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  • 頭條嶺澳核電站二期常規(guī)島及電站輔助設(shè)施接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法
    2021-02-02 作者:秦高原  |  來源:《電氣技術(shù)》  |  點(diǎn)擊率:
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    導(dǎo)語通過介紹廣東嶺澳核電站二期常規(guī)島及BOP(Balance of plant 電站輔助設(shè)施)接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)情況, 從功能、設(shè)備等方面論述核電站接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和具體方法,為核電站工程的接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了可借鑒的方法,并指出了進(jìn)一步優(yōu)化的可能。

    隨著我國核電事業(yè)的蓬勃發(fā)展,興建的核電站日益增多。在接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)這個(gè)問題上,雖然大量火力發(fā)電廠的接地方式,已在國內(nèi)已有較為廣泛應(yīng)用的做法,但是核電與火電相比,最大的特點(diǎn)就是要求更高的安全性、可靠性,因此接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與常規(guī)火電存在著差異。為此,有必要對(duì)核電站常規(guī)島及BOP接地系統(tǒng)做進(jìn)一步探討,為核電站工程的接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供可借鑒的方法。

    1.接地系統(tǒng)的功能

    廣東嶺澳核電站二期工程規(guī)劃建設(shè)2臺(tái)1000MW級(jí)壓水堆核電機(jī)組核電站,接地系統(tǒng)為全廠性共用系統(tǒng),涉及到核島(NI)、常規(guī)島(CI) 和BO P (Balance of plant)區(qū)域,本文僅對(duì)常規(guī)島及BOP接地系統(tǒng)進(jìn)行分析。

    1.1 BOP接地系統(tǒng)的功能

    嶺澳核電站二期工程在電氣裝置中使用主接地回路,其目的如下:

    (1)使得各種起源的故障電流流向大地(由間接或直接雷擊引起的電流沖擊操作過電壓,50Hz故障電流);

    (2)在故障發(fā)生地保障人員安全;

    (3)保護(hù)人員和電氣設(shè)備抵御大氣過電壓;

    (4) 對(duì)于沖擊電流,通過埋在溝中多個(gè)接地導(dǎo)線的相互連接來保證整個(gè)裝置在同一電位上。

    1.2 常規(guī)島接地系統(tǒng)的功能

    (1)為500kV系統(tǒng)(常規(guī)島外面)故障處留出的電流提供一路回到主變壓器中線的返回通路。故障電流可由大地、地下接地系統(tǒng)或由500kV系統(tǒng)接地線或在兩者之間分配的方式傳輸;

    接地返回電流流過主廠房接地網(wǎng),在此接地網(wǎng)上直接接有與500kV系統(tǒng)和主變壓器有關(guān)的所有其它接地連接線。主廠房接地應(yīng)能承載可能出線的全部故障電流,并維持周圍區(qū)域內(nèi)的接觸和跨步電位在可接受的水平上。

    (2)提供核實(shí)的地點(diǎn)使設(shè)備和部件可連接在一起并鉗制在地電位。這些連接在連接地坑里進(jìn)行。如上所述,連接系統(tǒng)必須對(duì)地連接,以減少主廠房的接觸和跨步電位到可接受的水平。在主廠房?jī)?nèi)27kV、6kV和380V各系統(tǒng)上的接地故障應(yīng)不引起電流流過接地坑,而應(yīng)流過設(shè)計(jì)用來容納這個(gè)電流的設(shè)備連接;

    (3)提供一個(gè)儀表接地系統(tǒng),與主接系統(tǒng)絕緣以避免形成接地故障電流回路而影響常規(guī)島的儀表和控制。

    2.接地系統(tǒng)的構(gòu)成

    根據(jù)上面分析的各單元接地系統(tǒng)的功能, 為了滿足這些功能, 接地系統(tǒng)應(yīng)包括由以下幾部分構(gòu)成:

    (1)由各建筑物的地下網(wǎng)相聯(lián)的全廠接地主網(wǎng);

    (2)由沿建筑物內(nèi)表面布置,形成環(huán)網(wǎng)或匯流排的接地母線以及設(shè)備接地導(dǎo)線組成的安全接地網(wǎng);

    (3)由專供電子儀器或儀表與接地用的匯流排組成的電子接地網(wǎng);

    (4)防雷接地網(wǎng)。

    3.接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    3.1接地主網(wǎng)

    在接地故障期間,離地面不同距離的地點(diǎn)有不同的電位,在整個(gè)故障電流流向大地的期間當(dāng)人身體的不同部位與不同電位的各點(diǎn)相接觸時(shí),會(huì)有50 Hz 的電流穿過其身體。

    地下接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)必須按照IEC479規(guī)定使得這些電流被限制在對(duì)人員不產(chǎn)生危險(xiǎn)的數(shù)值內(nèi):220mA持續(xù)0.1秒;190mA持續(xù)0.2秒;130mA持續(xù)0.4秒。

    為了滿足這個(gè)要求地下接地主網(wǎng)必須是網(wǎng)狀的使得在裝置某一特定點(diǎn)上導(dǎo)線的故障不會(huì)引起該點(diǎn)與裝置其他部分隔離,在重要區(qū)域如500 kV開關(guān)站平臺(tái)上的高壓設(shè)備附近的接地網(wǎng)較密

    3.1.1深埋接地回路

    常規(guī)島及 BOP較為重要的廠房在進(jìn)行土建施工時(shí),在建筑物下面基礎(chǔ)層上布置了深層地下接地網(wǎng),也就是深埋接地回路。采用深埋的原因是為了減輕不同地質(zhì)屬性土壤間電阻率的差別,以及避免土壤凍結(jié)和干燥的現(xiàn)象。深埋接地回路一般埋深為地下1米至5米間,裸銅纜導(dǎo)體敷設(shè)在一個(gè)約30cm深并鋪有低電阻材料(腐植土)的小溝中以獲得與大地的良好接觸。

    3.1.2淺埋接地回路

    淺埋接地回路由沿建筑物內(nèi)表面布置、形成環(huán)網(wǎng)或匯流母線的接地線組成,埋在地下1米左右的深度,用于連接檢查井和各建筑物的深層地下接地網(wǎng)。一些面積較小的廠房,以及部分建筑物根據(jù)其所處位置的土壤性質(zhì),可以只設(shè)置淺埋接地回路。

    深埋接地回路及淺埋接地回路均采用185mm2截面的裸銅線,淺埋接地回路原則上埋設(shè)在建筑物外圍,并形成環(huán)繞型地網(wǎng)。各建筑物地網(wǎng)間用淺埋布置方式相聯(lián),連接導(dǎo)體也采用185mm2截面的裸銅線,從而形成全廠的主接地網(wǎng)。各建筑物地網(wǎng)至少有兩點(diǎn)與主地網(wǎng)相聯(lián),以防在任何一點(diǎn)接地導(dǎo)線斷裂時(shí),不會(huì)使建筑物與主地網(wǎng)分離。地網(wǎng)導(dǎo)體間的連接采用放熱焊接工藝,確保接地導(dǎo)線的可靠連接。

    3.1.3接地檢查井

    接地檢查井的作用是使深埋接地網(wǎng)和淺埋接地網(wǎng)的接地導(dǎo)線在地理位置上便于連接,能對(duì)埋在地下的接地導(dǎo)線的電氣連通性進(jìn)行檢查,便于測(cè)量所連接地網(wǎng)的接地電阻。通常情況下, 接地檢查井設(shè)置在建筑物周圍, 大小為1100mm ×1100mm×1100mm (長×寬×深) ,內(nèi)部置有環(huán)形50mm×5mm銅排供接地連接用。一個(gè)檢查井能接受2~4個(gè)接至地下接地網(wǎng)的連接點(diǎn)或5~ 7個(gè)高壓電力系統(tǒng)的中性線。接地檢查井內(nèi)部構(gòu)造見圖1。

     

    嶺澳核電站二期常規(guī)島及電站輔助設(shè)施接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

    圖1 接地檢查井平剖面圖

    3.1.4接地母排

    接地母排安裝在建筑物內(nèi)部(通常在地下室) ,沒有地下室的建筑物裝在一層, 并兼有戶內(nèi)檢查井的功能。它通過兩根根185 mm 2 的裸銅纜與深埋地下接地網(wǎng)或室外接地檢查井相連。接地母排一般為620mm×50mm×6mm(長×高×厚)的銅排, 安裝高度距地面1.0米。

    3.2安全接地網(wǎng)

    建筑物內(nèi)的接地網(wǎng)和設(shè)備與接地網(wǎng)的保護(hù)連接構(gòu)成安全接地網(wǎng),安全接地網(wǎng)在建筑物內(nèi)一般為架空敷設(shè),如固定在橋架上或墻上。建筑物內(nèi)電壓高于50 V的電氣設(shè)備外殼金屬框架電纜金屬層變壓器中性點(diǎn)等均與此地網(wǎng)相連。

    對(duì)于低壓配電系統(tǒng)來說,安全接地網(wǎng)相當(dāng)于TN-S系統(tǒng),由于構(gòu)成接地網(wǎng)的裸銅纜起到了PE保護(hù)線的作用,所以在380V配電系統(tǒng)中可以省去PE芯線。建筑物的安全接地網(wǎng)在其2端至少應(yīng)有2點(diǎn)與全廠接地主網(wǎng)相連,連接點(diǎn)在建筑物內(nèi)不同的接地銅排上。

    嶺澳二期核電站常規(guī)島廠房主接地導(dǎo)線安裝在MX 廠房電纜橋架上。在0.2m,16. 2 m 及28.2m等樓層電纜橋架上,沿橋架的側(cè)邊安裝185 mm2的裸銅線構(gòu)成接地環(huán),并在常規(guī)島廠房A 排及C 排的1、11號(hào)柱,B排的11號(hào)柱與五個(gè)接地井相連。為主廠房?jī)?nèi)設(shè)備接地提供接地環(huán)。

    TA(變壓器)區(qū)地網(wǎng)位于汽輪機(jī)房TA區(qū)地下標(biāo)高-4.0m處,地下接地網(wǎng)為該區(qū)域的設(shè)備提供接地極,發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)和變壓器中性點(diǎn)同樣要由此接地。截面185mm2的標(biāo)準(zhǔn)裸銅絞線以兩米見方的網(wǎng)格組成的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了地下接地系統(tǒng)。引上線以鍍鋅鋼管做保護(hù),壓接至標(biāo)高+0.8m的接地排上。經(jīng)接地井接至汽機(jī)房地網(wǎng)部分使用截面300mm2的標(biāo)準(zhǔn)裸銅絞線。

    3.3電子接地網(wǎng)

    電子設(shè)備通過專用分線箱一點(diǎn)接入接地主網(wǎng),各電子設(shè)備與分線箱之間用6mm2 絕緣導(dǎo)線連接,分線箱與接地主網(wǎng)之間用50mm2裸銅纜連接。

    3.3防雷接地網(wǎng)

    防雷保護(hù)系統(tǒng)由避雷器(針或帶) 引下線,連接線和接地網(wǎng)組成。

    常規(guī)島MX廠房頂部,用25x3mm的銅排布置網(wǎng)格避雷網(wǎng)。采用25x3mm的銅排作為引下線,引下線均勻分布在廠房四周,沿廠房外墻引下。引下線連接到多個(gè)打入地下的接地棒,構(gòu)成獨(dú)立的防雷保護(hù)系統(tǒng)。

    對(duì)BOP內(nèi)二三類防雷建筑物需裝設(shè)防雷設(shè)施。在屋面上采用鍍鋅圓鋼做避雷網(wǎng)帶,在整個(gè)屋面樓板內(nèi)用Φ12鋼筋焊成3mx3m的網(wǎng),與柱內(nèi)防雷引下線焊通,屋頂沿女兒墻頂或排水天溝頂一周用Φ12圓鋼明裝避雷帶,突出女兒墻頂或排水天溝頂高度為200mm,與屋面防雷網(wǎng)及柱內(nèi)防雷引下線焊通。

    在廠房對(duì)角柱內(nèi)及間隔大于20米的柱內(nèi)用2根Φ16鋼筋作為防雷引下線,防雷引下線在柱頂與屋面板內(nèi)防雷網(wǎng)焊接接通, 并引出屋面(女兒墻)200mm,下部與基礎(chǔ),基礎(chǔ)梁及樁的防雷鋼筋焊接接通,并在-1.0m(離地面)處預(yù)埋鋼板100mmx100mmx6mm,將防雷引下線引出柱外,作為接地引出點(diǎn),與全廠接地網(wǎng)連接。上述用作避雷帶、引下線和自然接地體的鍍鋅圓鋼和鋼筋,用電焊連接成電氣通路。

    4.設(shè)備接地

    4.1電氣設(shè)備接地

    常規(guī)島和BOP的電氣設(shè)備,按其保護(hù)接地的不同方式,可分成4大類:

    (1)各種電氣柜,包括開關(guān)柜、配電盤、操作控制盤。繼電器柜等設(shè)備。這些電氣柜一般在柜內(nèi)均裝有接地母排,氣金屬外殼(包括門及盤面)通過多股軟銅線相連后,再與接地母排連接,也有通過代黃綠顏色的專用接地多股銅絞線接到母排上,母排的兩端通過黃綠色接地線介入接地主網(wǎng)。

    (2)電動(dòng)機(jī)、變壓器設(shè)備。電動(dòng)機(jī)的外殼通過裸銅絞線接入建筑物內(nèi)的接地母線網(wǎng)上。變壓器中性點(diǎn)用裸銅線同變壓器柜內(nèi)的接地銅排連接。變壓器柜的各個(gè)金屬部分用多股銅絞線將變壓器外殼連成一個(gè)等電位體,在用銅絞線連接到接地母排上。接地母排在連接到建筑物內(nèi)的接地母線網(wǎng)上。

    (3)電纜接地。常規(guī)島的電纜,采用了電纜固定頭將電纜固定在箱體上,對(duì)帶有鎧裝層(或屏蔽層)的電纜,采用可將鎧裝層緊密地壓緊并帶有銅接地端子的電纜固定頭。利用此接地端子,用地線將電纜接到電氣柜的外殼或直接接到接地母排上。BOP的電纜,對(duì)具有鎧裝層的電纜,用金屬固定帶將接地線同鎧裝層綁緊,用熱塑套頭將電纜頭密封起來,引出的接地線接入安全接地系統(tǒng)。

    (4)電纜橋架接地。沿電纜橋架的走向,每隔500mm用C型夾將裸銅線固定在電纜橋架上。大約每隔20m~25m,用70mm2裸銅線將不同層的電纜橋架連接起來,各層用BB夾進(jìn)行固定。

    4.2 儀表設(shè)備接地

    儀表接線盒、儀表實(shí)驗(yàn)箱。閥門隔離開關(guān)??刂票P柜。儀表盤柜外殼使用16mm2接地電纜;電動(dòng)閥門功率小于5kW的使用6mm2接地電纜,電動(dòng)閥門功率大于5kW的使用16mm2接地電纜;所有的電纜分支架一次用16mm2接地電纜與主支架連通;對(duì)于設(shè)備接地,通過接地線直接連接到主接地網(wǎng),對(duì)設(shè)備比較集中而又遠(yuǎn)離主接地網(wǎng)的區(qū)域可通過一根16mm2接地線作為接地母線,其余設(shè)備分布與其相連。

    5. 結(jié)語

    嶺澳核電站二期全廠接地系統(tǒng)由接地主網(wǎng)、安全接地網(wǎng)、電子接地網(wǎng)及防雷接地網(wǎng)各個(gè)分系統(tǒng)構(gòu)成,在每個(gè)建筑物內(nèi)各個(gè)系統(tǒng)均獨(dú)立設(shè)置,通過戶內(nèi)接地銅排連接在一起,再通過戶外接地井與全廠接地網(wǎng)連接。與國內(nèi)電廠接地系統(tǒng)的做法相比較,其功能分工清晰、明確、檢測(cè)維護(hù)方便。

    在具體的做法里面,也有一些待改進(jìn)的地方。在設(shè)有深埋接地的廠房,可以考慮將深埋接地與淺埋接地結(jié)合起來做一個(gè)深淺結(jié)合的地網(wǎng)。在建筑物外圍做一個(gè)環(huán)繞型淺埋接地網(wǎng),在建筑物的基礎(chǔ)層下做深埋接地,兩者連接后即形成一個(gè)外圍淺,中間深的地網(wǎng)。TA區(qū)的接地網(wǎng)網(wǎng)格可考慮由2mx2m改為5mx5m或10mx10m等。

    (編自《電氣技術(shù)》,原文標(biāo)題為“ 嶺澳核電站二期常規(guī)島及BOP接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介及思考”,作者為秦高原。)