AP1000电气贯穿件电缆端接的特点及难点分析

摘要：AP1000核电厂的电气贯穿件与国内其他电站有许多不同之处，尤其是在电缆端接方面，由于贯穿件内部结构的不同、设计理念的差别导致电缆端接的方式完全不同。文章从电气贯穿件电缆端接方面入手，分析了AP1000的电气贯穿件电缆端接方面的特点、难点，并结合现场施工的实践经验进行了剖析。

关键词：AP1000；核电厂；电气贯穿件；电缆端接；核电工程 文献标识码：A

中图分类号：TM623 文章编号：1009-2374（2017）05-0099-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.048

1 AP1000电气贯穿件概述

1.1 贯穿件的分类

AP1000电气贯穿件共有29个，其中动力贯穿件20个、信号贯穿件8个，另有1个贯穿件备用。贯穿件的功能主要用于壳内和壳外的电源、信号的传输，包括核级和非核级的电源和信号，其中核级的动力贯穿件有8个，核级的信号贯穿件有4个。核级的动力电源均来自于核级的不间断电源，核级的信号贯穿件主要用于一些核级的阀门、仪表等信号的传输。

1.2 贯穿件的结构

低压动力和信号贯穿芯棒包括一根不锈钢管、绝缘导体以及保证导线和不锈钢钢管之间气密性的绝缘体；中压贯穿芯棒包括一根绝缘铜导体以及保证铜导体和密封筒体之间气密性的瓷瓶。

1.3 贯穿件的密封方式

每个电气贯穿件都有密封性检测系统，包括一个气阀与一个压力表，该部件安装在安全壳外侧即辅助厂房侧的密封筒体端部法兰上，用来给密封筒体内部加压，并监测筒体和芯棒的气密性。

AP1000电气贯穿件的密封点主要有以下三处：（1）贯穿芯棒本身的密封；（2）芯棒与筒体端部法兰之间的密封；（3）筒体与钢安全壳之间的密封。

贯穿芯棒本身采用了玻璃-金属的密封技术，使得芯棒既具备了电气导通性能，又满足了密封要求。目前世界上多个工业发达国家拥有此项技术，近年来，我国也已掌握了此技术并开始在国内及出口的核电机组中实际应用。

贯穿芯棒从筒体两端的法兰预留孔洞穿过，并采用挤压密封圈来保證两者之间的气密性。采用此种设计对于单个受损芯棒的更换是十分方便的，在更换时无须切割筒体与安全壳之间的焊缝。

贯穿筒体与钢安全壳之间的密封主要通过焊接环来实现的。焊接环的内侧与筒体外表面焊成一体，外侧则与钢安全壳上延伸套管焊接在一起，保证了密封筒体与钢安全壳之间的气密性。

2 AP1000与国内其他项目的电气贯穿件的对比

2.1 从电气贯穿件的数量上比较

AP1000的电气贯穿件明显减少，这在很大程度上减少了反应堆安全壳泄漏的可能性，简化了安全壳的

结构。

2.2 从安装方式看

AP1000电气贯穿件整体结构因为AP1000双层安全壳的特点而与以往电站不同。国内在役的压水堆核电站，无论是技术源于法国（秦山二期核电），还是源于俄罗斯（田湾核电站），所采用的电气贯穿件结构基本

相同。

秦山二期所采用的电气贯穿件，整个贯穿件筒体仅穿越带有钢衬里的单层预应力混凝土安全壳，两个接线箱分别安装在安全壳内、外侧；田湾核电站采用的是双层混凝土安全壳结构，电气贯穿件只穿过内层钢衬里混凝土结构，其安装形式与秦山相似，只是外侧的接线箱安装在两层混凝土安全壳环廊内。而AP1000采用的电气贯穿件则是穿过两层安全壳结构，内层安全壳是主要用于确保密封性的厚度约44mm的钢壳，外层是防止撞击的厚度为36英寸（914.4mm）的屏蔽厂房混凝土墙体。两端的接线端子箱分别固定在钢安全壳的内侧、屏蔽厂房墙体的外侧。这使得AP1000的电气贯穿件总长度达到了4.169m，是国内所有核电站中最长的贯穿件。

之所以AP1000电气贯穿件的接线箱分布在安全壳内侧与屏蔽墙外侧，是因为接线箱尺寸为762.1×914.4×762.1mm（宽×高×深），而AP1000两层安全壳之间的环廊空间较小约1300mm，作业空间太狭小，同时因为AP1000特有的对钢安全壳外表面喷淋散热的非能动安全壳喷淋系统设计，使得AP1000电气贯穿件的外侧接线箱无法像田湾核电站那样将外侧接线箱安装在环廊内。

2.3 从电气贯穿件的内部结构上比较

国内常规核电厂的电气贯穿件内部采用端子排的方式进行电缆端接工作，而AP1000则采用馈通与外部电缆对接，电缆对接后使用热缩套管绝缘。采用这种特殊的端接方式既有优点也有缺点，优点是贯穿件内电缆对接点可以有效地防尘、防潮，缺点是作业空间太小、施工难度大、施工效率低、后期检维修困难等。

3 AP1000电气贯穿件电缆端接的特点及存在的问题

从上文的描述可知，AP1000电气贯穿件所采用的这种特殊的馈通对接方式，在施工方面难度较大，主要有以下六个方面：

3.1 核级电缆从电缆桥架或导管出口到贯穿件之间的路径需要全封闭，桥架、导管数量太多难以施工

核级电气贯穿件所需接入的电缆量很大，尤其是信号贯穿件，每个贯穿件都有超过100根电缆需要端接，这些电缆如何封闭，通过什么方式连接到电气贯穿件上需要在施工前统一规划。

3.2 电气贯穿件接线箱内的空间太小，电气安全净距难以满足要求

中压贯穿件的接线箱空间太小，接线端子与接线箱外壳之间的距离不足，导致中压热缩套管不能完整的安装在接线箱内，爬电距离太小无法满足要求。电缆端接后接线鼻子与盖板的间距也无法满足电气安全净距

要求。

3.3 电缆的绝缘胶带易破损，导致绝缘降低

外部电缆压接了铜鼻子后，局部会出现尖角、锐边、毛刺的情况，这种情况下绝缘胶带热缩受力后，容易被刺破从而降低绝缘。此外，由于贯穿件内部空间小，电缆施工时难免会触碰到旁边的已经热缩好的绝缘胶带，从而加大了绝缘胶带被刺破的可能性。

3.4 电气贯穿件内部的馈通间距太小，热缩套管、绝缘胶带难以施工

电气贯穿件内馈通的间距太小，馈通端部再安装上接线鼻子后相邻接线鼻子之间的间距只有8mm，热缩套管、绝缘胶带施工作业空间非常狭小。

3.5 电气贯穿件相邻馈通上的螺母间距太小，螺母紧固和力矩验证困难

贯穿件馈通末端有一个带螺纹的套管，套管分成两部分，前半部分带螺纹的拧入馈通，后半部分不带螺纹的压接一根长约30cm的线芯，然后线芯的另一端压接一个普通的接线鼻子后与外部电缆对接。为防止馈通末端的螺纹套管松动，在套管的端部拧一个螺母，螺母需要拧紧并验证力矩，以确保螺纹套管与馈通之间紧固连接。但由于各馈通上螺母的间距太小，力矩验证难以实施。

3.6 外部电缆端接时采用对接方式，但馈通与外部电缆的线径不一致

部分电气贯穿件内的馈通与外部电缆之间的端接采用铜管对接，然后使用热缩套管保护，但馈通都是单股线，与铜管压接时单股线不变形，线与铜管间容易形成间隙。此外，馈通与外部线的线径相差较大，热缩套管的收缩率有限，收缩后线径小的一侧无法保证绝缘

性能。

4 AP1000電气贯穿件电缆端接问题的解决方案

上文已经阐述了电气贯穿件内电缆端接时所面临的问题，本章节将针对上述问题提出解决方案：

4.1 核级电气贯穿件的电缆多，布局困难

核级电气贯穿件的所有电缆都是核级电缆，必须全封闭以确保核级电缆与非核级电缆之间的防火间隔。但核级贯穿件电缆多、分布较散，部分贯穿件的5个方向（前方、左方、右方、上方、下方）均有电缆，考虑到后期检维修预留足够的空间以检修电缆，5个贯穿件的面板至少预留2个不进电缆，如果每根电缆都分别通过金属软管与贯穿件面板连接将会很凌乱，金属软管使用量很大，且检修空间被金属软管占用。

可以采用集中穿金属软管的方式，在桥架末端安装套箱，套箱上有足够的空间安装大口径金属软管，使电缆可以很集中的穿过金属软管，如此可以减少金属软管的数量，为后期检修预留足够的空间。

不同的电缆导管内的电缆在进入大口径金属软管前需先汇入一个或几个大方盒内，然后再从大方盒通过大口径金属软管与电气贯穿件连接。

4.2 电气贯穿件内净距太小，无法满足安全净距的问题处理

电气安全净距无法满足要求主要有两方面的问题：（1）接线端子与接线箱之间的距离小于中压热缩套管的长度，热缩套管有一段裸露在接线箱外；（2）电缆端接到接线端子上后，接线鼻子与接线箱之间的净距不满足要求。

针对接线端子与接线箱之间距离太小的问题，可以采用增加铜排的方式解决。如图1所示。增加铜排之后，接线端子的位置明显降低，确保端子与接线箱底部之间有足够的间距后可尽量加长铜排，使中压热缩套管可以完全安装在接线箱内。

因增加了铜排，接线鼻子与接线箱之间的距离大幅减小，无法满足安全净距的要求。此时可以通过缠绕绝缘胶带的方式解决，缠绕了绝缘胶带后安全净距的要求可以降低。

4.3 电缆对接点采用绝缘胶带，胶带容易破损

由于外部电缆使用铜鼻子压接后，局部位置会出现锐边、毛刺，从而破坏绝缘胶带的绝缘性能，如果压接后打磨锐边和毛刺，铜鼻子的厚度、机械性能、强度等会受到影响，而且铜鼻子表面的镀锡层会被破坏，因此不建议采用打磨的方式。

可采用铜编织网包裹在铜鼻子上有锐边、毛刺的位置，编织网的材质需是软铜，没有毛刺，可以紧密的缠绕在铜鼻子的外表面上，有了铜编织网的保护，可以有效地防止绝缘胶带被刺破。

4.4 相邻馈通的间距太小，热缩套管和绝缘胶带施工困难

为了确保热缩套管和绝缘胶带能正常施工，首先需要调整好外部电缆的进线方向和布局，尽量均匀布置外部电缆，特殊情况下可以使用90°接线鼻子，如下图2所示。使用了90°接线鼻子后可以将上部电缆上进线，下部电缆下进线，中间的电缆从前盖板进入。

此外，电缆热缩套管施工时必须采取逐层施工或从里往外的方式施工。

4.5 贯穿件馈通上的螺母力矩验证难以实施

贯穿件馈通之间间距太小，馈通上有一个螺纹套管用于连接外部电缆，当套管拧入馈通后，套管末端有一个紧固螺母，防止因振动或其他原因导致铜管松动。

馈通之间的间距太小，分布比较密集，外部馈通的螺母力矩验证可以执行，内部馈通的螺母力矩无法执行，力矩扳手无法伸入。可自制一种长杆工具，从贯穿件的正面伸入到馈通上的螺母位置验证力矩。

4.6 馈通与外部电缆的线径不一致，热缩套管施工困难

馈通采用的是单股线，外部线是多股线，单股线压接后不变形，容易形成间隙导致接触面不足。对此，在铜管的选型上应同时考虑馈通侧的线径和外部线的线径，这种铜管的两端尺寸不一致。

因馈通与外部电缆的线径不一致，导致压接用的铜管两端的尺寸不一致，个别情况线径相差较大，导致热缩套管安装后，线径小的一侧铜管与热缩套管无法紧密贴合，水汽、灰层进入后影响电气绝缘性能。为避免这种情况的发生，可采用尺寸与小线径的一侧相匹配的热缩套管作为垫层先热缩一层或几层，直至与大线径的一侧基本一致后再用一根大热缩套管覆盖整个铜管，如图3所示：

5 结语

AP1000电气贯穿件的结构特殊性导致电缆端接面临诸多问题，由于三门核电一期工程是全球首台AP1000项目，没有成功的经验可以借鉴，本文从现场施工所面临的问题及处理方案着手，旨在解决电气贯穿件电缆端接中出现的问题。

作者简介：徐俊（1985-），男，浙江衢州人，供职于三门核电有限公司。

（责任编辑：蒋建华）