介电强度试验在核电厂DCS设备制造过程中的应用

郝爱霞，李 刚，梁中起，冯四军，王连春，李俊卿

（北京广利核系统工程有限公司，北京 100094）

0 引言

介电强度试验是一种高压破坏性电气试验，其目的是用来验证被测设备能够在其额定电压下安全工作，并能承受瞬间尖峰电压或电涌，设备不被击穿、放电或飞弧。

核电厂DCS设备盘柜制造阶段的介电强度试验主要参考了RCC-E“MC卷 验证和试验方法”标准要求，该标准阐述了“电气设备在其制造过程中和制造之后适用的检验和试验方法”[1]，并给出了“介电强度试验”的适用范围、方法要求、验收准则、检验程序和试验环境要求。但在实际应用时，应考虑介电强度试验对被测设备的破坏性影响和对试验操作人员人身安全的危险性。因此，必须通过深入理解标准要求，结合DCS盘柜工程设计供电分配和所载设备、部件的耐压情况，细化介电强度试验的过程方法，具体包括：

1） 介电强度试验回路的确定，避免重复电路、设备承受多次高压试验，而影响设备的使用寿命。

2） 介电强度试验过程方法的安全、有效性。

本文主要阐述了介电强度试验在核电厂DCS设备盘柜制造中的应用过程，并结合实际应用经验，针对已往项目盘柜介电强度试验过程中出现的常见失效模式，提出了相应的预防措施。

图1 DCS盘柜工程设计配电示意图Fig.1 Distribution diagram of DCS cabinet engineering design

1 介电强度试验回路的确定方法

核电厂DCS设备盘柜作为低压电气设备，其供电输入电压一般为AC220V或DC220V，内部设备供电电压多为DC48V、DC24V、DC12V和DC5V，符合RCC-E MC 3100介电强度试验范围“适用于交流额定电压低于1000V、直流额定电压低于1500V的设备及其部件”[1]要求。

核电厂DCS设备盘柜内部配电设计通常采用集中配电，分散供电的结构布局，如图1所示。根据RCC-E“MC 3140检验程序”要求，“应确定全部电流的独立回路；给出每个独立电路的额定工作电压值、试验电压值和规定的允许的泄漏电流值；当一个电路中某些部件具有不同的试验电压时，可采取特殊的测试方法（在该部件安装之后，将经不起试验电压的部件断开后再完成安装）”[1]。因此，核电厂DCS设备盘柜介电强度试验回路的确定，需从以下方面考虑：

1） 电路中除外品设备的确定原则

◆ 原则上对回路中的负载设备进行除外。介电强度试验活动本身具有高压破坏性，DCS盘柜制造过程是按照受控发布的装配图纸和已有的工艺规程开展设备的安装、接线，对安装设备自身不附加任何操作。因此，设备出厂前的介电强度试验仍为有效，但设备接线需作为介电强度试验的一部分。

◆ 电路中所载设备内部电路装有敏感元器件的除外。如某品牌电源模块内部电路输入、输出端均装有Y电容，用于抑制共模干扰，提升浪涌保护。因此，该电源模块作为DCS盘柜介电强度试验电路中的除外品设备。

综上两点，作为核电厂DCS盘柜介电强度试验回路中除外品确定的参考依据，并形成除外品设备清单，用于盘柜介电强度试验准备隔离的作业依据。

表1 DCS盘柜内部电路的介电强度试验电压值Table 1 Dielectric strength test of internal circuit of DCS cabinet

表2 介电强度试验回路“解线养生”绘制方法Table 2 Drawing method of dielectric strength test loop”line unstitching and health maintenance”

2） 介电强度试验回路的确定方法

如前文所述，核电厂DCS设备盘柜的内部工作电压一般有6个等级，又如图1所示，内部供电部分主要为电源供电电路，一般由AC22OV或DC220V通过电源模块降电为直流工作电压，给内部控制部分的负载提供工作电压。根据RCC-E表MC3120-t1要求可知，核电厂DCS设备盘柜中所有供电电路的介电强度试验电压如表1所示。

考虑DCS盘柜内部供电电路较多，且存在冗余供电回路。因此，本文提出了“解线养生”的介电强度试验回路确定方法，并定义了各种标记符号表示不同的电路含义，根据标记符号绘制DCS盘柜介电强度试验电路的“解线养生”图，具体如表2所示。

2 介电强度试验的过程方法

通过对RCC-E“MC3120 方法和要求”的深入解析，细化了DCS盘柜介电强度试验的过程方法。

本文以交流220V供电回路为例，描述了其介电强度试验的过程方法，具体操作如下：

2.1 介电强度试验回路准备

“解线养生”图的引入，使得DCS盘柜介电强度试验回路准备工作更为清晰、直观、便捷。根据绘制审批后的“解线养生图”对交流220V供电回路进行解线、短接、隔离、防护等操作，具体要求如下：

1）试验回路中的除外品已做隔离。

2）供电回路中除外品设备的输入输出端已做短接处理。

3）对于冗余供电电路，可在其输入端做短接处理，作为一个独立回路。

表3 电气试验环境Table 3 Electrical test condition

表4 试验人员试验分工Table 4 Test division of labor by test personnel

图2 AC 220V供电回路介电强度试验测量示意图Fig.2 Measurement schematic diagram of dielectric strength test ( AC220V power circuit )

4）对于拆解的连接导线端头已做绝缘防护。

5）待测的试验盘柜已用警示线进行区域防护隔离和标识，区域隔离距离大于1m。

2.2 介电强度试验现场条件检查

如前文所述，介电强度试验具有一定的高压破坏性和操作危险性。因此，试验前，需从以下方面对介电强度试验现场条件进行检查确认。

1）检查试验区域环境的温度、相对温度，应符合EN60068-1 第53.1节规定条件，如表3所示。

2）检查被测回路中所载设备的保护接地已可靠连接至盘柜内部保护地铜排，且与调试车间总保护地可靠连接，并测得接地电阻值小于4Ω。

3）检查用于试验的耐压测试仪、万用表、高低压检电器以及人身安全防护的高压绝缘胶鞋、绝缘手套等外观良好，无损伤；仪表接线正常，均在校验有效期内，且量程满足试验要求。

4）再次确认被测试验回路接线良好，防护有效。

5）参与试验的工作人员状态良好，并已清楚地了解介电强度试验操作过程中各自职责、注意事项和应急响应措施。通常情况下，介电强度试验活动需4人配合，具体职责分工如表4所示。

2.3 介电强度试验的执行过程

由表1可知，交流220V供电回路的介电强度试验电压为AC2000V，具体试验过程如下：

1）试验人员甲将耐压测试仪的N极和接地保护线同时接入试验盘柜的保护地铜排；将耐压测试仪的L极接入供电回路AC220V供电回路测试点；将高低压检电器接入试验回路的末端，用于过程报警监测，如图2所示。

2）试验人员丙、丁分别站立在试验盘柜的前、后侧，保持1m的安全距离，做好过程观察准备。

3）试验人员甲，手戴高压绝缘手套，脚穿高压绝缘胶鞋，双脚站立在约1m2大小的绝缘脚垫上，打开耐压测试仪的电源开关，按照0V、500V、1000V、1500V、2000V递增加压的方式平缓升压，此过程中试验人员丙、丁需呼应试验盘柜的状态，有无异常现象。

表5 介电强度试验常见失效模式及措施Table 5 Common failure modes and measures of dielectric strength test

图3 介电强度试验过程示意图Fig.3 Schematic diagram of dielectric strength test

4）开始60s倒计时，此时试验人员丙、丁在60s、50s、40s、30s、20s、10s、0s时通报试验盘柜状态，有无异常现象，如图3所示。倒计时结束，试验人员乙记录漏电流值，其验收准则应符合RCC-E MC3130要求，“无放电、击穿和飞弧，且在用交流电做试验时泄漏电流低于10mA”[1]。

5）试验人员甲将耐压测试仪平缓降压至0V，关闭电源、断开电源插头，做放电处理。

6）介电强度试验结束后，试验人员根据“解线养生图”复原盘柜接线，拆除试验短接线，并确认接线恢复正确，除外品设备、部件安装到位，紧固可靠。

实际应用中，对于试验的异常情况，需先做断电排查、分析，检查确认介电强度试验回路的设备、部件接线是否正常；接地是否良好；线路是否完好；环境是否符合，再执行二次介电强度试验操作。考虑介电强度试验为破坏性试验，试验电压降为规定电压值的85%[1]。

3 介电强度试验常见失效模式及措施

基于多项目工程实施应用经验，分析发现DCS盘柜整机介电强度试验不通过或异常现象的常见失效模式如表5所示。

4 结论

本文通过对RCC-E标准中“介电强度试验”的范围、方法、程序、验收准则等内容的深入解析，结合工程设计，细化了介电强度试验在核电厂DCS盘柜制造过程中的应用方法，采用列举说明的方式，表明了：

1）介电强度试验回路的确定原则，既保证了回路中的设备安全，又验证了DCS盘柜回路接线安全、可靠，具有指导意义。

2）介电强度试验的过程方法，更为直观、便捷、清晰，有效防范了人为操作失误，保证了介电强度试验过程的人身、设备安全。

3）针对实际应用中常见的失效模式提出了有效的预防措施，具有可借鉴意义。