０｜Ｈ 誊 工艺设计改造及检测检修 ｃ 腑ｓｃ；一＆Ｔｅ －。ｇｙ ０ｖｅ ｗ ＡＰＩＯ００主泵断路器可靠性分析 吴笛李永刚 （中核集团辽宁核电有限公司，辽宁兴城１２５０００） 【摘要Ｉ ＡＰｔ０００是西屋公司在ＡＰ６０ｏ的基础上开发的非能动先进压水堆，ＡＰ１０００与传统成熟的压水堆核电厂最大不同在于其安全系统采用了非 能动的技术，ＡＰ１０ｏ０核电厂主泵断路器是一种可以在安全系统控制下可靠断开反应堆冷却剂泵负载的１Ｅ级开关设备，本文结合ＡＰ１０００＿￣－断路器的电 气回路设计和参数特点，深入剖析实现可靠性提升的一些关键措施。 【关键词】ＡＰ１０００核电厂主泵１Ｅ级断路器 ＡＰ１０００核电厂两台蒸汽发生器对称布置，系统管路由两个主 冷却剂环路构成，每个环路分别配置一台蒸汽发生器和两台屏蔽式 主泵，两台主泵直接固定在蒸汽发生器的下封头，连接于同一台蒸 汽发生器的两台主泵电源分别取自两个高压厂用变压器，主泵电机 启动时必须由主泵变频器供电，主泵断路器控制供电回路的开断， 承担着交流供电系统的唯一安全功能，因此主泵断路器规定为１Ｅ 级、抗震Ｉ类设备，本文从分析断路器的绝缘水平、短路开合电流、耐 压强度等参数要求以及供电回路电气设计入手，深入探索提升主泵 断路器可靠性的措施和方法。 肤效应的强度，磁通渗透度越高，集肤效应就越明显，越接近导体表 面电流密度越大使导体的有效电阻增加，涡流损耗增大，即频率提 高，涡流损耗会相应增加，铁磁损耗发热的温升也会相应增加，断路 器温升过高，会产生金属材料软化，导体氧化加剧、绝缘材料老化等 威胁到断路器使用功能及使用寿命的不利影响，为满足主泵断路器 的可靠性要求，防止因铁磁损耗变化导致产品温升变化并超标的问 题出现，断路器的额定短路电流的大小、接触压力的大小以及零部 件的焊接质量都需要进行一定提高，ＡＰｌ００ｏ核电厂中主泵断路器的 额定电流通常设计为１２００Ａ，额定短路电流定为６３ＫＡ。 ３．３动稳定及热稳定试验的必要一ｔｇ＿ １ ＡＰＩ Ｏ００主泵断路器介绍 ＡＰ１０００核电厂中每台主泵供电回路共有三个断路器，其中主 泵馈线断路器为非１Ｅ级断路器，用于正常情况下接受电气保护信号 接通、断开电源，而１Ｅ级主泵断路器１、２则采用的是具有６３ｋＡ通断能 力，三级单掷、手车式的真空断路器，断路器储能回路采用电机供 电，弹簧储能装置。 断路器同时具有保护、控制、连锁、监视等功能以满足规范的要 求，每台断路器还装有紧急情况下提供手动跳闸的装置。由于变频 器输出电源的频率在低频到６０ＨＺ变化，因而主泵断路器必须严格 依照ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ．Ｃ３７．０９（交流高压断路器在对称电流基础下标准 测试程序）ｉ茳行设计试验来保证主泵断路器在低频到６０ＨＺ全频率范 围内的断开都有很高的可靠性保证。 额定峰值耐受电流与额定短路关合电流都存在交流分量和直 流分量，两者在数值上相等，大小受半波时间影响，不同频率的电流 的半波时间不一致，在６０ｈｚ电站中，半波时间为８．３ｍｓ，交直流叠加 电流的最大值在二分之一半波时达到，此时交直流叠加电流达到最 大值，直流分量略有缩减，衰减时间常数］￣４５ｍ＿ｓ，由此来计算半波时 的峰值电流和冲击系数（峰值电流与交流分量有效值比值 ￣６０ｈｚ 的条件下一般按美国标准取２．６ ，从而主泵断路器发生短路时，较 大的短路电流会使断路器设备过热或电动力作用而遭到损坏，同时 使主泵安全性大大降低，破坏电厂内设备的正常工作。因此，为了保 证主泵断路器能够可靠关合、消除或减轻短路的后果，就需要正确 地选择电器设备、设计继电保护以及进行严格的动稳定及热稳定试 验。 ２ ＡＰ１ ０００主泵断路器工作原理 在ＡＰ１０００核电厂中，位于反应堆冷却剂环路上的堆芯补水系 统在发生事故时对压力容器堆芯提供补水和硼化，连接在堆芯冷管 段的堆芯补水箱（ＣＭＴ）可以根据不同的ＲＣＳ工况在两种模式下切 换运行，分别为水再循环模式和蒸汽补偿模式，如果ＬＯＣＡ后的冷段 的水排空，则ｃＭｒ在蒸汽补偿模式下运行。在这种模式下，循环驱动 力为冷段的蒸汽和ＣＭＴ注入水的密度差，当ｃＭｒ触发后，反应堆冷 却剂泵必须停运（有大概３秒的延迟）来实现Ｒｃｓ内的汽水分离，从而 实现蒸汽补偿模式注入，主泵强迫循环方向与ＣＭＴ水箱注入方向相 反，会降低堆芯补水速度，主泵的停运用来增强安全注入功能并避 免潜在的对安注的不利影响。主泵的停运则需要主泵断路器的可靠 断开来实现。 ３．４实现可靠开断容性电流能力的方法 目前，容性电流开断是真空断路器运行最严峻的任务之一，较 高频率的恢复电压上升陡度比较高，峰值较大，灭弧比较困难，很 有可能发生重击穿。因此，为了防止恢复电压超过电流断开后触头 间的介质绝缘电压时发生的重燃，实现容性电流可靠切断，通常通 过提高真空断路器开断电流后触头极间的绝缘恢复速度、提高真空 断路器真空灭弧室的外部绝缘或者提高真空断路器真空灭弧室内 触头间耐压强度等方法来提高断路器的介质绝缘电压，ＡＰ１０００断路 器的灭弧机构通常设有真空罩，真空罩能减少灭弧室的体积和重 量，灭弧时间缩短，寿命长，免维护，具有很强的环境兼容性等，主触 点通常采用花瓣形的铜铬合金，断路器内触点状况可以通过触点观 察孔进行观察更换，通过容性电流开断试验可以验证断路器的容性 电流开断能力。 ３ ＡＰ１０００主泵断路器工作原理可靠性分析及提升措施 ３．１绝缘水平的提升 绝缘水平指工频耐压和雷电冲击水平，能够表现对大气过电压 ４结语 主泵断路器是保证ＡＰ１０００核电厂安全可靠运行的关键设备， 断路器的可靠性决定着核电厂的安全性能的实现，如何在系统设 和内部过电压的耐受能力。雷电冲击电压波很陡，与频率关系不大， 计、设备制造、出厂调试、现场调试、运行维护、检修的过程中保证断 但频率的增加对介质损耗有很大影响，电介质在交变电场作用下， 路器的可靠性功能，对反应堆运行安全影响极大。 随着频率的增加，电解质损耗也会相应增加，电介质损耗发热消耗 能量可能引起电介质的热击 ”，因此在主泵断路器的绝缘技术中， 参考文献：应尽可能采用介质损耗正切值较低的材料来提高断路器的绝缘水 ［１］付家才，郭松林，郭明良．高压设备介质损耗参数在线测量方法的 平，通常用使用在６０１－￣３６ｋＶ电压水平下一分钟内耐受试验来验证 研究与应用［Ｈ］．科学出版社，２０１０． 断路器的绝缘水平。 ［２］倪光正．工程电磁场原理［Ｈ］．北京：高等教育出版社，２００２． ３．２温升过高的处理 ［３］中国航空工业规划设计研究院．工业与民用配电设计手册（第三 频率的升高会影响磁通渗透度 ，磁通渗透深度体现了电流集 版）［ ］．北京：中国电力出版社，２００５． ７８ ２０１ ５年７月下第１４期总第２１８期