摘要：本文针对核电厂常用的电加热器（以下简称加热器）出现的故障现象进行分析，提出改进建议，降低核电厂加热器故障率，确保核电厂加热器和相关设备安全可靠运行。
关键词：核电厂；加热器；故障
1 概述
加热器在核电厂中大量使用，如通风系统、水、油和气回路相关系统、设备保温加热、设备防潮加热、专用加热工具等。核电厂运行中的加热器一旦出现故障，可能引起火灾、设备烧毁、电源越级跳闸扩大事故范围等。
2 加热器的结构
核电厂使用的加热器一般是由一个或几个金属管状加热元件（以下简称元件）组合而成，工作额定电压通常是380V或者220V。元件以金属为外壳，合金电热丝作为发热体，在一端或两端具有引出棒（线），在金属管内填装氧化镁粉绝缘介质以固定发热体。核电厂使用的典型元件结构图见图1和图2。
图1 双端引出棒元件
图2 单端引出棒元件
3 加热器的常见故障现象分析
核电厂使用的加热器常见故障现象有绝缘水平下降、端部连接端子过热、金属管过热、金属管腐蚀、加热器温度保护失效等。
3.1 加热器绝缘下降
核电厂内加热器最常见的故障是绝缘水平下降，达不到标准要求（绝缘电阻＞1兆欧，部分加热器要求大于20兆欧），导致加热器接地故障。引起加热器绝缘水平下降的因素有：
1）元件端部密封因素。元件内部填满了绝缘矿物氧化镁粉，氧化镁粉具有良好的导热性，同时也有较强的吸收水分能力。元件内部的氧化镁粉是通过端部密封料（见图1）与外部空气隔离。对于空气加热的加热器，在南方沿海地区，一般温度高、湿度大，加热器实际投运时间短，大部分时间处在停用备用状态，如果加热器端部密封不好，外部空气中水分子通过封口层渗透到元件内部，导致绝缘电阻下降。
2）加热器运行环境因素。部分暖通系统加热器，本身温度非常低，而环境温度高，空气中水分在加热器元件金属部分形成冷凝水，导致接线部分与金属部分之间绝缘下降。被加热的介质（如油、水、气等）杂质较多，加热器表面有杂质沉淀而未及时清理导致绝缘水平下降。见图3
图3加热器表面污垢堆积
3）元件焊口因素。元件焊口存在质量问题或焊口长期受较大的力，容易在焊口处开裂，水分可以通过焊口进入元件内部，导致加热器绝缘水平下降。
4）加热器选型因素。不同环境、不同介质应选用合适的加热器。对液体加热，选用的加热器如果是用来加热气体的，加热器使用后绝缘水平很快下降，原因是两者的生产工艺和要求不同。
3.2 加热器端部连接端子过热
加热器端部连接端子过热可能引起加热器开路、短路和接地故障。核电厂内引起端子过热的因素有：
1）端子紧固力矩不足。加热器一般都是由多个元件组合而成，图4和图5都是由多个元件组成的加热器连接端子。加热器在首次安装和维修过程中未对元件之间的连接端子和引出线端子进行检查，经常出现加热器端子力矩不足引起端子过热。
图4 多个元件组成的加热器连接端子 图5 多个元件组成的加热器连接端子
2）电连接接触电阻偏大。引起电连接接触电阻偏大的因素有：电连接力矩不足；电连接接触面氧化生锈；接触面不平；结构不合理（如图5），多个连接端子接在同一个端子上，端子容易松动。
3）引出线容量偏小。加热器的功率大小与接入加热器的电缆容量不匹配，即电缆容量偏小引起电缆发热，损坏电缆绝缘造成电缆接地或短路故障。
4）引出线破损。加热器在安装和检修过程中，容易引起元件引出线损伤，见图6。
图6 加热器元件引出线损伤
3.3 加热器金属管过热
核电厂内经常发现加热器金属管过热损坏元件，造成元件过热的主要原因是在生产过程中出现问题，如：发热丝分布不当（见图7），出现局部温度过高。当局部温度达到1600°C以上时，中间填充的氧化镁粉在高温下开始出现碳化，氧化镁粉从绝缘物质逐步变成导电体，导电过程中容易诱发电弧的产生，在电弧的作用下可能烧熔元件金属管。
图7几种加热元件制造缺陷例子
3.4 加热器温度保护失效
加热器的投运方式是有严格控制，如通风系统中加热器，正常应该是风机先启动，空气流动后，加热器才能启动工作，当风机停运时加热器也需要停运，否则加热器产生的热量不能及时传递，温控保护又不能达到设定的温度点，加热器持续工作导致温度过高而烧坏。
4.结论和建议
核电厂内使用的加热器由于制造质量问题、现场安装质量问题、运行控制和保护问题等造成加热器故障率高。为了降低加热器故障率，提高系统运行的可靠性，建议如下：
1）严格控制加热器的制造质量。加热器在制造过程中要求制造商做好元件的端部密封，防止通过元件端部水分进入；电热丝的绕制和安装过程中严格按照技术规范要求去做，对重要的元件做好后需要进行X光检查，防止电热丝分布不均。
2）严格控制安装质量。加热器现场安装过程中防止电缆损伤、端子松动、接触面积偏小和接触不良等。元件组装时优化连接端子，尽可能减少连接线连接端子（见图4）以降低端子松动概率。
3）优化保护配置。加热器在核电厂使用过程中绝大部分开关只配置了过负荷保护，当加热器出现间断性对地放电时过负荷保护不能有效动作，起不到保护加热器的作用。因此，建议加热器保护除了配置过负荷保护外，再增加漏电保护。
论文作者:钟帆
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/17
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