郝愛(ài)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(qiáng)度試驗(yàn)是一種高壓破壞性電氣試驗(yàn)，其目的是用來(lái)驗(yàn)證被測(cè)設(shè)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(shè)備不被擊穿、放電或飛弧。

核電廠DCS設(shè)備盤(pán)柜制造階段的介電強(qiáng)度試驗(yàn)主要參考了RCC-E“MC卷 驗(yàn)證和試驗(yàn)方法”標(biāo)準(zhǔn)要求，該標(biāo)準(zhǔn)闡述了“電氣設(shè)備在其制造過(guò)程中和制造之后適用的檢驗(yàn)和試驗(yàn)方法”[1]，并給出了“介電強(qiáng)度試驗(yàn)”的適用范圍、方法要求、驗(yàn)收準(zhǔn)則、檢驗(yàn)程序和試驗(yàn)環(huán)境要求。但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)考慮介電強(qiáng)度試驗(yàn)對(duì)被測(cè)設(shè)備的破壞性影響和對(duì)試驗(yàn)操作人員人身安全的危險(xiǎn)性。因此，必須通過(guò)深入理解標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合DCS盤(pán)柜工程設(shè)計(jì)供電分配和所載設(shè)備、部件的耐壓情況，細(xì)化介電強(qiáng)度試驗(yàn)的過(guò)程方法，具體包括：

1） 介電強(qiáng)度試驗(yàn)回路的確定，避免重復(fù)電路、設(shè)備承受多次高壓試驗(yàn)，而影響設(shè)備的使用壽命。

2） 介電強(qiáng)度試驗(yàn)過(guò)程方法的安全、有效性。

本文主要闡述了介電強(qiáng)度試驗(yàn)在核電廠DCS設(shè)備盤(pán)柜制造中的應(yīng)用過(guò)程，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)已往項(xiàng)目盤(pán)柜介電強(qiáng)度試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的常見(jiàn)失效模式，提出了相應(yīng)的預(yù)防措施。

圖1 DCS盤(pán)柜工程設(shè)計(jì)配電示意圖Fig.1 Distribution diagram of DCS cabinet engineering design

1 介電強(qiáng)度試驗(yàn)回路的確定方法

核電廠DCS設(shè)備盤(pán)柜作為低壓電氣設(shè)備，其供電輸入電壓一般為AC220V或DC220V，內(nèi)部設(shè)備供電電壓多為DC48V、DC24V、DC12V和DC5V，符合RCC-E MC 3100介電強(qiáng)度試驗(yàn)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(shè)備及其部件”[1]要求。

核電廠DCS設(shè)備盤(pán)柜內(nèi)部配電設(shè)計(jì)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(yàn)程序”要求，“應(yīng)確定全部電流的獨(dú)立回路；給出每個(gè)獨(dú)立電路的額定工作電壓值、試驗(yàn)電壓值和規(guī)定的允許的泄漏電流值；當(dāng)一個(gè)電路中某些部件具有不同的試驗(yàn)電壓時(shí)，可采取特殊的測(cè)試方法（在該部件安裝之后，將經(jīng)不起試驗(yàn)電壓的部件斷開(kāi)后再完成安裝）”[1]。因此，核電廠DCS設(shè)備盤(pán)柜介電強(qiáng)度試驗(yàn)回路的確定，需從以下方面考慮：

1） 電路中除外品設(shè)備的確定原則

◆ 原則上對(duì)回路中的負(fù)載設(shè)備進(jìn)行除外。介電強(qiáng)度試驗(yàn)活動(dòng)本身具有高壓破壞性，DCS盤(pán)柜制造過(guò)程是按照受控發(fā)布的裝配圖紙和已有的工藝規(guī)程開(kāi)展設(shè)備的安裝、接線，對(duì)安裝設(shè)備自身不附加任何操作。因此，設(shè)備出廠前的介電強(qiáng)度試驗(yàn)仍為有效，但設(shè)備接線需作為介電強(qiáng)度試驗(yàn)的一部分。

◆ 電路中所載設(shè)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(hù)。因此，該電源模塊作為DCS盤(pán)柜介電強(qiáng)度試驗(yàn)電路中的除外品設(shè)備。

綜上兩點(diǎn)，作為核電廠DCS盤(pán)柜介電強(qiáng)度試驗(yàn)回路中除外品確定的參考依據(jù)，并形成除外品設(shè)備清單，用于盤(pán)柜介電強(qiáng)度試驗(yàn)準(zhǔn)備隔離的作業(yè)依據(jù)。

表1 DCS盤(pán)柜內(nèi)部電路的介電強(qiáng)度試驗(yàn)電壓值Table 1 Dielectric strength test of internal circuit of DCS cabinet

表2 介電強(qiáng)度試驗(yàn)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(qiáng)度試驗(yàn)回路的確定方法

如前文所述，核電廠DCS設(shè)備盤(pán)柜的內(nèi)部工作電壓一般有6個(gè)等級(jí)，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(guò)電源模塊降電為直流工作電壓，給內(nèi)部控制部分的負(fù)載提供工作電壓。根據(jù)RCC-E表MC3120-t1要求可知，核電廠DCS設(shè)備盤(pán)柜中所有供電電路的介電強(qiáng)度試驗(yàn)電壓如表1所示。

考慮DCS盤(pán)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(qiáng)度試驗(yàn)回路確定方法，并定義了各種標(biāo)記符號(hào)表示不同的電路含義，根據(jù)標(biāo)記符號(hào)繪制DCS盤(pán)柜介電強(qiáng)度試驗(yàn)電路的“解線養(yǎng)生”圖，具體如表2所示。

2 介電強(qiáng)度試驗(yàn)的過(guò)程方法

通過(guò)對(duì)RCC-E“MC3120 方法和要求”的深入解析，細(xì)化了DCS盤(pán)柜介電強(qiáng)度試驗(yàn)的過(guò)程方法。

本文以交流220V供電回路為例，描述了其介電強(qiáng)度試驗(yàn)的過(guò)程方法，具體操作如下：

2.1 介電強(qiáng)度試驗(yàn)回路準(zhǔn)備

“解線養(yǎng)生”圖的引入，使得DCS盤(pán)柜介電強(qiáng)度試驗(yàn)回路準(zhǔn)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(duì)交流220V供電回路進(jìn)行解線、短接、隔離、防護(hù)等操作，具體要求如下：

1）試驗(yàn)回路中的除外品已做隔離。

2）供電回路中除外品設(shè)備的輸入輸出端已做短接處理。

3）對(duì)于冗余供電電路，可在其輸入端做短接處理，作為一個(gè)獨(dú)立回路。

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

表4 試驗(yàn)人員試驗(yàn)分工Table 4 Test division of labor by test personnel

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

4）對(duì)于拆解的連接導(dǎo)線端頭已做絕緣防護(hù)。

5）待測(cè)的試驗(yàn)盤(pán)柜已用警示線進(jìn)行區(qū)域防護(hù)隔離和標(biāo)識(shí)，區(qū)域隔離距離大于1m。

2.2 介電強(qiáng)度試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)條件檢查

如前文所述，介電強(qiáng)度試驗(yàn)具有一定的高壓破壞性和操作危險(xiǎn)性。因此，試驗(yàn)前，需從以下方面對(duì)介電強(qiáng)度試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行檢查確認(rèn)。

1）檢查試驗(yàn)區(qū)域環(huán)境的溫度、相對(duì)溫度，應(yīng)符合EN60068-1 第53.1節(jié)規(guī)定條件，如表3所示。

2）檢查被測(cè)回路中所載設(shè)備的保護(hù)接地已可靠連接至盤(pán)柜內(nèi)部保護(hù)地銅排，且與調(diào)試車(chē)間總保護(hù)地可靠連接，并測(cè)得接地電阻值小于4Ω。

3）檢查用于試驗(yàn)的耐壓測(cè)試儀、萬(wàn)用表、高低壓檢電器以及人身安全防護(hù)的高壓絕緣膠鞋、絕緣手套等外觀良好，無(wú)損傷；儀表接線正常，均在校驗(yàn)有效期內(nèi)，且量程滿足試驗(yàn)要求。

4）再次確認(rèn)被測(cè)試驗(yàn)回路接線良好，防護(hù)有效。

5）參與試驗(yàn)的工作人員狀態(tài)良好，并已清楚地了解介電強(qiáng)度試驗(yàn)操作過(guò)程中各自職責(zé)、注意事項(xiàng)和應(yīng)急響應(yīng)措施。通常情況下，介電強(qiáng)度試驗(yàn)活動(dòng)需4人配合，具體職責(zé)分工如表4所示。

2.3 介電強(qiáng)度試驗(yàn)的執(zhí)行過(guò)程

由表1可知，交流220V供電回路的介電強(qiáng)度試驗(yàn)電壓為AC2000V，具體試驗(yàn)過(guò)程如下：

1）試驗(yàn)人員甲將耐壓測(cè)試儀的N極和接地保護(hù)線同時(shí)接入試驗(yàn)盤(pán)柜的保護(hù)地銅排；將耐壓測(cè)試儀的L極接入供電回路AC220V供電回路測(cè)試點(diǎn)；將高低壓檢電器接入試驗(yàn)回路的末端，用于過(guò)程報(bào)警監(jiān)測(cè)，如圖2所示。

2）試驗(yàn)人員丙、丁分別站立在試驗(yàn)盤(pán)柜的前、后側(cè)，保持1m的安全距離，做好過(guò)程觀察準(zhǔn)備。

3）試驗(yàn)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(kāi)耐壓測(cè)試儀的電源開(kāi)關(guān)，按照0V、500V、1000V、1500V、2000V遞增加壓的方式平緩升壓，此過(guò)程中試驗(yàn)人員丙、丁需呼應(yīng)試驗(yàn)盤(pán)柜的狀態(tài)，有無(wú)異常現(xiàn)象。

表5 介電強(qiáng)度試驗(yàn)常見(jiàn)失效模式及措施Table 5 Common failure modes and measures of dielectric strength test

圖3 介電強(qiáng)度試驗(yàn)過(guò)程示意圖Fig.3 Schematic diagram of dielectric strength test

4）開(kāi)始60s倒計(jì)時(shí)，此時(shí)試驗(yàn)人員丙、丁在60s、50s、40s、30s、20s、10s、0s時(shí)通報(bào)試驗(yàn)盤(pán)柜狀態(tài)，有無(wú)異?，F(xiàn)象，如圖3所示。倒計(jì)時(shí)結(jié)束，試驗(yàn)人員乙記錄漏電流值，其驗(yàn)收準(zhǔn)則應(yīng)符合RCC-E MC3130要求，“無(wú)放電、擊穿和飛弧，且在用交流電做試驗(yàn)時(shí)泄漏電流低于10mA”[1]。

5）試驗(yàn)人員甲將耐壓測(cè)試儀平緩降壓至0V，關(guān)閉電源、斷開(kāi)電源插頭，做放電處理。

6）介電強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)束后，試驗(yàn)人員根據(jù)“解線養(yǎng)生圖”復(fù)原盤(pán)柜接線，拆除試驗(yàn)短接線，并確認(rèn)接線恢復(fù)正確，除外品設(shè)備、部件安裝到位，緊固可靠。

實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于試驗(yàn)的異常情況，需先做斷電排查、分析，檢查確認(rèn)介電強(qiáng)度試驗(yàn)回路的設(shè)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(qiáng)度試驗(yàn)操作。考慮介電強(qiáng)度試驗(yàn)為破壞性試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓降為規(guī)定電壓值的85%[1]。

3 介電強(qiáng)度試驗(yàn)常見(jiàn)失效模式及措施

基于多項(xiàng)目工程實(shí)施應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，分析發(fā)現(xiàn)DCS盤(pán)柜整機(jī)介電強(qiáng)度試驗(yàn)不通過(guò)或異常現(xiàn)象的常見(jiàn)失效模式如表5所示。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)RCC-E標(biāo)準(zhǔn)中“介電強(qiáng)度試驗(yàn)”的范圍、方法、程序、驗(yàn)收準(zhǔn)則等內(nèi)容的深入解析，結(jié)合工程設(shè)計(jì)，細(xì)化了介電強(qiáng)度試驗(yàn)在核電廠DCS盤(pán)柜制造過(guò)程中的應(yīng)用方法，采用列舉說(shuō)明的方式，表明了：

1）介電強(qiáng)度試驗(yàn)回路的確定原則，既保證了回路中的設(shè)備安全，又驗(yàn)證了DCS盤(pán)柜回路接線安全、可靠，具有指導(dǎo)意義。

2）介電強(qiáng)度試驗(yàn)的過(guò)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(qiáng)度試驗(yàn)過(guò)程的人身、設(shè)備安全。

3）針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中常見(jiàn)的失效模式提出了有效的預(yù)防措施，具有可借鑒意義。