中壓澆注母線在核電站廠用電系統(tǒng)中的應(yīng)用探究

程 強(qiáng);林 建;雷亞清

(中廣核工程有限公司，深圳 518124)

0 引言

核電廠6.6kV廠用電系統(tǒng)是電廠設(shè)備供電網(wǎng)絡(luò)的核心，為滿足單元機(jī)組可用性和核安全的要求，構(gòu)建可靠的6.6kV供電網(wǎng)，提高供電可靠性、可用率，對(duì)核電的安全、有效運(yùn)行具有重要意義。

在我國核電大發(fā)展的背景下，現(xiàn)有核電建設(shè)裝機(jī)很多都是4臺(tái)機(jī)組、6臺(tái)機(jī)組同時(shí)建設(shè)，而核電站外圍廠房（簡稱BOP）子項(xiàng)一般都按照4臺(tái)（或6臺(tái)）機(jī)組的容量進(jìn)行設(shè)計(jì)，6.6kV供電負(fù)載隨之增大，而與供電網(wǎng)絡(luò)大小密切相關(guān)的單相接地電容電流也有所增加，通過優(yōu)化中壓系統(tǒng)的供電連接方式，降低6.6kV廠用電系統(tǒng)的單相接地電容電流，對(duì)減少單相接地時(shí)弧光過電壓對(duì)系統(tǒng)的影響，提高供電可靠性是非常必要的。

目前核電項(xiàng)目中輔助變壓器6.6KV配電柜和LX廠房LGB、LGC配電柜分屬于BOP和常規(guī)島（簡稱CI），兩系統(tǒng)間的電力連接一直是LG*中壓系統(tǒng)中重要的組成部分，關(guān)系著中壓系統(tǒng)下游諸多系統(tǒng)的調(diào)試及運(yùn)行等任務(wù)，為此，陽江項(xiàng)目在LGB、LGC系統(tǒng)不再采用中壓電纜軟連接，而是率先選用目前世界上比較先進(jìn)的三相一體式中壓澆注母線。澆注母線產(chǎn)品已經(jīng)誕生半個(gè)多世紀(jì)，其絕緣性能特別好且具備抗腐蝕特色，成品的最大防護(hù)等級(jí)可以達(dá)到IP67-68，所以一經(jīng)安裝完成投運(yùn)，將幾乎不再受環(huán)境影響，可以達(dá)到零維護(hù)功效。但在國內(nèi)應(yīng)用的還不多，而應(yīng)用于國內(nèi)核電工程尚屬首次，因此對(duì)澆注母線的性能、安全性等諸多方面進(jìn)行全面的分析論證，以確保其安全可靠是非常必要的。

1 電纜的特點(diǎn)及存在的問題

交聯(lián)聚乙烯電力電纜在工廠供配電中廣泛采用，具有介質(zhì)損耗低，性能優(yōu)良，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，外徑小，質(zhì)量輕，載流量大，敷設(shè)方便，不受高差限制，耐腐蝕，作終端和中間接頭較簡便等特點(diǎn)，但當(dāng)使用電纜輸送大電流負(fù)荷時(shí)，受截面及制造工藝限制，需要采用單芯電纜多線路并聯(lián)方式，電纜終端的端接也比較復(fù)雜,一旦某根電力電纜出現(xiàn)問題，必然使其他電纜的載流量、溫升加大，使得供電可靠性降低。另一方面單芯電纜鎧裝層、屏蔽層必須采用非磁性材料，價(jià)格較貴，而鎧裝層和屏蔽層又會(huì)導(dǎo)致電纜散熱困難，載流量下降。

2 全澆注母線的特點(diǎn)與電纜的性能比較

全澆注母線采用“無機(jī)礦物質(zhì)及EPOXY混合而成的絕緣材料”作為絕緣介質(zhì)，因其熱延展性為19×10-6與銅導(dǎo)體材料的熱展性17×10-6極為接近，從而保障了母線的散熱性能以及母線與絕緣材料之間的緊密結(jié)合,具有載流量大、運(yùn)行可靠性高，免維護(hù)，耐腐蝕、防爆、防火等特點(diǎn),同時(shí)其與電纜橋架的安裝敷設(shè)方式接近，表1-1是全澆注母線與交流聚乙烯電力電纜電氣性能比較表，從表中的數(shù)據(jù)可以看出全澆注母線的電氣性能普遍優(yōu)于交聯(lián)聚乙烯電力電纜。以上所述的全澆注母線特點(diǎn)說明了其替代大截面單芯電纜，用于6.6kV廠用電系統(tǒng)供電干線上是可行的。

表1-1 全澆注母線與交聯(lián)聚乙烯電力電纜電氣性能比較表

3 6.6kV廠用電系統(tǒng)電容電流分析計(jì)算

計(jì)算核電站6.6kV廠用電系統(tǒng)的電容電流時(shí)需考慮以下幾種工況：

（1）由高壓廠用變壓器為廠用電系統(tǒng)供電的正常工況；

（2）當(dāng)高壓廠用電變壓器失電時(shí)由輔助變?yōu)闄C(jī)組永久母線（LGB、LGC）和應(yīng)急母線（LHA、LHB）供電 ；

（3）在（2）的運(yùn)行工況中，考慮一臺(tái)輔助變壓器故障，由另一臺(tái)輔助變壓器給機(jī)組永久母線和應(yīng)急母線供電的工況，同時(shí)需啟動(dòng)一臺(tái)RCP泵和一臺(tái)CRF泵。

3.1 6.6kV廠用電系統(tǒng)供電干線采用全澆注母線，支線采用電纜

3.1.1 初始條件：根據(jù)初步設(shè)計(jì)短路電流計(jì)算結(jié)果，斷路器回路最小電纜截面為120 mm2，F(xiàn)-C回路最小電纜截面為50mm2。

由#1輔助變壓器9LGJI和#2輔助變壓器9LGJII至1(2)LGB、1(2)LGC的供電線路由電纜改為全澆注母線。

主廠變STAa，STAb及主廠變STBa STBb至相應(yīng)6.6kV進(jìn)線的供電電纜改為全澆注母線。

3.1.2 電纜及全澆注母線長度

3.1-1 各段母線電纜及澆注母線長度匯總表

3.1.3 電容電流計(jì)算

電纜電容電流依照《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè) 電氣一次部分》公式（3-2）：

Ic ——電容電流(A)，

S ——電纜截面(mm2)，

Ue——額定電壓(kV)

L ——電纜長度（km）

澆注母線電容電流依照《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè) 電氣一次部分》公式（3-1）：

其中 ω=2πfe

I C ——電容電流(A)，Ue——廠用電系統(tǒng)額定線電壓（kV）；

ω——角頻率

fe ——額定頻率

C ——廠用電系統(tǒng)每相對(duì)地電容（μF），根據(jù)廠家提供資料澆注封閉母線（規(guī)格為3500A）的相對(duì)地電容為0.501547μF/km 。

根據(jù)表2.2-1及上述公式，考慮3種工況，計(jì)算結(jié)果如下：

?

表3.1-2 采用澆注母線后的單相接地電容電流全澆注母線電容電流約為630mm2電力電纜的電容電流0.5%，因其載流量是電纜的4倍以上，因此全澆注母線電容電流可以降低到原來的0.13%左右。

3.1-1 各段母線電纜及澆注母線長度匯總表

3.2 電容電流相關(guān)規(guī)范與分析

國內(nèi)有相關(guān)規(guī)范規(guī)定了單相接地電容電流的閾值。《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL5000-2000第13.3.2的規(guī)定：“當(dāng)高壓廠用電系統(tǒng)的接地電容電流在7A及其以下時(shí)，其中性點(diǎn)宜采用高電阻接地方式，也可采用不接地方式；當(dāng)接地電容電流大于7A時(shí)，其中性點(diǎn)宜采用低電阻接地方式，也可采用不接地方式。”

根據(jù)GB14285-2006《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》第4.13.3條規(guī)定：對(duì)電動(dòng)機(jī)當(dāng)“單相接地電流為10A及以上時(shí)保護(hù)動(dòng)作于跳閘,單相接地電流為10A以下時(shí)保護(hù)可動(dòng)作于跳閘，也可動(dòng)作于信號(hào)”。

《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(DL/T 5153-2002)4.2.1規(guī)定，“當(dāng)高壓廠用電系統(tǒng)的接地電容電流小于或等于=7A時(shí)，其中性點(diǎn)宜采用高電阻接地方式，也可采用不接地方式；當(dāng)接地電容電流大于7A時(shí)，其中性電宜采用低電阻接地方式，也可采用不接地方式”。

其條文說明中明確：“國外認(rèn)為接地電流在15A以內(nèi)時(shí)可以帶接地點(diǎn)運(yùn)行，在運(yùn)行中找出接地點(diǎn)后設(shè)法消除之。當(dāng)接地電流大于15A時(shí)，認(rèn)為是不允許的，必須立即跳閘，切除接地點(diǎn)。”“國內(nèi)采用不接地方式也具有豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但接地電容電流都在10A以內(nèi)。至于超過10A時(shí)，不接地運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)還很少。 ”“對(duì)于不接地系統(tǒng)，國內(nèi)對(duì)單相間歇性電弧接地時(shí)過電壓倍數(shù)的測(cè)試表明，一般為3倍左右，個(gè)別最大的可達(dá)到3.5倍，通過對(duì)中性點(diǎn)不接地的發(fā)電廠高壓廠用電系統(tǒng)的抽樣調(diào)查，在所調(diào)查的37次單相接地故障中有3次發(fā)展成相間短路，說明目前的高壓廠用電系統(tǒng)大多數(shù)能承受這個(gè)過電壓水平”。

綜上可見，當(dāng)系統(tǒng)的對(duì)地電容電流大于10A時(shí)，接地電弧不能自動(dòng)消除，易形成周期性重燃，可能引起系統(tǒng)的過電壓，這種過電壓的數(shù)值可達(dá)3.5倍相電壓，并易發(fā)展為相間短路，這給核電廠的安全運(yùn)行帶來了一定的威脅。

基于以上要求和分析，當(dāng)廠用電系統(tǒng)供電干線段采用全澆注母線槽，支線采用電纜供電時(shí),分析計(jì)算電容電流，高廠變最大電容電流發(fā)生在STAb (1LGD+ 1LGC+ 1LHB+ 9LGIA+0LGIA)供電網(wǎng)絡(luò)，其單相接地電流約為6.10A，輔助廠變最大電容電流發(fā)生在9LGJⅡ＋1LGC＋1LGD＋1LHB＋0LGIA＋9LGIA供電網(wǎng)絡(luò)，其單相接地電流約為6.12A，當(dāng)一臺(tái)輔助變故障時(shí)的供電網(wǎng)絡(luò)9LGJ+1LGB+1LGC+1LHB+9LGIA+9LGIB+(RCP、CRF主泵) ，其單相接地電流約為4.83A，從上述數(shù)據(jù)來看，其電容電流均小于10A的闕值，采用不接地系統(tǒng)能夠滿足GB14285-2006 的要求。

4 中壓澆注母線的電氣試驗(yàn)

4.1 型式及出廠試驗(yàn)

澆注母線的型式及出廠試驗(yàn)包括：工頻耐壓試驗(yàn)、雷電沖擊耐壓試驗(yàn)、動(dòng)穩(wěn)定試驗(yàn)、熱穩(wěn)定試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)、電阻量測(cè)與防護(hù)等級(jí)驗(yàn)證等，試驗(yàn)按照IEC標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)

澆注母線交接試驗(yàn)項(xiàng)目主要有：母線元件結(jié)合處接觸電阻測(cè)量、母線相序測(cè)試、絕緣電阻測(cè)試、交流耐壓試驗(yàn)、淋水試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)關(guān)系著母線是否可以投入正常運(yùn)行的保證。

鑒于澆注母線的特殊性，外殼為非金屬不導(dǎo)電材料，不同于電纜的地線或金屬屏蔽、共相母線的金屬外殼，所以澆注母線無法進(jìn)行正常的相對(duì)地試驗(yàn)。母線在運(yùn)輸、安裝過程中可能會(huì)因?yàn)槟承┰蛟斐杀砻媪鸭y，當(dāng)母線正常運(yùn)行時(shí)且空氣濕度較大時(shí)便會(huì)出現(xiàn)放電危險(xiǎn)，危及母線周邊的人員及設(shè)備的安全。

淋水試驗(yàn)是通過淋水進(jìn)行人為的相對(duì)地試驗(yàn)，是澆注母線裂紋檢查的有效方法，但試驗(yàn)的工作量較大。可結(jié)合各項(xiàng)目母線段的具體情況，進(jìn)行分段淋水試驗(yàn)合格后再澆注接頭，以控制檢查范圍。

5 結(jié)論

澆注母線在陽江項(xiàng)目上的使用，是中廣核集團(tuán)首次在核電工程建設(shè)中引入澆注母線產(chǎn)品。從上面的分析可以看出，澆注母線不僅絕緣性能優(yōu)良，而且體積小便于安裝；在散熱與驅(qū)潮方面，特殊的澆注材料都起到了顯著的效果。

澆注母線的應(yīng)用將大大降低了日常消耗與維護(hù)的工作量，滿足了設(shè)備在各種運(yùn)行條件下安全可靠的運(yùn)行要求，為系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來保障。隨著陽江項(xiàng)目澆注母線的成功應(yīng)用，臺(tái)山、防城港核電等項(xiàng)目也將陸續(xù)開始澆注母線的安裝使用。

[1]陽江核電廠工程澆注母線技術(shù)規(guī)格書

[2]JB/T 9639—1999 封閉母線

[3]戈東方，鐘大文.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：水利電力出版社

[4]GB 50052-2009 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范