中压浇注母线在核电站厂用电系统中的应用探究

2013-09-13雷亚清

电子测试 2013年17期

程强;林建;雷亚清

(中广核工程有限公司，深圳 518124)

0 引言

核电厂6.6kV厂用电系统是电厂设备供电网络的核心，为满足单元机组可用性和核安全的要求，构建可靠的6.6kV供电网，提高供电可靠性、可用率，对核电的安全、有效运行具有重要意义。

在我国核电大发展的背景下，现有核电建设装机很多都是4台机组、6台机组同时建设，而核电站外围厂房（简称BOP）子项一般都按照4台（或6台）机组的容量进行设计，6.6kV供电负载随之增大，而与供电网络大小密切相关的单相接地电容电流也有所增加，通过优化中压系统的供电连接方式，降低6.6kV厂用电系统的单相接地电容电流，对减少单相接地时弧光过电压对系统的影响，提高供电可靠性是非常必要的。

目前核电项目中辅助变压器6.6KV配电柜和LX厂房LGB、LGC配电柜分属于BOP和常规岛（简称CI），两系统间的电力连接一直是LG*中压系统中重要的组成部分，关系着中压系统下游诸多系统的调试及运行等任务，为此，阳江项目在LGB、LGC系统不再采用中压电缆软连接，而是率先选用目前世界上比较先进的三相一体式中压浇注母线。浇注母线产品已经诞生半个多世纪，其绝缘性能特别好且具备抗腐蚀特色，成品的最大防护等级可以达到IP67-68，所以一经安装完成投运，将几乎不再受环境影响，可以达到零维护功效。但在国内应用的还不多，而应用于国内核电工程尚属首次，因此对浇注母线的性能、安全性等诸多方面进行全面的分析论证，以确保其安全可靠是非常必要的。

1 电缆的特点及存在的问题

交联聚乙烯电力电缆在工厂供配电中广泛采用，具有介质损耗低，性能优良，结构简单，制造方便，外径小，质量轻，载流量大，敷设方便，不受高差限制，耐腐蚀，作终端和中间接头较简便等特点，但当使用电缆输送大电流负荷时，受截面及制造工艺限制，需要采用单芯电缆多线路并联方式，电缆终端的端接也比较复杂,一旦某根电力电缆出现问题，必然使其他电缆的载流量、温升加大，使得供电可靠性降低。另一方面单芯电缆铠装层、屏蔽层必须采用非磁性材料，价格较贵，而铠装层和屏蔽层又会导致电缆散热困难，载流量下降。

2 全浇注母线的特点与电缆的性能比较

全浇注母线采用“无机矿物质及EPOXY混合而成的绝缘材料”作为绝缘介质，因其热延展性为19×10-6与铜导体材料的热展性17×10-6极为接近，从而保障了母线的散热性能以及母线与绝缘材料之间的紧密结合,具有载流量大、运行可靠性高，免维护，耐腐蚀、防爆、防火等特点,同时其与电缆桥架的安装敷设方式接近，表1-1是全浇注母线与交流聚乙烯电力电缆电气性能比较表，从表中的数据可以看出全浇注母线的电气性能普遍优于交联聚乙烯电力电缆。以上所述的全浇注母线特点说明了其替代大截面单芯电缆，用于6.6kV厂用电系统供电干线上是可行的。

表1-1 全浇注母线与交联聚乙烯电力电缆电气性能比较表

3 6.6kV厂用电系统电容电流分析计算

计算核电站6.6kV厂用电系统的电容电流时需考虑以下几种工况：

（1）由高压厂用变压器为厂用电系统供电的正常工况；

（2）当高压厂用电变压器失电时由辅助变为机组永久母线（LGB、LGC）和应急母线（LHA、LHB）供电；

（3）在（2）的运行工况中，考虑一台辅助变压器故障，由另一台辅助变压器给机组永久母线和应急母线供电的工况，同时需启动一台RCP泵和一台CRF泵。

3.1 6.6kV厂用电系统供电干线采用全浇注母线，支线采用电缆

3.1.1 初始条件：根据初步设计短路电流计算结果，断路器回路最小电缆截面为120 mm2，F-C回路最小电缆截面为50mm2。

由#1辅助变压器9LGJI和#2辅助变压器9LGJII至1(2)LGB、1(2)LGC的供电线路由电缆改为全浇注母线。

主厂变STAa，STAb及主厂变STBa STBb至相应6.6kV进线的供电电缆改为全浇注母线。

3.1.2 电缆及全浇注母线长度

3.1-1 各段母线电缆及浇注母线长度汇总表

3.1.3 电容电流计算

电缆电容电流依照《电力工程电气设计手册电气一次部分》公式（3-2）：

Ic ——电容电流(A)，

S ——电缆截面(mm2)，

Ue——额定电压(kV)

L ——电缆长度（km）

浇注母线电容电流依照《电力工程电气设计手册电气一次部分》公式（3-1）：

其中 ω=2πfe

I C ——电容电流(A)，Ue——厂用电系统额定线电压（kV）；

ω——角频率

fe ——额定频率

C ——厂用电系统每相对地电容（µF），根据厂家提供资料浇注封闭母线（规格为3500A）的相对地电容为0.501547µF/km 。

根据表2.2-1及上述公式，考虑3种工况，计算结果如下：

表3.1-2 采用浇注母线后的单相接地电容电流全浇注母线电容电流约为630mm2电力电缆的电容电流0.5%，因其载流量是电缆的4倍以上，因此全浇注母线电容电流可以降低到原来的0.13%左右。

3.1-1 各段母线电缆及浇注母线长度汇总表

3.2 电容电流相关规范与分析

国内有相关规范规定了单相接地电容电流的阈值。《火力发电厂设计技术规程》DL5000-2000第13.3.2的规定：“当高压厂用电系统的接地电容电流在7A及其以下时，其中性点宜采用高电阻接地方式，也可采用不接地方式；当接地电容电流大于7A时，其中性点宜采用低电阻接地方式，也可采用不接地方式。”

根据GB14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》第4.13.3条规定：对电动机当“单相接地电流为10A及以上时保护动作于跳闸,单相接地电流为10A以下时保护可动作于跳闸，也可动作于信号”。

《火力发电厂厂用电设计技术规定》(DL/T 5153-2002)4.2.1规定，“当高压厂用电系统的接地电容电流小于或等于=7A时，其中性点宜采用高电阻接地方式，也可采用不接地方式；当接地电容电流大于7A时，其中性电宜采用低电阻接地方式，也可采用不接地方式”。

其条文说明中明确：“国外认为接地电流在15A以内时可以带接地点运行，在运行中找出接地点后设法消除之。当接地电流大于15A时，认为是不允许的，必须立即跳闸，切除接地点。”“国内采用不接地方式也具有丰富的运行经验，但接地电容电流都在10A以内。至于超过10A时，不接地运行经验还很少。 ”“对于不接地系统，国内对单相间歇性电弧接地时过电压倍数的测试表明，一般为3倍左右，个别最大的可达到3.5倍，通过对中性点不接地的发电厂高压厂用电系统的抽样调查，在所调查的37次单相接地故障中有3次发展成相间短路，说明目前的高压厂用电系统大多数能承受这个过电压水平”。

综上可见，当系统的对地电容电流大于10A时，接地电弧不能自动消除，易形成周期性重燃，可能引起系统的过电压，这种过电压的数值可达3.5倍相电压，并易发展为相间短路，这给核电厂的安全运行带来了一定的威胁。

基于以上要求和分析，当厂用电系统供电干线段采用全浇注母线槽，支线采用电缆供电时,分析计算电容电流，高厂变最大电容电流发生在STAb (1LGD+ 1LGC+ 1LHB+ 9LGIA+0LGIA)供电网络，其单相接地电流约为6.10A，辅助厂变最大电容电流发生在9LGJⅡ＋1LGC＋1LGD＋1LHB＋0LGIA＋9LGIA供电网络，其单相接地电流约为6.12A，当一台辅助变故障时的供电网络9LGJ+1LGB+1LGC+1LHB+9LGIA+9LGIB+(RCP、CRF主泵) ，其单相接地电流约为4.83A，从上述数据来看，其电容电流均小于10A的阙值，采用不接地系统能够满足GB14285-2006 的要求。