠DCS設備盤柜中所有供電電路的介電強度試驗電壓如表1所示。

考慮DCS盤柜內(nèi)部供電電路較多，且存在冗余供電回路。因此，本文提出了“解線養(yǎng)生”的介電強度試驗回路確定方法，并定義了各種標記符號表示不同的電路含義，根據(jù)標記符號繪制DCS盤柜介電強度試驗電路的“解線養(yǎng)生”圖，具體如表2所示。

2 介電強度試驗的過程方法

通過對RCC-E“MC3120 方法和要求”的深入解析，細化了DCS盤柜介電強度試驗的過程方法。

本文以交流220V供電回路為例，描述了其介電強度試驗的過程方法，具體操作如下：

2.1 介電強度試驗回路準備

“解線養(yǎng)生”圖的引入，使得DCS盤柜介電強度試驗回路準備工作更為清晰、直觀、便捷。根據(jù)繪制審批后的“解線養(yǎng)生圖”對交流220V供電回路進行解線、短接、隔離、防護等操作，具體要求如下：

1）試驗回路中的除外品已做隔離。

2）供電回路中除外品設備的輸入輸出端已做短接處理。

3）對于冗余供電電路，可在其輸入端做短接處理，作為一個獨立回路。

表3 電氣試驗環(huán)境Table 3 Electrical test condition

表4 試驗人員試驗分工Table 4 Test division of labor by test personnel

圖2 AC 220V供電回路介電強度試驗測量示意圖Fig.2 Measurement schematic diagram of dielectric strength test ( AC220V power circuit )

4）對于拆解的連接導線端頭已做絕緣防護。

5）待測的試驗盤柜已用警示線進行區(qū)域防護隔離和標識，區(qū)域隔離距離大于1m。

2.2 介電強度試驗現(xiàn)場條件檢查

如前文所述，介電強度試驗具有一定的高壓破壞性和操作危險性。因此，試驗前，需從以下方面對介電強度試驗現(xiàn)場條件進行檢查確認。

1）檢查試驗區(qū)域環(huán)境的溫度、相對溫度，應符合EN60068-1 第53.1節(jié)規(guī)定條件，如表3所示。

2）檢查被測回路中所載設備的保護接地已可靠連接至盤柜內(nèi)部保護地銅排，且與調(diào)試車間總保護地可靠連接，并測得接地電阻值小于4Ω。

3）檢查用于試驗的耐壓測試儀、萬用表、高低壓檢電器以及人身安全防護的高壓絕緣膠鞋、絕緣手套等外觀良好，無損傷；儀表接線正常，均在校驗有效期內(nèi)，且量程滿足試驗要求。

4）再次確認被測試驗回路接線良好，防護有效。

5）參與試驗的工作人員狀態(tài)良好，并已清楚地了解介電強度試驗操作過程中各自職責、注意事項和應急響應措施。通常情況下，介電強度試驗活動需4人配合，具體職責分工如表4所示。

2.3 介電強度試驗的執(zhí)行過程

由表1可知，交流220V供電回路的介電強度試驗電壓為AC2000V，具體試驗過程如下：

1）試驗人員甲將耐壓測試儀的N極和接地保護線同時接入試驗盤柜的保護地銅排；將耐壓測試儀的L極接入供電回路AC220V供電回路測試點；將高低壓檢電器接入試驗回路的末端，用于過程報警監(jiān)測，如圖2所示。

2）試驗人員丙、丁分別站立在試驗盤柜的前、后側(cè)，保持1m的安全距離，做好過程觀察準備。

3）試驗人員甲，手戴高壓絕緣手套，腳穿高壓絕緣膠鞋，雙腳站立在約1m2大小的絕緣腳墊上，打開耐壓測試儀的電源開關，按照0V、500V、1000V、1500V、2000V遞增加壓的方式平緩升壓，此過程中試驗人員丙、丁需呼應試驗盤柜的狀態(tài)，有無異常現(xiàn)象。

表5 介電強度試驗常見失效模式及措施Table 5 Common failure modes and measures of dielectric strength test

圖3 介電強度試驗過程示意圖Fig.3 Schematic diagram of dielectric strength test

4）開始60s倒計時，此時試驗人員丙、丁在60s、50s、40s、30s、20s、10s、0s時通報試驗盤柜狀態(tài)，有無異常現(xiàn)象，如圖3所示。倒計時結(jié)束，試驗人員乙記錄漏電流值，其驗收準則應符合RCC-E MC3130要求，“無放電、擊穿和飛弧，且在用交流電做試驗時泄漏電流低于10mA”[1]。

5）試驗人員甲將耐壓測試儀平緩降壓至0V，關閉電源、斷開電源插頭，做放電處理。

6）介電強度試驗結(jié)束后，試驗人員根據(jù)“解線養(yǎng)生圖”復原盤柜接線，拆除試驗短接線，并確認接線恢復正確，除外品設備、部件安裝到位，緊固可靠。

實際應用中，對于試驗的異常情況，需先做斷電排查、分析，檢查確認介電強度試驗回路的設備、部件接線是否正常；接地是否良好；線路是否完好；環(huán)境是否符合，再執(zhí)行二次介電強度試驗操作。考慮介電強度試驗為破壞性試驗，試驗電壓降為規(guī)定電壓值的85%[1]。

3 介電強度試驗常見失效模式及措施

基于多項目工程實施應用經(jīng)驗，分析發(fā)現(xiàn)DCS盤柜整機介電強度試驗不通過或異常現(xiàn)象的常見失效模式如表5所示。

4 結(jié)論

本文通過對RCC-E標準中“介電強度試驗”的范圍、方法、程序、驗收準則等內(nèi)容的深入解析，結(jié)合工程設計，細化了介電強度試驗在核電廠DCS盤柜制造過程中的應用方法，采用列舉說明的方式，表明了：

1）介電強度試驗回路的確定原則，既保證了回路中的設備安全，又驗證了DCS盤柜回路接線安全、可靠，具有指導意義。

2）介電強度試驗的過程方法，更為直觀、便捷、清晰，有效防范了人為操作失誤，保證了介電強度試驗過程的人身、設備安全。

3）針對實際應用中常見的失效模式提出了有效的預防措施，具有可借鑒意義。