核电强迫风冷离相封闭母线热平衡计算技术研究

刘海燕　张军　林文生　吕杰　王贵成

摘 要：核电百万千瓦级汽轮发电机组输出电流大，运行可靠性要求高，所用离相封闭母线均采用强迫冷却方式冷却，以增强母线散热效果，避免出现母线过热问题。因国内至今未能掌握可用于工程应用的强迫风冷离相母线热平衡计算技术，使得该设备一直长期依赖进口。该研究从工程应用角度出发，设定合理边界条件，建立数学模型，完成热平衡计算程序编制，并通过仿真及国外工程数据进行验证，证明该计算软件完全可应用于工程实际。

关键词：核电 强迫风冷 热平衡计算 电磁仿真 离相母线 过热 数学模型

中图分类号：TM645 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（c）-0028-05

国际上，核电百万千瓦机组所用离相封闭母线均采用强迫冷却方式，早20世纪在六、七十年代国外就已经开始强迫冷却技术研究及应用，而国内仅近几年随着核电建设的大力发展，才开始进行该技术的工程应用研究，但尚无实际的工程应用经验。

由于国内厂家一直不能独立承担强迫风冷IPB的设计，也无法进行IPB关键部分强迫风冷系统的选型设计，致使该设备一直长期依赖进口。因此，如何推动国内母线厂家突破强迫风冷热平衡计算软件国产化的瓶颈，彻底实现强迫风冷母线设计及设备全套国产化，意义重大。

该研究以工程应用为目的，联合国内知名母线厂家，在消化和吸收国外技术的基础上，根据积累的国内外核电工程项目设计、安装调试及运行经验，合理设定边界条件，选取关键参数，并以依传热学、电工学建立的数学模型为理论依据，利用牛顿迭代法建立强迫风冷离相母线的热平衡方程组，通过C语言编制计算程序，求得方程组的解进而得出数学模型的解，据此可进行母线及风冷系统设备（如风机、热交换器等关键部套）的选型计算及对已选型设备进行验证。因此，该文将从数学模型建立、软件编制、热平衡软件工程验证、结论四个章节对强迫风冷离相母线的热平衡计算软件的研究及验证进行详细论述。

1 热平衡计算边界条件及数学建模

1.1 边界条件假定

由于母线导体和外壳温度沿长度变化，母线分段两端面与相连接部分也存在温度差，因此沿母线长度方向存在导热现象；导体和外壳有一定的厚度，其内外壁之间也存在温度差，厚度方向同样存在导热现象；加之强制对流换热系数沿母线长度方向也有变化。这些因素都使风冷封闭母线热计算更加复杂，但对母线热计算的结果影响并不大可忽略，在具体设计时可根据工程经验，合理选择换热系数等关键系数，同时通过适当的设计裕度可消化吸收所忽略因素的潜在影响，因此可以假定：

（1）母线分段端面绝热，沿母线长度方向不存在导热现象；

（2）母线导体及外壳的内外壁温度相等；

（3）同一通道内换热系数是相同的，而不计沿长度变化的影响；

（4）母线导体只与同一段的外壳发生辐射换热，而不与相邻段的外壳产生辐射换热。

1.2 强迫风冷离相封闭母线的传热分析

不同冷却空气系统传热计算原则相同，本文以目前国内外最常用的全连离相封闭母线单风系统来分析其传热特点，并建立热平衡方程。单风系统封闭母线热流图如图1所示[1]。

1.3 数学模型建立及其边界条件

在假定边界条件下，数学模型采用微分方法沿母线长度方向将母线分成若干段，针对每一段建立热平衡方程。热平衡方程参数较多，但根据数学模型利用先进的计算机语言编制软件，通过软件进行热平衡计算，所有段的理论温度值会在几秒钟内获得，不仅方便母线选型计算，而且是风冷系统（如风机、电机及热交换器）选型的重要依据。

就母线导体而言，母线导体的损耗Pm一部分以强制对流的方式传给母线与外壳之间的空气流，记为Qmdg，另一部分以辐射的方式传给外壳内表面，记为Qmf。就外壳而言，外壳除本身损耗Pk外，还接受母线导体辐射的能量Qmf和太阳辐射能量Pr，这些热量一部分由外壳内表面以强制对流的方式传给母线与外壳之间的空气流，记为Qkdg，一部分以自然对流的方式传给周围的空气，记为Qkd，还有一部分以辐射的方式传给母线外壳外部环境，记为Qkf。

在热平衡的情况下，应满足下列方程式：

1.3.1 母线导体热平衡方程

1.3.2 母线外壳热平衡方程

1.3.3 母线内部空气温升计算

1.3.4 边界条件

2 热平衡计算及风冷系统选型计算

2.1 软件开发平台

强迫风冷热平衡计算软件的开发采用了C语言为编程提供集成开发环境，在这个环境中，编程者可设计界面、编写代码、调试程序，直至把应用程序编译成可在Windows中运行的可执行文件，并为它生成安装程序。利用C编程语言的可视化界面，根据强迫风冷系统特性，直接在屏幕上“画”出窗口、菜单、按钮等不同类型的对象设计出应用程序的界面，并为每个对象设置属性，再针对每一个对象编写事件驱动代码。

2.2 程序算法原理

程序的算法原理为牛顿迭代法，牛顿迭代法的核心是用线性函数近似非线性函数，逐步用线性方程的根近似非线性方程的根。

程序是建立在强迫风冷热平衡方程组的前提下，利用牛顿迭代法通过给定的参数、假定变量的初始值及假定变量的线性方程，按给定的运算判定条件，对方程组中的未知变量进行循环迭代求解。

2.3 程序逻辑

令L为母线总长度，n为热计算分段数， f为每分段的长度（f=L/n）。母线导体的直径和管壁厚度分别记为Dm和Cm，外壳的直径和厚度分别记为Dk和Ck。随着母线长度的变化，分段建立热平衡方程，而后逐段求解。分段示意图如图2。

2.4 运算界面编制

利用C语言的可视化界面，根据强迫风冷系统特性，直接在屏幕上“画”出窗口、菜单、按钮等不同类型的对象设计出应用程序的界面，并为每个对象设置属性，再针对每一个对象编写事件驱动代码。endprint

软件界面分为三部分，第一部分是参数设定区，第二部分是数据输出区，第三部分属于导体和外壳温度分布趋势图显示区。

2.5 程序运算

程序编制完成后，利用电磁仿真校验及大量工程数据运算等方式，最终完善计算程序。下面是根据某项目母线工程数据作为基础输入数据，选定某些关键系数（如换流系数，阻力系数及辐射系数，导体黑度等），单相分段数为20段，程序运算结果如图3。

从程序运算结果可知，导体最高温度71.3 ℃小于标准GB8349-2000要求的90 ℃，温升小于标准规定50 K，外壳温度最高为62.9 ℃，小于标准要求的70 ℃，温升值也小于标准要求的30 K，因此，可判断该计算程序数学模型及参数设置均较为合理，计算结果较为理想。

2.6 风冷系统设备选型计算

2.6.1 空气冷却器的选型计算

空气冷却器的选型计算主要包含以下几个方面：

a.计算空气冷却器进水温度θc（℃）和出水θZ（℃），验证是否满足电厂工业用水的要求。

b.迎风面风速Vy及冷却水流速ω的选择计算。

c.空气冷却器主要参数：

迎风面积Fy（m2）

换热面积F（m2）

介质通过截面积FZ（m2）

传热系数k的计算公式，k值的大小与迎风面风速Vy（m/s）、水的流速ω（m/s）、析湿系数ξ有关。

空气阻力△Hg（pa）的计算公式，与迎风面风速Vy有关。

水的阻力△h（pa）的计算公式，与水的流速ω有关。

2.6.2 风机的选型计算

选择风机必须满足下列几个要求：

a.风机风压必须大于整个风道的阻力。

b.风机风量需大于风冷系统所需要的风量，整个风道的阻力=（整个风冷母线的阻力+母线和冷却器之间连接管道的阻力+冷却器中风的阻力）。

c.根据系统选定的风量、所需压头及已确定的风机类型，再由通风机性能曲线或性能参数选定风机型号。

d.考虑到管道的泄露，及压力损失计算的不够精确，故选用风机的风量和风压应大于系统计算的风量和风压。

e.风机的功率，需重点考虑有效功率，即单位时间内传递给空气的能量。

3 热平衡计算软件工程验证

由于强迫风冷型式试验段不可能按照具体工程母线布置制作及安装，而仅制作试验段并按试验段要求配置强迫风冷系统（该系统仅适用于试验段），其母线布置及强迫风冷系统参数与具体工程参数差异较大，不能直接验证具体工程热平衡计算结果。因此，热平衡计算软件开发完成后，如何验证是判断其能否应用于工程实际的关键。但至今国内外均没有标准对此进行详细规定，同时对于是否适用于工程实际，也无统一的判断标准，本文针对软件的特点及多个核电工程经验，提供以下几种工程验证方式。

3.1 电磁仿真计算验证

在相同边界条件及数学模型基础上，进行电磁仿真计算，通过电磁场三维动态仿真分析，可以得到外壳及附近相关结构磁场、电流密度、损耗及温度等分布数据，将计算结果与热平衡计算结果进行比对，以此校验热平衡计算的准确性及合理性。

通过2.5节的仿真计算及热平衡运算可知，该仿真软件已经与热平衡计算程序进行了相互校验，校验结果为偏差2 ℃左右，综合考虑计算、边界条件及关键系数选取及网格划分等误差，该偏差在合理范围内，充分验证了该热平衡计算程序。

3.2 电厂运行数据验证

电厂运行监测数据，无疑可以客观反映设备运行状态，利用该数据来校验热平衡计算程序的准确性，具有较大意义，以某核电在运机组监测数据与计算结果进行比对（见表1），热平衡计算结果与运行数据误差在2 ℃以内，偏差在合理范围，且导体温度远低于标准要求的90 ℃。根据工程经验，从经济性、可靠性等方面综合考虑，可适当调整计算程序中的关键系数，或考虑较大的设计裕度进一步减小计算偏差。

3.3 国外厂家工程数据验证

随着国内核电项目的不断增多，加之国外有经验厂家ALSTOM、Simelectro.SAS、及AZZ Calvert、意大利ALFA、美国GE等的积极参与，从而积累了大量的工程计算数据。通过多个工程项目国外厂家的计算数据与该热平衡计算软件运算结果进行比对，相对偏差仍可保证在2 ℃以内，间接验证了该软件的合理性及工程适用性，并可进一步对热平衡程序进行修正及完善。

3.4 样机验证的可行性

随着国内核电项目及大功率常规项目的迅速增多，强迫风冷离相母线的广泛应用将成为今后的必然趋势，巨大的市场前景，将促使母线企业进行强迫风冷母线的开发及制造。依据项目基本参数进行热平衡计算及设备选型计算，最终完成强迫风冷母线设备的选型计算及详细设计。但因风冷母线在国内属于首创，暂无厂家拥有成套风冷母线的供货经验，对于全新的产品，进行型式试验是非常有必要的，不仅验证设备本身，同时也可验证设计计算的准确性。

依据标准GB8349-2000第8.2节对型式试验的要求，经分析除了温升试验外，其余试验与自冷母线基本一致，可不用重新再做。而温升试验恰好可验证强迫风冷热平衡计算程序及风冷设备选型的合理性。同时，国内核电技术主要有CPR1000、AP1000及EPR三种，电流从33000A至45000A。制造一套40000A左右电流的样机进行温升试验，可涵盖这几种技术类型的设备，仅母线导体及外壳尺寸稍有差别。目前，国内已有厂家开始进行该样机的制造工作，预计近一两年内可通过温升试验方式验证强迫风冷热平衡计算程序。

4 结语

因温度场的动态变化快，计算复杂，验证困难，核电强迫风冷离相母线设备国产化核心计算即热平衡计算，是整个母线设计的核心部分，是制约强迫风冷母线国产化的关键因素。本文首次以工程应用为出发点，全面的阐述了热平衡设计技术开发及验证方式：

（1）结合丰富的核电工程经验适当选取关键参数（如黑度、对流系数、阻力系数、辐射系数等），建立适用于工程的数学模型。

（2）完成工程应用热平衡计算软件编制及运算。

（3）基于热平衡计算完成应用于工程实际的风冷系统设备选型计算，并提出设计要点，确定关键参数选取原则。

（4）首次提出强迫风冷热平衡计算程序验证方法，并依据多个核电工程建设及运营经验，利用国内外成熟的强迫风冷技术对热平衡计算软件进行了充分验证，使得软件具备工程应用条件，打破强迫风冷热平衡软件始终停留在初步理论研究阶段。

（5）分析国内主要核电技术路线，提出模型样机制造路线，将通过样机型式试验从根本上验证设备的可靠性及工程应用性，使得强迫风冷母线设备设计及制造彻底国产化。

参考文献

[1] 吴励坚.大电流母线的理论基础与设计[M].水利电出版社，1985.

[2] 孔庆东，罗敬安，林福本.大电流母线的设计制造及安装[M].水利电力出版社，1988.

[3] 孔庆东.分相封闭母线发热与散热计算[J].电力技术，1980（9）.endprint

软件界面分为三部分，第一部分是参数设定区，第二部分是数据输出区，第三部分属于导体和外壳温度分布趋势图显示区。

2.5 程序运算

程序编制完成后，利用电磁仿真校验及大量工程数据运算等方式，最终完善计算程序。下面是根据某项目母线工程数据作为基础输入数据，选定某些关键系数（如换流系数，阻力系数及辐射系数，导体黑度等），单相分段数为20段，程序运算结果如图3。

从程序运算结果可知，导体最高温度71.3 ℃小于标准GB8349-2000要求的90 ℃，温升小于标准规定50 K，外壳温度最高为62.9 ℃，小于标准要求的70 ℃，温升值也小于标准要求的30 K，因此，可判断该计算程序数学模型及参数设置均较为合理，计算结果较为理想。

2.6 风冷系统设备选型计算

2.6.1 空气冷却器的选型计算

空气冷却器的选型计算主要包含以下几个方面：

a.计算空气冷却器进水温度θc（℃）和出水θZ（℃），验证是否满足电厂工业用水的要求。

b.迎风面风速Vy及冷却水流速ω的选择计算。

c.空气冷却器主要参数：

迎风面积Fy（m2）

换热面积F（m2）

介质通过截面积FZ（m2）

传热系数k的计算公式，k值的大小与迎风面风速Vy（m/s）、水的流速ω（m/s）、析湿系数ξ有关。

空气阻力△Hg（pa）的计算公式，与迎风面风速Vy有关。

水的阻力△h（pa）的计算公式，与水的流速ω有关。

2.6.2 风机的选型计算

选择风机必须满足下列几个要求：

a.风机风压必须大于整个风道的阻力。

b.风机风量需大于风冷系统所需要的风量，整个风道的阻力=（整个风冷母线的阻力+母线和冷却器之间连接管道的阻力+冷却器中风的阻力）。

c.根据系统选定的风量、所需压头及已确定的风机类型，再由通风机性能曲线或性能参数选定风机型号。

d.考虑到管道的泄露，及压力损失计算的不够精确，故选用风机的风量和风压应大于系统计算的风量和风压。

e.风机的功率，需重点考虑有效功率，即单位时间内传递给空气的能量。

3 热平衡计算软件工程验证

由于强迫风冷型式试验段不可能按照具体工程母线布置制作及安装，而仅制作试验段并按试验段要求配置强迫风冷系统（该系统仅适用于试验段），其母线布置及强迫风冷系统参数与具体工程参数差异较大，不能直接验证具体工程热平衡计算结果。因此，热平衡计算软件开发完成后，如何验证是判断其能否应用于工程实际的关键。但至今国内外均没有标准对此进行详细规定，同时对于是否适用于工程实际，也无统一的判断标准，本文针对软件的特点及多个核电工程经验，提供以下几种工程验证方式。

3.1 电磁仿真计算验证

在相同边界条件及数学模型基础上，进行电磁仿真计算，通过电磁场三维动态仿真分析，可以得到外壳及附近相关结构磁场、电流密度、损耗及温度等分布数据，将计算结果与热平衡计算结果进行比对，以此校验热平衡计算的准确性及合理性。

通过2.5节的仿真计算及热平衡运算可知，该仿真软件已经与热平衡计算程序进行了相互校验，校验结果为偏差2 ℃左右，综合考虑计算、边界条件及关键系数选取及网格划分等误差，该偏差在合理范围内，充分验证了该热平衡计算程序。

3.2 电厂运行数据验证

电厂运行监测数据，无疑可以客观反映设备运行状态，利用该数据来校验热平衡计算程序的准确性，具有较大意义，以某核电在运机组监测数据与计算结果进行比对（见表1），热平衡计算结果与运行数据误差在2 ℃以内，偏差在合理范围，且导体温度远低于标准要求的90 ℃。根据工程经验，从经济性、可靠性等方面综合考虑，可适当调整计算程序中的关键系数，或考虑较大的设计裕度进一步减小计算偏差。

3.3 国外厂家工程数据验证

随着国内核电项目的不断增多，加之国外有经验厂家ALSTOM、Simelectro.SAS、及AZZ Calvert、意大利ALFA、美国GE等的积极参与，从而积累了大量的工程计算数据。通过多个工程项目国外厂家的计算数据与该热平衡计算软件运算结果进行比对，相对偏差仍可保证在2 ℃以内，间接验证了该软件的合理性及工程适用性，并可进一步对热平衡程序进行修正及完善。

3.4 样机验证的可行性

随着国内核电项目及大功率常规项目的迅速增多，强迫风冷离相母线的广泛应用将成为今后的必然趋势，巨大的市场前景，将促使母线企业进行强迫风冷母线的开发及制造。依据项目基本参数进行热平衡计算及设备选型计算，最终完成强迫风冷母线设备的选型计算及详细设计。但因风冷母线在国内属于首创，暂无厂家拥有成套风冷母线的供货经验，对于全新的产品，进行型式试验是非常有必要的，不仅验证设备本身，同时也可验证设计计算的准确性。

依据标准GB8349-2000第8.2节对型式试验的要求，经分析除了温升试验外，其余试验与自冷母线基本一致，可不用重新再做。而温升试验恰好可验证强迫风冷热平衡计算程序及风冷设备选型的合理性。同时，国内核电技术主要有CPR1000、AP1000及EPR三种，电流从33000A至45000A。制造一套40000A左右电流的样机进行温升试验，可涵盖这几种技术类型的设备，仅母线导体及外壳尺寸稍有差别。目前，国内已有厂家开始进行该样机的制造工作，预计近一两年内可通过温升试验方式验证强迫风冷热平衡计算程序。

4 结语

因温度场的动态变化快，计算复杂，验证困难，核电强迫风冷离相母线设备国产化核心计算即热平衡计算，是整个母线设计的核心部分，是制约强迫风冷母线国产化的关键因素。本文首次以工程应用为出发点，全面的阐述了热平衡设计技术开发及验证方式：

（1）结合丰富的核电工程经验适当选取关键参数（如黑度、对流系数、阻力系数、辐射系数等），建立适用于工程的数学模型。

（2）完成工程应用热平衡计算软件编制及运算。

（3）基于热平衡计算完成应用于工程实际的风冷系统设备选型计算，并提出设计要点，确定关键参数选取原则。

（4）首次提出强迫风冷热平衡计算程序验证方法，并依据多个核电工程建设及运营经验，利用国内外成熟的强迫风冷技术对热平衡计算软件进行了充分验证，使得软件具备工程应用条件，打破强迫风冷热平衡软件始终停留在初步理论研究阶段。

（5）分析国内主要核电技术路线，提出模型样机制造路线，将通过样机型式试验从根本上验证设备的可靠性及工程应用性，使得强迫风冷母线设备设计及制造彻底国产化。

参考文献

[1] 吴励坚.大电流母线的理论基础与设计[M].水利电出版社，1985.

[2] 孔庆东，罗敬安，林福本.大电流母线的设计制造及安装[M].水利电力出版社，1988.

[3] 孔庆东.分相封闭母线发热与散热计算[J].电力技术，1980（9）.endprint

软件界面分为三部分，第一部分是参数设定区，第二部分是数据输出区，第三部分属于导体和外壳温度分布趋势图显示区。

2.5 程序运算

程序编制完成后，利用电磁仿真校验及大量工程数据运算等方式，最终完善计算程序。下面是根据某项目母线工程数据作为基础输入数据，选定某些关键系数（如换流系数，阻力系数及辐射系数，导体黑度等），单相分段数为20段，程序运算结果如图3。

从程序运算结果可知，导体最高温度71.3 ℃小于标准GB8349-2000要求的90 ℃，温升小于标准规定50 K，外壳温度最高为62.9 ℃，小于标准要求的70 ℃，温升值也小于标准要求的30 K，因此，可判断该计算程序数学模型及参数设置均较为合理，计算结果较为理想。

2.6 风冷系统设备选型计算

2.6.1 空气冷却器的选型计算

空气冷却器的选型计算主要包含以下几个方面：

a.计算空气冷却器进水温度θc（℃）和出水θZ（℃），验证是否满足电厂工业用水的要求。

b.迎风面风速Vy及冷却水流速ω的选择计算。

c.空气冷却器主要参数：

迎风面积Fy（m2）

换热面积F（m2）

介质通过截面积FZ（m2）

传热系数k的计算公式，k值的大小与迎风面风速Vy（m/s）、水的流速ω（m/s）、析湿系数ξ有关。

空气阻力△Hg（pa）的计算公式，与迎风面风速Vy有关。

水的阻力△h（pa）的计算公式，与水的流速ω有关。

2.6.2 风机的选型计算

选择风机必须满足下列几个要求：

a.风机风压必须大于整个风道的阻力。

b.风机风量需大于风冷系统所需要的风量，整个风道的阻力=（整个风冷母线的阻力+母线和冷却器之间连接管道的阻力+冷却器中风的阻力）。

c.根据系统选定的风量、所需压头及已确定的风机类型，再由通风机性能曲线或性能参数选定风机型号。

d.考虑到管道的泄露，及压力损失计算的不够精确，故选用风机的风量和风压应大于系统计算的风量和风压。

e.风机的功率，需重点考虑有效功率，即单位时间内传递给空气的能量。

3 热平衡计算软件工程验证

由于强迫风冷型式试验段不可能按照具体工程母线布置制作及安装，而仅制作试验段并按试验段要求配置强迫风冷系统（该系统仅适用于试验段），其母线布置及强迫风冷系统参数与具体工程参数差异较大，不能直接验证具体工程热平衡计算结果。因此，热平衡计算软件开发完成后，如何验证是判断其能否应用于工程实际的关键。但至今国内外均没有标准对此进行详细规定，同时对于是否适用于工程实际，也无统一的判断标准，本文针对软件的特点及多个核电工程经验，提供以下几种工程验证方式。

3.1 电磁仿真计算验证

在相同边界条件及数学模型基础上，进行电磁仿真计算，通过电磁场三维动态仿真分析，可以得到外壳及附近相关结构磁场、电流密度、损耗及温度等分布数据，将计算结果与热平衡计算结果进行比对，以此校验热平衡计算的准确性及合理性。

通过2.5节的仿真计算及热平衡运算可知，该仿真软件已经与热平衡计算程序进行了相互校验，校验结果为偏差2 ℃左右，综合考虑计算、边界条件及关键系数选取及网格划分等误差，该偏差在合理范围内，充分验证了该热平衡计算程序。

3.2 电厂运行数据验证

电厂运行监测数据，无疑可以客观反映设备运行状态，利用该数据来校验热平衡计算程序的准确性，具有较大意义，以某核电在运机组监测数据与计算结果进行比对（见表1），热平衡计算结果与运行数据误差在2 ℃以内，偏差在合理范围，且导体温度远低于标准要求的90 ℃。根据工程经验，从经济性、可靠性等方面综合考虑，可适当调整计算程序中的关键系数，或考虑较大的设计裕度进一步减小计算偏差。

3.3 国外厂家工程数据验证

随着国内核电项目的不断增多，加之国外有经验厂家ALSTOM、Simelectro.SAS、及AZZ Calvert、意大利ALFA、美国GE等的积极参与，从而积累了大量的工程计算数据。通过多个工程项目国外厂家的计算数据与该热平衡计算软件运算结果进行比对，相对偏差仍可保证在2 ℃以内，间接验证了该软件的合理性及工程适用性，并可进一步对热平衡程序进行修正及完善。

3.4 样机验证的可行性

随着国内核电项目及大功率常规项目的迅速增多，强迫风冷离相母线的广泛应用将成为今后的必然趋势，巨大的市场前景，将促使母线企业进行强迫风冷母线的开发及制造。依据项目基本参数进行热平衡计算及设备选型计算，最终完成强迫风冷母线设备的选型计算及详细设计。但因风冷母线在国内属于首创，暂无厂家拥有成套风冷母线的供货经验，对于全新的产品，进行型式试验是非常有必要的，不仅验证设备本身，同时也可验证设计计算的准确性。

依据标准GB8349-2000第8.2节对型式试验的要求，经分析除了温升试验外，其余试验与自冷母线基本一致，可不用重新再做。而温升试验恰好可验证强迫风冷热平衡计算程序及风冷设备选型的合理性。同时，国内核电技术主要有CPR1000、AP1000及EPR三种，电流从33000A至45000A。制造一套40000A左右电流的样机进行温升试验，可涵盖这几种技术类型的设备，仅母线导体及外壳尺寸稍有差别。目前，国内已有厂家开始进行该样机的制造工作，预计近一两年内可通过温升试验方式验证强迫风冷热平衡计算程序。

4 结语

因温度场的动态变化快，计算复杂，验证困难，核电强迫风冷离相母线设备国产化核心计算即热平衡计算，是整个母线设计的核心部分，是制约强迫风冷母线国产化的关键因素。本文首次以工程应用为出发点，全面的阐述了热平衡设计技术开发及验证方式：

（1）结合丰富的核电工程经验适当选取关键参数（如黑度、对流系数、阻力系数、辐射系数等），建立适用于工程的数学模型。

（2）完成工程应用热平衡计算软件编制及运算。

（3）基于热平衡计算完成应用于工程实际的风冷系统设备选型计算，并提出设计要点，确定关键参数选取原则。

（4）首次提出强迫风冷热平衡计算程序验证方法，并依据多个核电工程建设及运营经验，利用国内外成熟的强迫风冷技术对热平衡计算软件进行了充分验证，使得软件具备工程应用条件，打破强迫风冷热平衡软件始终停留在初步理论研究阶段。

（5）分析国内主要核电技术路线，提出模型样机制造路线，将通过样机型式试验从根本上验证设备的可靠性及工程应用性，使得强迫风冷母线设备设计及制造彻底国产化。

参考文献

[1] 吴励坚.大电流母线的理论基础与设计[M].水利电出版社，1985.

[2] 孔庆东，罗敬安，林福本.大电流母线的设计制造及安装[M].水利电力出版社，1988.

[3] 孔庆东.分相封闭母线发热与散热计算[J].电力技术，1980（9）.endprint