1E级直流断路器抗震试验研究

1试验样品和试验设备

1.1试验样品本次试验对象为广泛应用于压水堆核电厂直流系统中的微型断路器(MCB)和塑壳断路器(MCCB)，其中微型断路器型号为C65N，塑壳断路器型号有NS250N、VL160X、VL630、FD160和FE250。用于抗震试验的各型号断路器均为通过基准性能试验及机械操作考核的试样。

1.2试验设备和仪器抗震试验所用的试验装置为中国核动力研究设计院核级设备鉴定中心的单向液压振动台，其主要性能参数如下：台面尺寸：1.5m×1.5m;台体承重：2000kg;最大位移：±125mm;最大加速度：10g;频率范围：随机振动0.1~100Hz;正弦振动：0.1~80Hz。试验中采用BK公司的BK4382型加速度传感器和BK2692型电荷放大器测量台面和被试设备上的运动加速度。数据采集采用奥地利DEWETRON公司生产的DEWE2010型数据采集仪。

2抗震试验的要求和试验过程

2.1试样的安装和测点布置抗震试验前对断路器样品进行结构检查和基本通断功能检测，结构完整且通断功能正常的情况下，将所有断路器试样安装在同一个刚性支架上，一起进行抗震鉴定试验。微型断路器通过安装卡槽安装在支架上，塑壳断路器均通过螺栓直接安装在支架上，然后通过螺栓将安装支架与振动台台面刚性连接。图1为断路器试样X方向的安装图。在振动台台面、各个断路器上分别安装加速度传感器以监测试样输入运动和试样的响应，经过数据处理以便得到它们的各阶振型、自振频率和阻尼比参数等，请参见图1。并且试验中将每个断路器的触点串联并分别接入数据采集仪，以实现对每个断路器的触点信号的监测。

2.2抗震性能试验反应谱根据G-STERINO.E-95004《GenericseismictechnicalevaluationforreplacementitemsforMoldedCaseCircuitBreaker》，抗震试验输入载荷选取最严酷的地震试验条件，即SSE试验要求反应谱在4.5~16Hz范围内加速度为15g、ZPA(零周期加速度)为6g，阻尼比为0.05，见表1。OBE地震试验要求反应谱取SSE试验载荷的1/2。试验前将试验要求反应谱通过计算机生成人工模拟加速度时程。图2为通过SSE试验要求反应谱用计算机生成人工模拟试验用加速度时程及对应的试验用反应谱对要求谱的包络情况，该时程持续时间为30s，采样频率为256Hz，采样点数量为N=30~256=7680，分析的频率范围是0~128Hz，可获得的频率分辨率△f=128/(N/2)=0.0333Hz，满足HAF.J0053中表2建议的用于计算要求楼板反应谱的频率间隔的要求。

2.3试验

2.3.1动态特性探察试验通过动态特性探察试验，确定断路器的自振频率，振型和阻尼等振动参数，了解设备的固有动态特性。动态特性探察试验的激励采用加速度幅值不大于0.2g的白噪声，分别在每一正交轴上激振，振动持续时间为120s，以保证测得的自振频率和振型的精度。

2.3.2抗震鉴定试验试验采用多频波法在断路器样品的三个正交轴向分别进行激振。采用振动台台面的加速度信号作为控制信号完成OBE和SSE地震试验。1)OBE地震试验按HAF.J0053《核设备抗震鉴定试验指南》的规定，采用人工模拟加速度时程作为输入波完成5次OBE试验，每次试验时间为30s。前三次OBE地震中断路器处于闭合状态，后两次OBE地震中断路器处于断开状态。图3为断路器OBE地震中实现的每个方向台面加速度时程反应谱对各自要求的加速度谱的包络情况，图中蓝线为要求的谱线，红线为台面实现的谱线。在OBE地震过程中测量各测点的加速度响应，表2给出了断路器在X方向OBE试验工况下所测的各个加速度反应的最大峰值。

并且在OBE地震过程中监测断路器主触头、辅助触头的触点信号。试验过程中数据采集仪的采样频率设置为2000Hz，以保证能够精确测出触点在1ms时间内的瞬间跳动信号。在每次OBE地震试验后目视检查断路器的结构完整性。2)SSE地震试验5次OBE地震试验完成后，采用人工模拟加速度时程作为输入波在X，Y，Z三个方向分别进行1次SSE地震试验，试验时间为30s。SSE试验过程中断路器处于闭合状态。图4为断路器SSE地震中实现的每个方向台面加速度时程响应谱对各自要求的加速度谱的包络情况，图中蓝线为要求的谱线，红线为台面实现的谱线。在SSE地震过程中测量各测点的加速度响应，表2给出了断路器在X方向SSE试验工况下所测的各个加速度反应的最大峰值。并且在SSE地震过程中监测断路器主触头、辅助触头的触点信号。SSE试验结束后目视检查断路器的结构完整性。

2.4抗震试验后的电气性能试验断路器试样经过抗震试验后，首先要进行外观检查，断路器分合闸操作应灵活。经检查符合要求后，再进行性能测试，已验证抗震试验后断路器的电气特性是否下降，可否在地震荷载后仍能够执行其规定的功能。地震试验后需进行的电气性能试验如下：1)介电试验;2)绝缘电阻试验;3)过载试验。具体试验要求可参见GB14048.2，GB7251.1，GB10963.1中的相关条款。

3试验结果

此次试验按照震鉴定试验大纲的要求，并遵照相关标准、规范，在中国核动力研究设计院核级设备鉴定中心进行。通过试验现象观察和数据分析，结论如下：

1)抗震鉴定试验中，地震台输入加速度载荷满足试验大纲的要求，试验是有效的。

2)被试断路器在抗震试验中及抗震试验后均保持结构完整。

3)被试断路器在抗震试验中触点监测信号连续平稳。

4)被试断路器在抗震试验前、后基本通断功能正常。

综上所述，在对断路器试样进行所规定的抗震试验后，试样结构完好，基本通断功能正常。本次试验采用的方法科学、合理，样品选择具有一定的代表性，试验数据真实、可信。本研究可为直流断路器的设计提供依据，对核级设备的抗震鉴定试验也具有一定的借鉴意义。

作者：田海松 杨立树 钟质飞          单位：中科华核电技术研究院有限公司