范海平;雷宇升秸秆腐熟剂
【摘 要】本文基于某出口国外压水堆核电站稳压器电加热器焊接后绝缘电阻失效为研究课题，阐述了电加热器质量可靠性的重要意义，从电加热器结构原理、制造工艺，以及与稳压器组装、焊接等各工序深入进行分析，最终出了电加热器绝缘电阻不合格的主要原因，并提出了结构优化方案，以及在组装、焊接电加热器时应重点关注的工艺。 【期刊名称】《黑龙江科技信息》
【年(卷),期】2016(000)012
氨基酸水解【总页数】4页(P55-57,58)
【关键词】核电站;稳压器;电加热器;绝缘电阻微型弹簧
【作 者】范海平;雷宇升
【作者单位】中国中原对外工程有限公司，上海 200233;中国中原对外工程有限公司，上海 200233
蛭石板【正文语种】中 文
稳压器是压水堆核电站的主要设备之一，它与反应堆压力容器、蒸汽发生器、主泵和主管道一起组成反应堆冷却剂系统的压力边界。在反应堆启动、停堆、运行、正常功率变化及各种事故工况下，稳压器可调节反应堆冷却剂系统的压力，并为反应堆冷却剂系统提供超压保护[1]。通过电加热器加热稳压器中的水，使得冷却剂回路维持在满足运行压力的饱和温度，从而实现控制及调节反应堆冷却剂系统的压力波动。可见电加热器是稳压器设备的核心元件，对压水堆核电厂的安全运行起着非常重要的作用。
近几年，国内核电站陆续发生稳压器电加热器失效的案例，包括绝缘电阻不合格、连接电缆脱落、爆管、连接接头烧损等，给核电站运行带了较大的安全隐患。另外，稳压器电加热器组件的制造和安装工艺较为复杂，在役核电站更换电加热器施工难度大，由此产生的维修成本极高，且国内外只有极少数机构有能力进行维修[2]。
本文通过真实案例，对电加热器绝缘电阻失效进行了原因分析，通过各项试验验证了可能造成绝缘电阻失效，并提出了改进措施，顺利完成电加热器在制造厂的更换工作，希望有一定的借鉴之处。
本案例稳压器电加热器的主要参数见表1[3]，主要结构如图1所示。
电加热器制造完毕后进行了出厂试验，各项性能满足要求，运输到制造厂后进行了入厂复验，绝缘电阻满足要求。当90根电加热器全部装焊完毕后，进行电性能检测时，发现17根电加热器绝缘电阻值不满足规范书要求，最小数值为40 MΩ，详见表2，各电加热器和稳压器管孔对应位置如图2所示。
2.1 相关试验
首先考虑更换测量绝缘电阻用的摇表，使用全新标定的1000V摇表，邀请了计量室的老专家对电加热器绝缘电阻值进行了详细的测量，以及更换为电子试绝缘测量表，但结果均不合格。邀请了电加热器制造厂相关技术人员进行原因分析，并进行了测量，结果仍不合格，排除了测量设备和方法的原因。
压缩氧自救器其次考虑的环境影响，因为电加热器组焊时，正好是南方梅雨季节，空气湿度很大，而电加热器内部封装有氧化镁起绝缘的功能，对环境要求比较严，如果氧化镁受潮，直接的结果就是导致绝缘电阻下降，所以将稳压器设备在清洁室存放了一星期，在存放一个星期后测量绝缘电阻值，发现数值没有明显变化。待转到车间内再进行测量时，发现绝缘电阻均呈现继续下降趋势，新增两根不合格的电加热器，且有三根电加热器绝缘值逼近要求的临界值，详见表3，这说明环境对电加热器的绝缘电阻有明显影响。
第三，考虑到电加热器的密封问题，选取了一根备品（编号：C066）此根电加热器电缆引出端陶瓷接头松动，测得绝缘电阻为25MΩ。设计专用抽真空的工装，在环境温度25.8℃，环境湿度50.4%的清洁室，对不合格的电加热器（陶瓷接头部分损坏）电缆引出端部进行24小时不间断抽真空，测量结果为50MΩ，说明绝缘电阻值下降和密封性有关，但抽真空无法解决受潮问题。
2.2 原因分析
经过多次试验，以及对测量数据的分析，绝缘电阻不合格的主要原因是密封结构破坏，导致氧化镁受潮，密封结构的破坏主要和产品在制造、运输、贮存、焊接等几个方面都有关
系，在此详细阐述如下：
第一、电加热器结构
从后期的详细检查中发现部分电加热器的陶瓷接头松动或脱落，陶瓷接头松动或脱落会直接影响电加热器内部的密封性，密封不好会造成高纯氧化镁受潮失效，从而绝缘电阻值下降。其中连接电缆为1E级K1类电缆，电缆的大角度折弯或摆动等受力会直接作用到陶瓷接头上，影响密封性，故有此可以看出，陶瓷密封结构为电加热器的薄弱环节，需进行优化。
第二、焊接过程
通过查阅WPS和焊接记录，发现WPS对焊接过程层间温度、焊接前、后绝缘电阻测量都没有进行明确规定，电加热器与电加热器套管焊接记录不完整，且没有做过相关模拟焊接试验。存在焊接温度过高或层间温度过高，导致电加热器内部变形较大，以及连接体密封性损伤的可能。
第三、运输、贮存及环境因素
电加热器属于电器设备，需要密封包装，制造厂在贮存和密封方面的没有严格的要求，致使部分电加热器在开箱验收后一直暴露在空气中。在电加热器焊接时适逢梅雨天气，使得空气湿度较大，对绝缘电阻均产生了一定的影响。
经过充分的原因分析，最终选择更换26根存在问题的电加热器，并在结构、焊接、运输和储运等方面进行优化和改善，以此验证失效的真正原因。
3.1 机械结构方面
从电加热器结构方面考虑，陶瓷接头部位是比较薄弱的环节。因为电加热器对密封性要求很高，而电缆直接引出，在运输和焊接过程中，无法避免对电缆进行扯动，将作用力传递到陶瓷密封部位，而破坏了密封性。图3为稳压器电加热器电缆引出端剖面示意图，从图中可以看出，电缆与内部电热丝接头连接，穿过陶瓷接头（起绝缘和隔离的作用），最后通过有螺纹的金属端盖进行固定。当电缆收到外力时，直接作用于电热丝接头，而接头处密封性必然会受到破坏，密封性破坏后，内部的氧化镁受潮，绝缘电阻值下降。
由此也可以看出，电加热器制造的难点在于密封的设计。针对密封差的情况，建议采取两
种措施，第一，目前国内制造商电缆引出端采用陶瓷与金属焊接的方案，在此方案的基础上，建议在电缆引出端面增加密封材料作为辅助密封，此材料需要具有低收缩率、低热膨胀系数、高温度阻抗，且需要满足电站全寿期要求的热老化寿命。国外供货商电缆引出端使用耐高温环氧树脂作为主要密封手段，但近几年在国内核电站上已发生因使用环境温度过高，致使环氧树脂提前老化，造成密封失效，绝缘电阻不合格的案例[4]，故只能作为辅助密封手段。
第二，固定引出电缆，使得电缆受力作用于电加热器外壳，不能传递到电热丝内部。在后续补订的电加热器对电缆和电加热器头部进行了固定，从而避免了电加热器电缆根部的活动对陶瓷接头的破坏，起到了很好的保护作用。如图4是后续补订的电加热器。
如图5为AP1000项目所用的电加热器电缆引出端示意图，图中电缆与电热丝引出端连接后，又将电缆与电加热器外壳进行了固定，基本上是图4结构的优化，作用和效果相同。
第二种方案电加热器出厂时不连接电缆，只留出电缆接头。此方案一方面缩短了长度，使得电加热器包装、运输都比较方便；另一方面在焊接过程中，操作人员因为作业空间狭小，会将电加热器电缆拨动不同的方向，留出作业空间进行焊接，而采取先不连接电缆的
方案，使得操作人员操作方便，而且不会因为电缆的活动而造成电缆根部对陶瓷接头的破坏，焊接完毕后，将外接电缆与电加热器连接，并做好两个电缆接头的隔离，使得对电加热器起到了很好的保护。
在国内发生的电加热器失效案例中，还有因为堵头与电加热器壳体焊缝存在气孔缺陷，在内部应力及外力作用下产生微小贯通裂纹，外部潮气进入电加热器内部，导致绝缘电阻降低。杜绝此类问题的方案，在焊接完成后，除了进行PT表面检查，还应该增加射线探伤检查，以进一步确保焊缝内部质量。
3.2 焊接过程自组网电台
在电加热器与稳压器下封头组件进行焊接时，首先完成详细的工艺评定，确定焊接参数，并重点关注如下环节：
3.2.1 装焊前逐根复验，确保电加热器在焊接前电性能合格。
3.2.2 搬运单根元件时要多人协作，动作应轻缓，避免颤动。
3.2.3 装插过程轻拿轻放，坚决杜绝强力装配，若存在装插受阻，应考虑选配安装。
3.2.4 装焊顺序建议采用先中间后内圈，最后外圈，同时装一根焊一根，或者分3 至5根为一组进行焊接；焊接时尽量避免扯动电缆，可以考虑现将电缆固定后，留出焊接空间再作业。
3.2.5 焊接过程严格按照WPS中的相关要求进行，尤其注意控制焊接参数，层间温度、焊接速度和角焊缝高度，并严格控制套管大头外圆处表面（靠近焊缝侧）温度不得超过425℃。
3.2.6 如果条件允许，在清洁室完成电加热器的焊接，控制好室温和湿度，并保持温湿度的稳定。
3.3 运输、贮存
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