核電廠用1E級乾式變壓器

1. 什麼是 1E 類乾式變壓器？

首先，必須理解「1E類」的核心概念。

1E級：這是根據核電廠設計標準（例如美國的IEEE Std 323或中國的GB/T 12727）制定的安全等級分類。它指的是執行關鍵安全功能所必需的電氣設備和系統，例如反應器緊急停堆、安全殼隔離、反應器堆芯冷卻以及防止放射性物質洩漏。

乾式變壓器：繞組不浸入絕緣油中，而是由固體絕緣材料（例如環氧樹脂）保護的變壓器。

因此，1E級乾式變壓器定義為：專為核電廠安全等級（1E級）系統供電而設計的乾式變壓器。它必須能夠在正常工況、事故工況（例如地震、冷卻劑喪失事故）以及事故後環境中，在規定的時間內可靠且連續地運作。

簡而言之，它是核電廠安全系統的「生命線電源」之一。

1. 為什麼核電廠必須使用 1E 類變壓器？

核電廠安全是重中之重。 1E級變壓器的作用是在最極端的條件下為關鍵安全設備提供穩定可靠的電力，包括：

安全相關分配系統

緊急柴油發電機開關設備

反應器控制和保護系統

應急核心冷卻系統（ECCS）泵用電機

事故後監測系統

密閉通風和隔離系統

這些系統一旦斷電，後果不堪設想。因此，1E級變壓器是核電廠縱深防禦戰略中的關鍵要素。

1. 1E類乾式變壓器的核心需求與關鍵技術

1E類變壓器與標準工業或商用乾式變壓器有很大不同。它們的核心要求體現在以下幾個方面：

1. 終極可靠性與環境認證（K1、K2、K3 設備）

核電廠根據設備必須承受的環境條件的嚴苛程度，將1E類設備進行分類。變壓器也相應地分為以下幾類：

K1類：安裝在安全殼內部。必須能夠承受正常工況、地震（OBE/SSE）以及冷卻劑喪失事故（LOCA）造成的高溫、高壓、高濕和化學噴濺環境，並且必須在事故後保持功能正常。這是最嚴格的類別。

K2 類：安裝在安全殼內，但僅需承受正常條件和地震，不包括 LOCA 環境。

K3 類：安裝在安全殼外部，但屬於安全相關係統的一部分，需要能夠承受正常條件和地震。

相關關鍵技術：

特殊絕緣系統：採用高級阻燃、防潮、耐輻射絕緣材料（例如，優質環氧樹脂）。運用先進的澆鑄/浸漬製程（例如，薄絕緣技術、真空壓力浸漬），確保形成緻密無空隙的絕緣結構，且局部放電水平極低。

優異的阻燃性（F1 等級）：材料具有自熄性，即使暴露於明火中也不會持續燃燒，從而防止火勢蔓延。

強大的機械強度：整個變壓器結構（包括繞組、機架等）必須能夠承受安全停機地震（SSE）而不發生損壞，從而確保功能完整性。這必須透過精確的有限元素分析（FEA）和嚴格的抗​​震鑑定試驗來驗證。

2. 嚴格的品質保證和認證

核能品質保證計畫：從設計、材料採購、製造、測試到交付的整個生命週期都必須遵守核能品質保證計畫（通常基於 HAF 003 或 10 CFR 50 附錄 B），以確保完全的製程控制和可追溯性。

資質認證：變壓器必須通過國家核安監管機構（例如中國國家核安局）認可的機構進行的型式試驗和抗震鑑定試驗，以證明其符合1E級標準。這是其進入市場的“許可證”。

3. 具體性能設計與測試

抗輻射老化性能：特別是對於 K1 類變壓器，必須評估其絕緣材料和結構部件，以確保在預期壽命內的輻射劑量下不會出現明顯的性能下降。

嚴格的例行試驗和型式試驗：除標準試驗（比率試驗、電阻試驗、空載/負載損耗試驗、介電性能試驗、聲級試驗等）外，還必須進行特殊試驗，例如：

局部放電測量：要求非常嚴格，通常要求低於 5-10 pC 的水平，以確保長期絕緣可靠性。

衝擊電壓測試（雷擊和開關衝擊）。