CPR1000核電廠核島低壓配電系統設計總結

曾祥兵（中電投遠達環保工程有限公司，重慶北部新區401122）

CPR1000核電廠核島低壓配電系統設計總結

曾祥兵（中電投遠達環保工程有限公司，重慶北部新區401122）

對CPR1000核電廠建設過程中出現的核島低壓配電系統典型設計問題進行分析歸納，并提出核島低壓配電系統規范化設計流程、配電回路保護配置原則等總結性建議，供后續CPR1000核島低壓系統設計參考，有效地減少或避免類似問題在今后項目中繼續出現。

CPR1000；核島；低壓配電；保護配置；斷路器；選擇性；電纜

引言

回顧紅沿河、寧德等CPR1000核電廠工程建設過程，現場到貨的核島380V低壓開關柜頻繁發生抽屜移動改造或重新制作、更換標牌和開關元器件、增加電纜轉接箱等變更問題，導致大量抽屜單元及開關元器件的廢棄不可用、電纜重新選型及二次敷設更換，產生了額外變更成本及較大的現場返工量，著實對工程建設帶來了嚴重的影響。究其變更產生的原因復雜多樣，如提資反復變化、設計采購及施工等板塊之間進度不匹配、設計流程不嚴謹等方面。借此契機，本文將結合施工過程中出現的典型技術問題對核島380V低壓配電系統設計作歸納總結以供后續工程借鑒參考。

1 核島低壓配電系統概述

CPR1000核電廠核島380V低壓交流配電系統是為核島（核反應堆廠房、核輔助廠房、核燃料廠房、柴油發電機廠房及電氣廠房的總稱）低壓輔機設備（如泵、閥門、風機、壓縮機、吊車、電梯、整流逆變裝置、加熱器、照明及檢修等）專設的配電系統。

按照供電負荷等級分類可分為LK*系統和LL*系統，其中LK*系統接有與核安全、應急停堆無關的一般負荷，LK*系統配電盤主要集中在核島電氣廠房、核輔助廠房及燃料廠房內布置。而LL*系統接有與核安全相關的重要應急負荷，按照從6.6kV中壓應急母線LHA、LHB來的不同電源，LL*系統可分成A列和B列，布置于核島電氣廠房內兩個實體隔離的獨立分區。

核島380V低壓系統采用TN-S接地型式，但N線不配出。

2 已建工程中典型技術問題分析

2.1 配電回路元器件選擇及保護整定不合理

（1）選型時忽略了元器件可調范圍與保護設定值之間的配合，或是保護整定值制定時沒有充分考慮保護元器件（如熱繼電器）的可調范圍，出現給定定值與設備元器件可調范圍不匹配的情況。

（2）設計選型不統一，在滿足設計要求的情況下對于同一類型且同等功率水平的負荷回路選擇了不同的開關保護元件。

（3）上下級保護電器的參數選型沒有考慮保護協調配合，不滿足上下級保護動作選擇性要求。

由于核島低壓開關柜技術要求沿用了參考電站設計，所有饋線回路斷路器均選用非選擇性熱磁塑殼斷路器 （只帶長延時和瞬時兩段保護），當上下級饋線斷路器額定參數選擇相近時基本無法保證保護選擇性，如LKD001TB主配電段（PC）→MCC段LKL001TB→PMC002TB，放射式供電網絡見圖1所示。

圖1中主饋線斷路器CB1選擇為T5N630TMA500型（回路電流Ijs1=420A），分支斷路器CB2選擇為T5N400TMA400（回路電流Ijs2=275A）；電纜L1選擇為3×1×400mm2鋁芯，距離L1=180m；電纜L2選擇為2×（3×150mm2）鋁芯，距離L2=50m。

經過簡單計算后得出圖中K2點三相短路電流近似等于LKL001TB母線三相短路電流I″dk2≈7.8kA。

圖1

因PMC002TB下游用戶主要為吊裝類機械設備，電動機多采用了繞線式，則其尖峰電流可按3倍左右的回路計算電流考慮，即圖中PMC002TB上游開關CB2的瞬時動作電流可按Iset3=5×In=2000A整定，為了實現保護選擇性LKL001TB上游開關CB1的瞬時動作電流最大可按I′set3=10×I′n=5000A整定，盡管如此，因K2點三相短路電流I″dk2可達7.8kA≥1.3×I′set3=6500A，則斷路器CB1將和CB2同時動作，無選擇性可言。如圖1中CB1和CB2均選配電子式脫扣器，通過整定上下級開關保護動作時間級差即可滿足選擇性要求。

（4）在滿足設計要求的情況下，開關元件額定參數選擇裕度較小，當回路負荷用電量稍有變化則需更換元器件。

（5）接地故障保護靈敏性不符合要求。

如LLA段DSB001AR-50kW應急照明饋線回路，計算電流Ijs為95A，保護開關選擇熱磁脫扣型T3N250TMD125塑殼斷路器，瞬時脫扣器動作值（不可調）Izd1=10In=1250A；供電電纜選擇為YJY-0.6/1kV-3×70mm2銅芯，電纜敷設長度L= 350m。經過簡化計算后得出電纜末端單相短路接地電流Idmin= 546A，即有Idmin/Izd1=546/1250=0.44＜1.3，顯然所選斷路器的瞬時脫扣器不能滿足線路單相接地保護靈敏性要求，需為本回路增設接地故障保護。

2.2 電纜選型不規范問題

（1）對于部分供電電纜較長的負荷回路，未進行短路電流計算并校驗保護電器的動作靈敏性。

（2）不同設計人在解讀并執行標準規范過程中把握尺度不一致，對于相互備用的設備有時選用不同規格電纜。

2.3 電纜端接不匹配問題

（1）設計時電纜截面選擇普遍偏大，而設備生產廠家預留接線端子規格偏小，雙方之間缺少必要的溝通配合，導致終端用電設備預留電纜進線孔或接線端子太小無法與供電電纜端接。

（2）現場設備的電纜進線口與接線端子距離較近，空間不滿足電纜彎曲半徑要求，無法實現端接，往往通過新增電纜轉接箱同時更換較小截面電纜加以解決。

3 核島低壓配電系統設計總結

3.1 系統設計流程規范化

從上述典型問題分析可知，相當部分問題的出現更多是因為設計人過分依賴于參考電站設計所致，對設計驗證計算等必要的環節重視不夠，設計流程亟需規范，參照有關標準歸納總結典型設計流程如圖2所示。

3.2 核島低壓配電系統保護配置原則

根據嶺澳、紅沿河及寧德等已建或在建CPR1000機組核島低壓系統設計狀況以及參考RCC-E1993和《火力發電廠廠用電設計技術規定》（DL/T5153）的有關規定，核島低壓系統的電氣保護裝置宜按如下配置：

（1）單向旋轉電動機回路

該類回路選用斷路器（或熔斷器）-接觸器-熱繼電器組合的保護配置，其中斷路器（或熔斷器）作短路保護，熱繼電器作過載保護，而且對于斷路器宜選用只帶瞬時過電流脫扣器的非選擇性斷路器。當斷路器或熔斷器相間保護不能滿足單相接地故障保護靈敏性要求時，回路需增設單相接地故障保護措施。

圖2

（2）雙向旋轉的電動閥門回路

該類回路采用斷路器（或熔斷器）-可逆接觸器-熱繼電器組合的保護配置，其他要求同單向旋轉電動機回路。

（3）電加熱器回路

該種回路采用斷路器 （或熔斷器）-接觸器組合的保護配置，其中斷路器或熔斷器作為短路保護，接觸器作為操作電器。其他要求同電動機回路。

（4）饋電回路保護配置

該種回路具體可分兩種情況進行保護配置：

①對于連接就地小三箱（如照明、檢修、空調等小動力回路）的饋線回路可采用配熱磁脫扣器的斷路器作保護開關；

②對于連接MCC段的饋線回路宜采用帶電子脫扣器的塑殼斷路器或框架斷路器作保護開關以滿足保護選擇性要求，但考慮LL*系統開關柜成套設備需通過核級1E鑒定，在應用帶電子脫扣器的斷路器時應對供貨廠家要求提供必要的型式試驗報告證明。

4 結語

核電廠電氣系統直接關系著核電廠的安全穩定運行，這就要求電氣工程師在設計時對參考電站設計案例、設計標準和規范逐一研究，吃透每個技術點，重視設計過程控制，同時時刻關注低壓電氣設備新技術的發展，并敢于應用創新；此外，還需加強與采購、施工等板塊的溝通，及時發現和解決問題，避免把問題集中轉移至現場以造成惡劣影響。

[1]朱阿富.核電廠電氣[M].原子能出版社，1998，6.

[2]廣東核電培訓中心.900MW壓水堆核電站系統與設備（第1版）[M].原子能出版社，2005，3.

TM623

A

2095-2066（2016）05-0065-02

2016-2-2

曾祥兵（1985-），男，工程師，大學本科，主要從事發電廠工程電氣設計及管理工作。