核电中压全浇注母线裂纹缺陷查找方法

朱兴文，原　玉，徐西家，衣兰妹

（华能山东石岛湾核电有限公司，山东　荣成　264312）

核电中压全浇注母线裂纹缺陷查找方法

朱兴文，原玉，徐西家，衣兰妹

（华能山东石岛湾核电有限公司，山东荣成264312）

全封闭浇注母线在常规电厂已有较为成熟的应用，国内某核电厂220 kV辅助开关站至6.6 kV厂用母线采用全浇注母线，这是该类型母线在国内核电首次应用。在浇注母线停运期间，出现雨水经裂纹渗入母线后导致一相绝缘异常而无法恢复送电故障。结合浇注母线特点，通过原因分析、多种试验方法的研究与论证，最终确定采用淋水试验方法查找及定位母线裂纹。经过重新浇注，有效解决了母线裂纹缺陷，保证全浇注母线的绝缘质量，提高了浇注母线供电的可靠性。

全浇注母线；裂纹；淋水试验；绝缘

0　引言

某核电厂6.6 kV厂用电系统为中性点不接地方式［1］。为降低厂用电系统的单相接地电容电流，减小单相接地时弧光过电压对系统的影响，提高供电可靠性，经设计论证，该核电项目采用4条全浇注母线分别取代从9LGJ到1LGB/LGC、9LGJ到2LGB/LGC之间的中压电缆，如图1所示。

图1　浇注母线供电连接示意

浇注母线实现首次受电成功后，在9LGJ侧实测的单相最大空载电流为0.9 A，随后浇注母线一直带电正常运行至辅助开关站停电检修。检修期间现场连日大雨，浇注母线所在GB廓道有多处渗水严重，雨水直接从未封堵的检修孔、吊装孔流进廓道淋在浇注母线表面。雨后调试人员对浇注母线绝缘检查时，发现9LGJ至1LGB浇注母线B相对地绝缘出现异常，如表1所示，其绝缘值远低于其他两相，并且也远低于系统首次送电时的测量值，隔日再次进行测试确认，B相绝缘仍然无明显变化。初步怀疑雨水浇湿母线、潮气侵入造成母线绝缘异常，后经多种试验方法排查确定原因为母线裂纹处受潮引起绝缘值降低。

因该核电厂中压系统为中性点不接地系统，过电压水平高，对弱绝缘击穿概率大［2］。因此，如何排查及确定浇注母线裂纹的位置成为母线恢复送电并安全可靠运行的关键。结合此次浇注母线裂纹故障排查的实际工程经验，通过多种试验方法的探究和验证来分析全浇注母线裂纹缺陷查找的解决方案。

表1　9LGJ至1LGB全浇注母线绝缘测量值

1　浇注母线介绍

200MW及以上机组的6 kV厂用回路通常采用共箱封闭母线、金属箱式电缆母线、小型离相封闭母线［3］。全浇注母线设计生产符合IEC标准，在欧洲KEMA、Laborelec等权威实验室进行产品型式试验及产品性能参数的测试，并获得相关认证。

全浇注母线是一种全封闭母线，设计采用绝缘材料对铜导体直接进行浇注密封，见图2。该绝缘材料为注塑混合剂（环氧树脂、硬化剂等）及火山岩无机矿物质，具有良好的绝缘特性及抗机械强度性能，具备防潮、防爆、不易燃烧与自熄性等特性［4］。且不需要防护外壳，既能节省可观的铝材，又避免了其他金属封闭母线外壳上的涡流和环流损耗，适用于发电厂、变电所及工矿企业的配电系统。

图2　浇注母线结构

此外，全浇注母线既不需要加热驱潮，也无须配套微正压装置来保证母线的绝缘水平，不但有节能作用也大大降低了日常消缺、维护工作。因为具备上述优点，全浇注母线无疑是一种较理想的中压母线产品。

2　裂纹查找方法研究

2.1目视检查法

目视检查法是裂纹查找人员首选方法，母线上较为明显的裂缝裂纹易通过目视检查发现，但该方法存在以下问题：中压全浇注母线多位于地下廊道区域，空间有限且照明条件一般较差，不利于进行目视检查；中压全浇注母线采用三相一体全浇注式结构，且母线每隔一定距离在相间垂直方向上取孔洞，这种结构虽然提高了母线的散热能力，但也使得相间空孔处存在检查死区；对于较小裂纹，肉眼无法轻易发现。

2.2超声波检测法

超声波检测原理是接收放电时发出的超声波，将其转换为人们可听见的声音，再根据其信号的强弱判断放电的位置和强度，这种方法很难直观地准确定位远距离的放电点，定量分析也十分困难，不适合全浇注母线裂纹查找。

2.3红外成像法和紫外成像技术

当母线内部绝缘材料存在气泡或裂纹时，母线绝缘发生变化，母线温升可能出现异常，通过红外成像法可发现局部的过热点从而定位裂纹［5］。

高压设备电离放电时，根据电场强度的不同，会产生电晕、闪络或电弧。电离过程中，空气中的电子不断获得和释放能量。当电子释放能量时，会辐射出光波和声波，还有臭氧、紫外线、微量的硝酸等。紫外成像技术就是利用特殊的仪器接受放电产生的紫外线信号，经处理后成像并与可见光图像叠加，达到确定放电裂纹位置的目的［6］。

无论是红外成像法还是紫外成像技术，都只有在母线带电尤其是较大运行电流的情况下，局部过热点和放电点才能发现；且需要特殊的检测仪器（CoroCAM IV+紫外成像仪），在母线停电或者小负荷运行期间，现场无相关检测设备的情况下，又基于现场调试进度的压力，此方法不适用于查找已有故障。

2.4耐压试验法

2.4.1耐压试验法分析

判断全浇注母线可否通过耐压试验法找出裂纹故障，首先要对全浇注母线的出厂试验和现场安装交接试验进行分析。

全浇注母线出厂试验项目如表2所示。测试浇注母线相与相、相与地之间的电气特性，测试单位为浇注母线各个独立单元，在测试过程中，被试元件放置在绝缘支架上方。

表2　全浇注母线出厂试验项目

现场安装交接试验项目如表3所示，测试单位为已经连接完毕的整段浇注母线，整段浇注母线置于浇注母线绝缘支持元件上方，试验测试母线相与相、相与地之间的电气特性。

表3　全浇注母线现场交接试验项目

综合全浇注母线的出厂试验和现场安装交接试验的试验项目以及试验条件可以发现：对于浇注母线上的极细小裂纹，受试验观察、试验环境条件等因素影响，耐压试验可能无法发现，这是由于浇注母线外层为全封闭的绝缘物质，施加于被试元件上的电压在裂纹处无法构成有效放电回路。

而根据9LGJ至1LGB浇注母线绝缘测量值，发现裂纹已经造成母线B相绝缘值严重下降，说明裂纹已形成绝缘薄弱点，当耐受电压升高时，裂纹处或因绝缘能力降低产生闪络或发出断续放电声［7］，所以耐压试验法具有一定的可行性。

2.4.2耐压试验法验证

耐压试验安排在晚上进行，测试员分布站在黑暗的廊道里，观察母线放电的声音和光亮查找故障点。采用交流耐压装置对每相进行交流耐压试验，升压速度控制参考GBT 16927.1—2011《高电压试验技术第1部分：一般定义及试验要求》［8］，当施加电压升至13 kV时，某段浇注母线从黑暗中可明确观察到一处放电的弧光，经仔细检查，最终发现该段母线相间空孔中下部及底部有一条裂纹，且裂纹所在母线处恰为被雨水淋湿的位置。

对裂纹所在母线进行吹干处理后，再次测量母线绝缘值296 MΩ，相比之前测的6.91 MΩ，绝缘值有了明显提升，说明当有裂纹存在的情况下，母线表面受潮对其整体绝缘有非常明显的影响。

2.4.3耐压试验法存在的问题

虽然采用耐压试验法首次查找到了裂纹，但耐压试验也存在各种问题。耐压试验法的前提条件是母线绝缘已经出现明显薄弱点，施加于母线导体上的电压可通过绝缘薄弱点形成放电回路，该试验方法存在3个困难：试验电压的选择，过高的试验电压可能将母线绝缘薄弱处击穿从而损坏母线；试验人员的安全，该方法需要人员沿途站在母线附近监看母线的放电情况，试验人员有触电风险；对于故障点的辨别难度较大，施加电压上升至一定程度，母线各处均会出现表面对绝缘支架放电的情况，增加了故障点的辨别难度。

2.5淋水试验法

2.5.1淋水试验方法分析

浇注母线的外壳是全封闭的绝缘材料，通过耐压试验的方法查找母线裂纹的关键在于使得母线导体部分与裂纹、外壳、大地构成放电回路。母线的裂纹可能存在于母线外表各处，因而需要将母线外表全面与大地构成导电回路。

总结首次裂纹查找过程以及考虑试验成本及试验周期因素，淋水试验方法可将母线裂纹与大地构成导电回路，易于查找裂纹缺陷点。

2.5.2淋水试验方法验证

在停电期间，用淋水试验法对9LGJ到1LGB、1LGC的浇注母线进行全面排查。具体试验步骤如下。

1）浇注母线首端开始依次隔20～30 m作为一段试验分段；

2）用干布擦去浇注母线表面受潮及污秽部分，确保浇注母线表面干燥清洁；

3）用兆欧表2 500 V档分别测量浇注母线A/B/C三相对地绝缘水平［9］，包括吸收比并记录（测单相时，其他两相短接并接地）；

4）用喷雾装置对“试件”表面进行均匀喷水，水量约为1.5L/min，为在支架处形成泄漏通道，用湿布包覆支架处母线表面与支架间，将湿布与大地有效连接；

5）相隔15 min后再进行喷淋一次，以确保有裂纹处潮气充分浸入；

6）用2 500 V兆欧表分别测量浇注母线A/B/C三相对地绝缘水平，方法同步骤3），并记录数据；

7）将干湿绝缘试验数据进行趋势对比，如发现绝缘异常后，将母线烘干，待绝缘恢复到100 MΩ后，将试验段范围逐渐缩小，再不断重复淋水、测试绝缘试验，直至找到可确认的故障点。

通过上述淋水试验方法，准确找到9 LGJ至1 LGB段浇注母线的两处故障点。其中一处故障点表面并看不出任何的故障，只有在淋水后用热风筒加热的状态下，才能观察到母线的表面下有条微小的裂纹，进一步说明淋水试验法用来检查全浇注母线是否有裂纹缺陷是可行、有效的。

3　浇注母线裂纹缺陷处理

浇注母线裂纹缺陷的主要危害在于存在的裂纹会在受潮情况下使得母线绝缘出现异常，因此为避免裂纹带来的绝缘危害需将裂纹缺陷进行相关处理。

因发现的几处裂纹较小，只需对裂纹进行浇注修补即可。具体裂纹解决方案为：先将缝纹周边表面打磨，再将母线裂纹处外加一次浇注，相当于增加一层绝缘材料处理。处理后的母线，再次经过淋水测试的绝缘值均合格。若裂缝过大以致无法修补或裂缝较多时，可采取更换母线的方式。

4　结语

在缺乏具体试验、检验标准指导情况下，结合浇注母线特点，通过多种试验方法的研究和论证，创造性地采用了高效、保质的淋水试验方法查找及定位母线裂纹，然后进行浇注修补，即再增加一层绝缘材料的处理方案。此方法是一种创新性的检测浇注母线裂纹缺陷的方法，实际解决了浇注母线裂纹查找和定位难的问题，保证了全浇注母线的绝缘质量，提高了浇注母线供电的可靠性。

［1］NB/T 20051—2002核电厂厂用电系统设计准则［S］.

［2］颜庆宇，王丹.配电系统中性点接地方式及电阻接地方式［J］.黑龙江电力，2009，30（6）：438-440.

［3］DL/T 5153—2002火力发电厂厂用电设计技术规定［S］.

［4］王新.全浇注母线在6 kV厂用电系统中应用［J］.电力建设，2009，30（7）：76-78.

［5］DL/T 664—2008带电设备红外诊断应用规范［S］.

［6］戴利波.紫外成像技术在高压设备带电检测中的应用［J］.电力系统自动化，2003，27（20）：97-98.

［7］DL/T 474.4—2006现场绝缘试验实施导则：交流耐压试验［S］.

［8］GBT 16927.1—2011高电压试验技术第1部分：一般定义及试验要求［S］.

［9］GB 50150—2006电气装置安装工程：电气设备交接试验标准［S］.

Crack Defects Search Method for the NPP Mid-voltage Fully-Poured Busbar

ZHU Xingwen，YUAN Yu，XU Xijia，YI Lanmei
（Huaneng Shandong Shidaobay Nuclear Power Company，Rongcheng 264312，China）

Fully-poured busbar already has quite mature application in conventional power plants.It is adopted in the connection from 220 kV auxiliary switching station to 6.6 kV auxiliary busbar in a certain domestic nuclear power plant，which is the first application case in nuclear power projects in China.During the outage of the fully-poured busbar，rain seeped through cracks，bringing about abnormal insulation of one phase and resulting in the failure of power recovery.Combined with characteristics of the fully-poured busbar，through cause analysis，research and demonstration of various test methods，ultimately the water spray test method is selected to locate the busbar crack.After re-pouring，busbar crack defects are solved effectively and insulation quality of the fully-poured busbar is guaranteed，also the reliability of fully-poured busbar power supply is improved.

fully-poured busbar；crack；water spray test；insulation

TM623

B

1007-9904（2016）01-0067-04

2015-07-23

朱兴文（1986），男，从事发电厂电气专业调试工作。