摘要：為實(shí)現(xiàn)安全級(jí)儀表信號(hào)的可靠傳輸，核電廠中常采用可拆卸的電氣連接器連接儀表與電纜以及電纜與電纜。對(duì)電氣連接器技術(shù)進(jìn)行調(diào)研，設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、操作安裝方便、在地震以及嚴(yán)重事故下能有效吸收振動(dòng)載荷、能夠承受更長(zhǎng)時(shí)間的輻照老化和熱老化的安全級(jí)電氣連接器。依托研制樣機(jī)開展了功能性能試驗(yàn)和鑒定試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，安全級(jí)電氣連接器具有極高的可靠性，能夠滿足核電廠事故環(huán)境下的需求。該連接器可推廣于其他惡劣環(huán)境條件下的應(yīng)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：核電廠電氣連接器安全級(jí)儀表事故

中圖分類號(hào)：TB21

DesignandTestingofSafety-LevelElectricalConnectorsin

NuclearPowerPlants

LIUDanhui1XUTao1ZHUJialiang1QINYue1LIZhuoyue1WANGHailin1

LIHongxia1JIANGDangnian2LINing2TANGChun2

1.ScienceandTechnologyonReactorSystemDesignTechnologyLaboratory，NuclearPowerInstituteofChina，Chengdu，SichuanProvince，610213China;2.SinosealHoldingCo.，Ltd.，Chengdu，SichuanProvince，610045China

Abstract：Inordertorealizethereliabletransmissionofsafety-levelinstrumentsignals，detachableelectricalconnectorsareoftenusedtoconnectinstrumentsandcables，aswellascablesandcablesinnuclearpowerplants.Thispaperinvestigatesthetechnologyofelectricalconnectors，anddesignsasafety-levelelectricalconnectorwithasimplestructure，reliableperformanceandeasyoperationandinstallationthatcaneffectiveabsorbthevibrationloadinearthquakesandseriousaccidentsandwithstandirradiationagingandthermalagingforalongertime.Basedonthedevelopedprototype，thefunctionalperformancetestandidentificationtestarecarriedout.Testresultsshowthatthesafety-levelelectricalconnectorhasveryhighreliability，whichcanmeettheneedsofnuclearpowerplantsintheenvironmentofaccidentsandbepromotedtotheapplicationfieldsinotherharshenvironmentalconditions.

KeyWords：Nuclearpowerplant;Electricalconnector;Safety-leveldurability;Accident

核電廠安全級(jí)電氣連接器主要用于安全級(jí)儀表和電纜以及電纜和電纜之間的可快速拆卸并復(fù)裝的連接?？稍诤朔磻?yīng)堆正常運(yùn)行、事故和事故后的環(huán)境條件下保持電氣連接功能。目前，國(guó)內(nèi)核電廠所用的安全級(jí)電氣連接器大多是國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，難以滿足國(guó)內(nèi)儀表廠家的豐富接口需求，且難以對(duì)國(guó)內(nèi)新研儀表提供有力支持。

安全級(jí)電氣連接器屬于安全級(jí)設(shè)備的配置部件，需經(jīng)過相應(yīng)的鑒定試驗(yàn)項(xiàng)目。從實(shí)際應(yīng)用環(huán)境及使用方式出發(fā)，設(shè)計(jì)了多種規(guī)格的安全級(jí)電氣連接器，并制定適用于安全級(jí)電氣連接器的鑒定試驗(yàn)方法，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)并糾正設(shè)計(jì)過程中的缺陷，使連接器設(shè)備達(dá)到預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)。

1安全級(jí)電氣連接器功能性能

對(duì)國(guó)內(nèi)外連接器廠家、各電廠以及儀表和電纜廠家進(jìn)行調(diào)研，并與核電廠總體目標(biāo)相結(jié)合，分析確定核電廠安全級(jí)電氣連接器的具體性能指標(biāo)。

安全級(jí)電氣連接器需要實(shí)現(xiàn)安全級(jí)儀表信號(hào)可快速拆卸并復(fù)裝的連接。連接器需要在正常運(yùn)行、事故和事故后的環(huán)境條件下保持電氣連接功能。

根據(jù)調(diào)研分析，核電廠安全級(jí)電氣連接器需滿足總泄漏率≤1.0×10-7mL·bar/s的密封性能；連接器應(yīng)具有防差錯(cuò)設(shè)計(jì)，防止插頭和插座之間錯(cuò)誤連接；連接器設(shè)計(jì)壽命需≥60年，其中密封墊片≥3年；連接器插拔次數(shù)≥200次；正常情況下的絕緣電阻應(yīng)≥1000MΩ/500VDC，事故工況下的絕緣電阻應(yīng)≥5MΩ/500VDC；連接器應(yīng)進(jìn)行表面處理，以提高表面的強(qiáng)度和抗腐蝕能力；緊固件應(yīng)進(jìn)行熱處理，以確保機(jī)械強(qiáng)度在壽期內(nèi)滿足要求；插頭和插座之間實(shí)現(xiàn)快速連接，無分散零件；密封環(huán)應(yīng)固定安裝，不脫落。

2安全級(jí)電氣連接器設(shè)計(jì)

核電廠安全級(jí)電氣連接器外形如圖1所示，根據(jù)功能需求進(jìn)行分類，連接器的安全等級(jí)為1E級(jí)。

依據(jù)當(dāng)前已有研究理論[1-6]及經(jīng)驗(yàn)反饋，結(jié)合核電廠安全級(jí)電氣連接器各項(xiàng)功能性能需求，采取了各種優(yōu)化設(shè)計(jì)。為保證連接器本體具有優(yōu)異的機(jī)械性能，采用整體棒材加工連接器結(jié)構(gòu)件；為保證連接器有良好的絕緣和抗輻照性能，采用PEEK作為絕緣材料；為保證連接器針芯有良好的電氣和機(jī)械性能，采用銅本體鍍金材料作為針芯；為保證連接器有較好的機(jī)械性能，采用316L不銹鋼作為結(jié)構(gòu)件材料；為保證連接器與電纜的良好契合，采用自適應(yīng)線夾結(jié)構(gòu)；為保證連接器在運(yùn)行狀態(tài)連接緊密，并在振動(dòng)、地震時(shí)有效吸收軸向應(yīng)力，采用波片彈簧壓緊。同時(shí)連接器整體設(shè)計(jì)為無分離部件，以確保運(yùn)行、安裝與維護(hù)過程中的安全可靠性能。

連接器需要在各種工況下保證良好密封，因此對(duì)設(shè)備研制提出了較高的要求。為此采取雙重密封結(jié)構(gòu)的連接器設(shè)計(jì)，使用不同材料實(shí)現(xiàn)徑向和軸向的雙重密封結(jié)構(gòu)，其中徑向密封墊圈可以吸收來自連接器徑向的振動(dòng)和地震沖擊載荷，而軸向密封墊圈可以吸收連接器軸向方向上的拉伸和壓縮載荷。

為了實(shí)現(xiàn)連接器的快速拆裝和盲裝，設(shè)計(jì)了特殊的兩重鎖緊結(jié)構(gòu)?？梢源_保針芯的對(duì)準(zhǔn)，滿足插入深度要求，并且在固定插頭插座時(shí)，通過螺旋倍增結(jié)構(gòu)，可有效減小插入力，同時(shí)該結(jié)構(gòu)還可完全實(shí)現(xiàn)盲裝，降低了安裝難度。

最終設(shè)計(jì)的安全級(jí)電氣連接器由螺母、座套、插座絕緣體、密封圈、波片彈簧、插頭絕緣體、擋圈、外殼組件和尾蓋等部件組成。設(shè)計(jì)的電氣連接器涵蓋同軸、多芯、直通等多種形式，典型配置為傳感器端連接部件。當(dāng)配置在不同傳感器上時(shí)，可根據(jù)傳感器接口設(shè)計(jì)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。

3功能性能試驗(yàn)

為保證電氣連接器設(shè)備能夠正確按要求執(zhí)行功能，滿足相關(guān)性能指標(biāo)，需開展相關(guān)功能性能試驗(yàn)。試驗(yàn)樣件的功能性能試驗(yàn)應(yīng)在正常環(huán)境條件下進(jìn)行，在試驗(yàn)前需完成設(shè)備集成和電纜接線，與適配的傳感器一同進(jìn)行試驗(yàn)。功能試驗(yàn)包括插拔試驗(yàn)和連通性試驗(yàn)，性能試驗(yàn)包括接觸電阻試驗(yàn)、絕緣電阻試驗(yàn)、介電強(qiáng)度試驗(yàn)和密封性能試驗(yàn)。

4鑒定試驗(yàn)

安全級(jí)電氣連接器需滿足K1級(jí)設(shè)備鑒定要求。根據(jù)《核電廠安全級(jí)電氣設(shè)備質(zhì)量鑒定試驗(yàn)方法與環(huán)境條件》（EJ/T1197）以及IEEE572第6.2.3節(jié)相關(guān)要求，制定試驗(yàn)順序。試驗(yàn)按照下述順序進(jìn)行。

基準(zhǔn)試驗(yàn)包括目視檢查、接觸電阻檢查、絕緣電阻試驗(yàn)、介電強(qiáng)度試驗(yàn)。

正常環(huán)境條件下極限值試驗(yàn)包括電磁兼容試驗(yàn)。

機(jī)械強(qiáng)度和耐久性試驗(yàn)包括熱老化試驗(yàn)、多次通斷試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)、高溫試驗(yàn)、溫度變化試驗(yàn)、交變濕熱試驗(yàn)、恒定濕熱試驗(yàn)、輻照老化試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)。

事故環(huán)境條件試驗(yàn)包括事故輻照試驗(yàn)、抗震試驗(yàn)、特殊環(huán)境試驗(yàn)。

（1）目視檢查，無銹蝕、裂紋、涂覆層剝落、緊固部位松動(dòng)、絕緣體起泡、開裂、變形等現(xiàn)象；（2）絕緣電阻≥100MΩ（500VDC）;（3）接觸電阻≤20mΩ

5試驗(yàn)結(jié)果

安全級(jí)電氣連接器順利通過了功能性能試驗(yàn)及質(zhì)量鑒定試驗(yàn)。其中正常環(huán)境條件下，接觸電阻小于4mΩ，絕緣電阻2TΩ，介電強(qiáng)度試驗(yàn)漏電流小于0.004mA，泄漏率為6.3×10-11bar·cm3/s。事故環(huán)境條件下，電氣連接器的絕緣電阻有所下降，試驗(yàn)中最小測(cè)量值大于120GΩ，仍能滿足核電廠安全級(jí)電氣連接器絕緣電阻不小于5MΩ的要求。

6結(jié)論

針對(duì)核電廠安全級(jí)電氣連接器需求，對(duì)標(biāo)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)電氣連接器性能指標(biāo)，采取了雙重密封結(jié)構(gòu)、雙重鎖緊結(jié)構(gòu)等優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了一種高可靠性能的安全級(jí)電氣連接器。本文對(duì)連接器的電氣和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了闡述，制定并開展了適用于連接器的功能性能試驗(yàn)和鑒定試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，安全級(jí)電氣連接器具有極高的絕緣、密封和可靠性能，能夠滿足安全級(jí)設(shè)備的信號(hào)傳輸需求，保證系統(tǒng)的安全性。

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