摘要：核電站接地和防雷系統(tǒng)對(duì)核電站的安全運(yùn)行起著十分重要的作用，也直接關(guān)系到廠(chǎng)內(nèi)工作人員的人身安全和各種電氣設(shè)備的安全與正常運(yùn)行.核電站接地主要應(yīng)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(jié)合施工過(guò)程中出現(xiàn)的虛焊、脫焊、接地盤(pán)施工不平整等質(zhì)量問(wèn)題，從質(zhì)量管理“人、機(jī)、料、法、環(huán)”五要素的角度，對(duì)接地施工全過(guò)程產(chǎn)生問(wèn)題的根本原因進(jìn)行分析；按照質(zhì)量問(wèn)題分析結(jié)果，針對(duì)不同類(lèi)型的問(wèn)題，采取相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)措施后，質(zhì)量問(wèn)題大幅減少.技術(shù)改進(jìn)措施取得了良好效果，并在核電項(xiàng)目建設(shè)中取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益.

關(guān)鍵詞：接地； 施工； 放熱焊接； 技術(shù)改進(jìn)； 核電

中圖分類(lèi)號(hào)： TM 623 文獻(xiàn)標(biāo)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(guó)西屋公司設(shè)計(jì)的先進(jìn)壓水堆核電站，它的防雷與接地系統(tǒng)可以分為五個(gè)方面，即核電廠(chǎng)接地網(wǎng)、系統(tǒng)接地、設(shè)備接地、儀表/計(jì)算機(jī)接地及防雷保護(hù).防雷與接地系統(tǒng)分布范圍極廣，涉及電站所有構(gòu)筑物與系統(tǒng)設(shè)備[1-2] .

與火力發(fā)電廠(chǎng)、變電站等常規(guī)廠(chǎng)站采用鍍鋅扁鐵作為接地材料不同，核電廠(chǎng)接地網(wǎng)則采用裸銅纜作為接地材料[3]，從接地網(wǎng)、接地干線(xiàn)引入到設(shè)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(pán)、鋼結(jié)構(gòu)之間的連接全部采用放熱焊接[4].

相對(duì)于扁鐵，銅纜由于具有優(yōu)越的導(dǎo)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(jià)格相對(duì)較高，焊接復(fù)雜且成本較高，使得銅纜接地僅僅在核電站以及少數(shù)基建項(xiàng)目中應(yīng)用.由于國(guó)內(nèi)銅纜接地項(xiàng)目的應(yīng)用相對(duì)不普及，對(duì)接地系統(tǒng)施工的質(zhì)量問(wèn)題及解決措施的研究較少，因此，對(duì)核電站接地系統(tǒng)施工的技術(shù)改進(jìn)過(guò)程進(jìn)行分析研究意義重大.

1 放熱焊接原理及其現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題

利用上述放熱焊接原理，銅纜與接地部件之間通過(guò)放熱焊接組成了一個(gè)遍布全廠(chǎng)范圍的接地網(wǎng)絡(luò).施工中，相對(duì)于常規(guī)火電中接地扁鐵采用電焊連接的方式，放熱焊接要復(fù)雜，工程量要大很多[5].放熱焊接需要廠(chǎng)家定制各種模具，以適應(yīng)不同的焊接連接類(lèi)型，如：不同規(guī)格的銅纜連接，銅纜與鋼筋連接、銅纜與鋼結(jié)構(gòu)連接.利用焊藥在模具中瞬間爆炸、燃燒、熱化學(xué)反應(yīng)瞬間釋放出巨大的熱量，使接觸部位的銅、鐵迅速融化，達(dá)到緊密連接的效果[6].

在放熱焊接操作前，根據(jù)銅纜接頭類(lèi)型選擇合適的模具和焊藥.焊接前用熱源（液化氣罐加噴槍?zhuān)┖婵灸＞吆蛯?dǎo)體，確保將水分烘干，并使模具保持在一定溫度，提高接頭質(zhì)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(diǎn)火、爆炸燃燒如圖2所示.

但接地施工后的一段時(shí)間中，現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)了虛焊、脫焊等質(zhì)量問(wèn)題；此外，也出現(xiàn)了接地盤(pán)凹陷或凸出在墻體、樓板內(nèi)等質(zhì)量問(wèn)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(zhì)量問(wèn)題根本原因分析

現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的接地盤(pán)凹陷、凸出于混凝土表面的現(xiàn)象，以及銅纜焊接頭虛焊、脫焊等質(zhì)量問(wèn)題，不僅影響了現(xiàn)場(chǎng)的整潔美觀(guān)，更重要的是影響了接地系統(tǒng)回路的可靠性和電氣連續(xù)性，造成了在系統(tǒng)故障時(shí)，不能迅速排泄故障電流，也會(huì)因接地電阻增加導(dǎo)致系統(tǒng)故障狀態(tài)或雷擊時(shí)接地點(diǎn)電壓升高，對(duì)設(shè)備與人身安全造成重大威脅.

現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員針對(duì)上述問(wèn)題，組織相關(guān)人員進(jìn)行了分析研究.接地盤(pán)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(dǎo)致的接地盤(pán)偏移；而對(duì)于銅纜焊接頭虛焊、脫焊等質(zhì)量問(wèn)題其形成原因比較復(fù)雜.可以從質(zhì)量管理“人、機(jī)、料、法、環(huán)”五要素的角度，對(duì)接地施工整個(gè)過(guò)程以及對(duì)施工人員、隊(duì)伍、施工組織管理等方面進(jìn)行深入分析[7]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

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

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

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

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

（5） 環(huán)境因素：環(huán)境溫度低，濕度較大，雨天施焊作業(yè).

3 管理及技術(shù)改進(jìn)措施

3.1 虛焊、脫焊問(wèn)題施工改進(jìn)

為改善現(xiàn)場(chǎng)接地施工質(zhì)量，解決接地盤(pán)、接地電纜虛焊，脫焊等問(wèn)題，按照質(zhì)量問(wèn)題出現(xiàn)的各種原因，逐一采取改進(jìn)措施.

（1） 人員因素：可以通過(guò)健全組織機(jī)構(gòu)，明確人員職責(zé)分工，加強(qiáng)各級(jí)人員的技能培訓(xùn)等管理手段減少人為失誤.

（2） 施工機(jī)具因素：需注意焊接設(shè)備使用后的清理，尤其是焊接模具，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定，在達(dá)到規(guī)定的使用次數(shù)后及時(shí)更換.

（3） 施工材料因素：對(duì)施工材料，特別是焊藥的保管，需確保儲(chǔ)存條件達(dá)到廠(chǎng)家技術(shù)要求.可以采用密封塑料箱儲(chǔ)存焊藥，防止受潮.在焊接發(fā)放時(shí)做到按需發(fā)放.

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

（5） 環(huán)境因素：需嚴(yán)格控制作業(yè)環(huán)境，不能因施工進(jìn)度壓力而違規(guī)操作.

施工單位和作業(yè)人員在嚴(yán)格采取以上改進(jìn)措施后，后續(xù)施工中出現(xiàn)的接地電纜虛焊、脫焊問(wèn)題大幅減少，改進(jìn)措施取得了良好效果.

3.2 接地盤(pán)施工改進(jìn)

對(duì)于接地盤(pán)凹陷、凸出于混凝土表面的質(zhì)量問(wèn)題，雖然可以通過(guò)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(huì)造成現(xiàn)場(chǎng)不美觀(guān)，另外，也會(huì)增加工程量.因此，在混凝土澆筑前，提前采取固定接地盤(pán)的改進(jìn)措施，防止因混凝土傾倒、振搗、碰撞等因素導(dǎo)致接地盤(pán)移位，以便更好地滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)要求.在A(yíng)P1000核電依托項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，技術(shù)人員采用以獨(dú)立支撐結(jié)構(gòu)固定接地盤(pán)的技術(shù)措施，有效防止了接地盤(pán)的偏移.

施工人員在接地盤(pán)周?chē)Q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(pán)不會(huì)下沉）；再將水平鋼筋與豎向4根鋼筋焊接形成一個(gè)鋼筋支架，防止松動(dòng)、歪斜；根據(jù)標(biāo)高控制點(diǎn)用另外2根水平鋼筋托住接地盤(pán)底部，利用水平尺調(diào)整接地盤(pán)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(pán)后，用方形木板蓋在接地盤(pán)表面，木板和接地盤(pán)用螺栓固定，防止灰漿灌入螺栓孔，同時(shí)還能防止接地盤(pán)受到污染和損壞.最后，緊貼木板上表面壓實(shí)放置1根鋼筋，并與鋼筋支架中成對(duì)角的2根豎向鋼筋焊接，同時(shí)另外成對(duì)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(wěn)定性，避免了因混凝土澆筑活動(dòng)導(dǎo)致接地盤(pán)偏移.

4 經(jīng)濟(jì)效益

由于接地系統(tǒng)分布極廣，遍布核電站的所有構(gòu)筑物與設(shè)備，需要焊接的銅纜頭、接地盤(pán)數(shù)量巨大，焊接次數(shù)達(dá)到上萬(wàn)次以上.假設(shè)以每次放熱焊接的平均成本為100元進(jìn)行保守計(jì)算，可以預(yù)見(jiàn)采取優(yōu)化改進(jìn)措施后，取得的經(jīng)濟(jì)效益十分顯著.

5 結(jié) 論

本文針對(duì)核電站接地系統(tǒng)施工中出現(xiàn)的問(wèn)題的產(chǎn)生原因，進(jìn)行了深入分析，特別對(duì)銅纜接頭虛焊、脫焊問(wèn)題提出了改進(jìn)措施.對(duì)于接地盤(pán)澆筑后出現(xiàn)的凹陷、凸出于混凝土表面等問(wèn)題，也提供了解決方案.采取管理及技術(shù)改進(jìn)措施后，取得了良好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益.

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