電伴熱技術在核電廠的應用

魏燕

（上海核工程研究設計院有限公司，上海 200233）

0 引言

我國幅員廣闊，南北氣候差異較大。北方的冬季，最低氣溫往往降到0℃以下，這將會導致位于核電廠屋頂的空調冷凍水管、廠區的各類儲罐及水管冷凍或結冰，影響正常的生產活動。而電伴熱線纜產生的熱量可以補償管道或儲罐的熱量損失，防止管道內流體產生冷凍及結冰現象，因此，針對建設并運營在北方的核電站來說，做好室外工藝管道、閥門、取樣管線的防凍保護和工藝控制的伴熱，以保證管道內流體介質的正常循環尤為重要[1-3]。

1 需要電伴熱的系統

本文以某三代非能動壓水堆核電廠為例，梳理了核電廠內需要通過電伴熱技術來補償管道及儲罐的熱量損失或維持管道溫度的工藝系統，相關涉及的系統主要有：中央冷凍水系統（VWS）、除鹽水儲存和分配系統（DWS）、生活廢水系統（WWS）、一回路取樣系統（PSS）、非能動安全劑冷卻系統（PCS）、消防系統（FPS）、化學和容積控制系統（CVS）和安全殼空氣過濾系統（VFS）。

2 電伴熱技術應用

2.1 電伴熱技術簡介

電伴熱技術主要是利用伴熱電纜纏繞在有防凍或保溫需求的工藝管道或罐體上，通過控制伴熱電纜的發熱量來滿足工藝管道及罐體的熱損補償要求[4-6]。一套完整的電伴熱系統往往由配電箱、伴熱電纜（自調控、并聯恒功率、串聯恒功率、MI加熱電纜等）、電源接線盒、溫控器、玻璃纖維膠帶、保溫層等構成，共同完成工藝管道及罐體防凍或保溫需求。電廠常用的伴熱方式有蒸汽伴熱、防凍液及電伴熱，文獻[7]分別從技術分析、施工難度、施工及運維成本三個角度對比分析了三種伴熱方式的優缺點，通過對比分析，發現以伴熱電纜為基礎的防凍伴熱技術方案，無論從自身技術優勢，還是現場適用性、實施難度、復雜性以及施工成本，乃至后續運行維護成本等因素考慮，都是最適合的防凍伴熱方案。

2.2 核電廠電伴熱技術要求

伴熱系統應由伴熱盤、溫度儀表、接線盒以及伴熱纜共同組成，并需要對所有設備與部件進行型式試驗以及例行試驗。某壓水堆核電廠伴熱系統相關設備的安全分級為非1E級，設計壽命為60年。

伴熱盤安裝在室內，應設計成能有效配電并對各自區域內的饋線回路提供保護、控制、負荷管理以及監測。一個機組一般配備10個伴熱盤（布置及功能描述詳見表1），分別為本文第2章節提及的工藝系統提供防凍或保溫服務；其正常運行時允許的電壓波動范圍為±10%，頻率波動范圍為±5%。

表1 380/220Vac 50Hz伴熱盤

溫度儀表與伴熱纜安裝在室外，測室外溫度的儀表可采用熱電偶或者熱電阻，信號送至伴熱盤上的溫度控制器。當室外溫度低于5℃時，伴熱盤開始向對應的回路供電；當室外溫度高于10℃時，伴熱盤停止向對應的回路供電[8-9]。

2.3 電伴熱系統運行與維護

核電廠內的電伴熱系統運行與維護主要包括日常維護、定期試驗及定期預防性維修。本小節梳理三個運維階段的工作重點與注意事項，為更好地開展電伴熱系統的運行與維護工作提供一些借鑒[10-11]。

2.3.1 日常維護

電伴熱系統的日常維護為每天需要至少巡檢一次的維護項目，分為外觀檢查及運行狀態檢查，外觀檢查應重點把握如下三個方面：

（1）檢查箱內是否積塵、凝露、表面粘油污等影響絕緣程度的因素；

（2）檢查裸露連接點是否氧化變黑（銀鍍層稍微變色是允許的）；

（3）檢查防護外殼是否受環境腐蝕。

運行狀態檢查主要檢查的內容有：伴熱盤中電壓表及絕緣檢測儀、指示燈、觸摸屏、溫度數值等顯示是否正常，當遇到顯示溫度低于溫度設定值，檢查加熱電路盤內接觸器是否吸合，屏幕上伴熱纜回路狀態指示是否正常。除此之外，還應注意檢查設備元器件是否老化或損壞，如有，需及時更換老化和損壞元器件，以保證設備的正常運行。

老化判定：對于非金屬元件，可從外觀進行觀察是否有外殼破損和裂紋；對單個元件進行對地絕緣電阻測量，滿足絕緣電阻大于100MΩ或對元器件組進行對地絕緣電阻測量，滿足絕緣電阻大于10MΩ即可判斷元件是否老化。

2.3.2 定期試驗

定期試驗依據正常運行及現場大修分為兩個階段，針對每個階段的試驗項目及試驗要求略有不同，分別介紹如下。

（1）正常運行期間

本階段試驗對象為伴熱盤與加熱墊控制箱，試驗頻次為每周一次，試驗項目主要包括檢查各指示燈等是否正常；旋轉伴熱盤轉換開關，檢查配電盤供電電壓是否正常；檢查伴熱盤盤面的HMI 是否正常工作。操作時需做好防觸電措施，以及防止觸動到其他正在運行的設備，造成不必要的誤動作。

（2）機組大修期間

本階段主要開展的試驗有三個，分別為絕緣電阻測試、介電強度試驗和接地有效性試驗，試驗要求可參考GB7251.1-2013，試驗方法分別介紹如下。

①絕緣電阻測試。用500 兆歐表測量絕緣電阻值。將絕緣電阻表（兆歐表）水平放置，并遠離磁場，將被測物兩端分別接在“接地”及“線路”兩接線柱上，按額定轉速轉動搖柄，即可測得電阻值。各元器件（單個元器件）測量值不得小于100MΩ，元器件組（由元器件組成的一個回路）測量值不得小于10MΩ。

②介電強度試驗。針對相-地、相-相以及斷口間施加工作絕緣電壓的2500V 的耐壓試驗1min 應無擊穿及閃絡現象。

③接地有效性試驗。采用電阻測試儀，對裸露的可導電部分與保護導體之間進行電阻測量，其值不應大于0.1Ω。

2.3.3 定期預防性維修

與定期試驗章節要求類似，本小節論述的定期預防性維修同樣分為正常運行及機組大修兩個階段。正常運行階段的預防性維修對應此階段開展的每周一次定期試驗，若發生異常狀態，則需要進行維修或更換工作。

機組大修期間，需針對伴熱纜、加熱墊開展如下檢查維修工作。

當溫度回路頻繁啟動且溫度下降較快時，需檢查伴熱管道保溫層是否固定牢固、是否受潮。同時，還需檢查伴熱纜工作是否正常，管道溫度是否在設定范圍內。

依據檢查情況，開展相應預防性維修。如保溫層固定松脫，需重新固定牢固。如保溫層受潮，需更換干燥的保溫層并檢查是否需要增加防水措施。針對伴熱纜檢修，可通過測試其絕緣電阻，若測試不合格需及時更換，以確保伴熱系統正常運行。

3 結論

本文介紹了應用在核電廠的電伴熱技術工作原理、應用工藝系統，重點分析了核電廠電伴熱技術要求、伴熱盤布置及功能設置，并結合廠家配套設備性能，給出伴熱設備的日常維護、定期試驗及預防性檢修操作指南及工作重點，為其它電站的電伴熱設備的應用提供了參考和借鑒。