核电仪控 | 一种核电仪控系统用线槽结构的设计与实现

摘要：核电仪控系统使用的线槽结构需满足抗震要求，但是目前线槽结构普通为插接式，不满足抗震要求。根据多个核电项目的实际需求，设计出一种既满足抗震，又方便快捷拆卸的一款免维护线槽结构，该线槽具有安装简单可靠、线缆防护优良、生产成本低、维护方便的特点，尤其适用于核电站等使用周期长且对质量要求苛刻的使用环境，该线槽已通过相关机械试验，满足核电站使用要求，目前在多个核电站相关项目中已有应用。

关键词：核电站；快拆免维护；线槽；机械试验

在核电仪控系统中，线槽作为系统中机柜和盘台线缆敷设的主要载体工具，除满足抗震要求外，还应满足《GB/T13286-2008》标准线缆敷设要求及RCC-E布线工艺要求。该线槽结构主要通过钣金加工而成，调查发现现有金属材质线槽结构种类繁多，造型各异，但都不能满足核电仪控系统机柜盘台的使用要求。

应用到核电站的设备，除具备良好的产品功能外，如满足抗震要求，布线工艺要求外，还具有性能稳定可靠、生产维护简单的特点。

本文描述一款快拆免维护线槽的设计方法，它规避了现有线槽的缺陷，满足核电仪控系统机柜盘台的使用要求，提升工程价值。该线槽具有自主知识产权，受专利保护。

1　设计要求

1.1　抗震设计

应用于核电站的相关物资应满足核电站抗震要求，作为线缆敷设的结构载体，线槽结构术语抗震II类物资，其要求在承受S1（运行基准地震OBE）和S2（安全停堆地震SSE）载荷后保证自身完整或（和）不能影响抗震I类物项的安全性。为保证线槽结构具有足够强度，线槽必须选用金属材质，且线槽结构必须使用螺栓安装紧固。

线槽作为线缆敷设载体一般不单独进行试验，试验时线槽常跟随仪控系统进行试验，如安装在BUP（BUP为1E级属于抗震1类）操作台内部一起进行抗震试验，整个试验历经5次OBE，1次SSE（SSE：垂直加速度0.135g，水平加速度0.2g），持续时间不少于30秒。

1.2　实体隔离

根据《GB/T13286-2008》解读，该线槽结构应在满足不同序列间应实体隔离的情况下满足线缆敷设要求，具体闭合、敞开及出线孔位置可根据线缆敷设设计进行线槽布置设计及线缆孔洞设计。

1.3　布线工艺要求

通过RCC-E标准解读，线槽结构应符合线缆安装工艺要求，设计时应满足以下几点：

（1）线槽需要用固定螺钉可靠固定安装，满足抗震要求。

（2）为避免固定螺钉划伤线缆，应选择边缘光滑固定螺钉进行紧固。

（3）线槽内部应光滑无锐角结构，避免线缆安装维护时划伤线缆。

2　结构设计

2.1　设计理念

（1）线槽盖设计

线槽盖与线槽本体禁止使用扣合式盖板结构（如图1所示）和卡扣式线槽盖安装结构（如图2所示），扣合结构对板材刚性要求很高，拆卸时操作不当会导致盖板角度变形，尤其不适用于生命周期长且频繁维护的设备中。而卡扣式线槽盖与线槽之间靠卡扣提供的摩擦力紧固，摩擦力的大小取决于卡扣预紧力大小（卡扣刚性要求较高），卡扣旋转拆卸安装中没有力矩等紧固等装配要求，不适合有抗震等要求的核电站电路安装中，尤其在竖向安装中，很容易脱落。

图1 扣合式线槽结构

图2 卡扣式线槽结构

综上所述，为满足核电站设备运行安全、可靠、稳定，应采取保守的设计方案，线槽盖与线槽本体连接采用螺栓固定。

（2）线槽腔体设计

为满足布线工艺要求，线槽盖闭合后内壁应无锐角结构外露。

类似上文提到的卡扣式线槽盖安装结构（如图2所示），其线槽盖上压模可旋转卡扣，虽然其使用较为灵活，安装完成后线槽内壁光滑，但其有一个重要缺陷：由于卡件安装中需要旋转紧固，如果线槽内线缆较多，在操作闭合中存在线缆划伤的风险。

2.2　结构设计

针对现有线槽盖板易变形脱落、频繁拆卸易损坏、零部件容易脱落丢失、内部旋紧卡件存在划伤线缆的风险、无法应对抗震等苛刻环境的一系列问题，设计一种防护性能优秀，满足抗震要求、隔离要求等条件，长时间使用不易脱落，维护拆卸时零部件不易丢失散落、不会损伤线缆，且拆卸简单适用于核电仪控系统机柜盘台的线槽结构。

如图3~图5所示，线槽本体1为U型，在其U型上端设有凹形槽7，线槽本体1的凹形槽7上部开设有特殊安装孔10，紧固部件安装在线槽本体1该特殊安装孔10中，该特殊安装孔10呈L形，让紧固部件能够在特殊安装孔10中滑动，线槽本体1通过线槽安装螺栓9和大型垫片8安装在相应的设备上，线槽盖2开设有卡口11，可直接卡在紧固部件上。通过开设凹形槽7，将紧固部件末端与线缆隔离，可以有效防止方形螺母5的锐部划伤线缆，另外，在线槽设备拆卸过程中，紧固部件能够直接从L形安装孔中撤下，方便工作人员更换，而且由于凹形槽的隔离，撤下的紧固部件也不会掉落在线缆分布区域，可以防止零件掉落丢失。

图3 线槽截面

图4 线槽内部结构

图5 线槽总体示意图

另外，如图4所示，特殊安装孔10开设在线槽本体1头尾两端，且各设有2个特殊安装孔10，每个特殊安装孔10安装一个紧固部件，即每个线槽盖2配有4个紧固部件，这样在线槽使用过程中，线槽盖2不会因为震动等原因而从线槽主体上1脱落。

如图5所示，将线槽主体1通过线槽盖2通过线槽安装结构安装在相应设备上，并将紧固部件等所有组件安装好后，将线槽盖2的卡扣11对准紧固部件扣在线槽主体1上，并往箭头方向移动线槽盖2至特殊安装孔10的里部，最后紧固线槽安装螺栓9至规定力矩范围完成线槽安装。

图6 线槽滑动示意图

图中：线槽本体1，线槽盖2，可旋转卡扣3，紧固螺钉4，方形螺母5，小型垫片6，凹形槽7，大型垫片8，线槽安装螺栓9，特殊安装孔10，螺钉槽口11，线槽容量12

3　生产制作

3.1　生产工艺

该线槽结构属于钣金结构，钣金结构是用金属薄板经过钣金加工后生成的零件，钣金结构的一个显著特点就是，无论最终的造型多么复杂，都是从一块厚度一致的平板板材开始，经过复杂的冲压，折弯等工序加工制造而成。

钣金加工主要工序有：剪切、折弯、铆接/焊接、表面处理等工艺。

3.2　生产成本

在钣金生产中焊接是将多个构件焊接在一起，达到加工的目的。钣金件焊接由于板体薄，焊接时受热不均匀最容易造成焊接变形，富有经验的工程师为了减少变形，在焊接前会进行定位拼装，根据结构特点设计焊接工装并制定合理焊接顺序进行焊接操作。值得关注的是板材形变不可避免，焊接后大多需要付出大量人力打磨整形处理。

从2.2章节可以看出，线槽本体、线槽盖及其附件通过优化设计剔除焊接工序，减少了生产工序降低了线槽的制造成本。

3.3　提升品质

焊接构件在焊接后进行表面处理，不同材料选择的表面处理方法也不用，常用的冷板加工后通常要进行表面电镀，由于焊接构件接触面有夹层，在电镀时液体会渗透到夹层中难以排除造成电镀不良。

该线槽结构本体（如图3所示）内部腔体多重U型结构根据折弯弯刀结构进行极限设计，如图7所示，最大限度提升内腔体线槽容量。

图7 折弯成型示意图

同时该结构一体折弯成型，没有焊接结构，可避免焊接后电镀造成金属夹层电镀不良，提升产品品质。

3.4　使用成本

固定螺栓在压铆/焊接后与线槽形成固定结构，在核电站漫长的运行周期内，维护是必不可少的，然而线槽盖在反复拆卸时必然造成螺纹失效，机组在运行中，扯动线缆更换线槽对机组及线缆影响巨大，无法实施。

新线槽盖安装通过方形螺母卡扣在线槽外侧凹槽，安装简单快捷，同时线槽盖拆装时松动固定螺栓即可脱出，降低螺栓丢失风险。

综上所述，新线槽结构在机组维护时省时省力，简单可靠对机组安全运行没有影响。

4　应用情况

该线槽结构在广利核公司田湾56号机组BUP上首次应用，经过抗震试验验证满足项目抗震要求。同时该线槽结构还应用于海上小堆非安全级机柜中，经过冲击、振动、倾斜、摇摆试验，亦满足项目要求。

核电站是一个以“安全第一”为根本原则的特殊领域，其相关结构产品一般都进行保守设计，以确保其安全、可靠、稳定运行。

5　结论

快拆免维护线槽，尤其适合在核电站等安全等级较高的领域推广使用。在其他非核领域，可以根据不用的需求进行优化改良，亦有推广价值。

作者简介：单士起（1984-），男，山东人，本科，现就职于北京广利核系统工程有限公司，主要从事核电厂非安全级仪控系统设计。

来源：控制网