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岭澳核电站二期常规岛及电站辅助设施接地系统的设计方法

日期:2019-12-17    来源:《电气技术》  作者:秦高原

国际电力网

2019
12/17
11:29

关键词: 核电站 电站辅助设施 电气装置

   通过介绍广东岭澳核电站二期常规岛及BOP(Balance of plant 电站辅助设施)接地系统的设计情况, 从功能、设备等方面论述核电站接地系统的设计原则和具体方法,为核电站工程的接地系统设计提供了可借鉴的方法,并指出了进一步优化的可能。

  随着我国核电事业的蓬勃发展,兴建的核电站日益增多。在接地系统设计这个问题上,虽然大量火力发电厂的接地方式,已在国内已有较为广泛应用的做法,但是核电与火电相比,最大的特点就是要求更高的安全性、可靠性,因此接地系统的设计与常规火电存在着差异。为此,有必要对核电站常规岛及BOP接地系统做进一步探讨,为核电站工程的接地系统设计提供可借鉴的方法。
  1.接地系统的功能
  广东岭澳核电站二期工程规划建设2台1000MW级压水堆核电机组核电站,接地系统为全厂性共用系统,涉及到核岛(NI)、常规岛(CI) 和BO P (Balance of plant)区域,本文仅对常规岛及BOP接地系统进行分析。
  1.1 BOP接地系统的功能
  岭澳核电站二期工程在电气装置中使用主接地回路,其目的如下:
  (1)使得各种起源的故障电流流向大地(由间接或直接雷击引起的电流冲击操作过电压,50Hz故障电流);
  (2)在故障发生地保障人员安全;
  (3)保护人员和电气设备抵御大气过电压;
  (4) 对于冲击电流,通过埋在沟中多个接地导线的相互连接来保证整个装置在同一电位上。
  1.2 常规岛接地系统的功能
  (1)为500kV系统(常规岛外面)故障处留出的电流提供一路回到主变压器中线的返回通路。故障电流可由大地、地下接地系统或由500kV系统接地线或在两者之间分配的方式传输;
  接地返回电流流过主厂房接地网,在此接地网上直接接有与500kV系统和主变压器有关的所有其它接地连接线。主厂房接地应能承载可能出线的全部故障电流,并维持周围区域内的接触和跨步电位在可接受的水平上。
  (2)提供核实的地点使设备和部件可连接在一起并钳制在地电位。这些连接在连接地坑里进行。如上所述,连接系统必须对地连接,以减少主厂房的接触和跨步电位到可接受的水平。在主厂房内27kV、6kV和380V各系统上的接地故障应不引起电流流过接地坑,而应流过设计用来容纳这个电流的设备连接;
  (3)提供一个仪表接地系统,与主接系统绝缘以避免形成接地故障电流回路而影响常规岛的仪表和控制。
  2.接地系统的构成
  根据上面分析的各单元接地系统的功能, 为了满足这些功能, 接地系统应包括由以下几部分构成:
  (1)由各建筑物的地下网相联的全厂接地主网;
  (2)由沿建筑物内表面布置,形成环网或汇流排的接地母线以及设备接地导线组成的安全接地网;
  (3)由专供电子仪器或仪表与接地用的汇流排组成的电子接地网;
  (4)防雷接地网。
  3.接地系统的设计
  3.1接地主网
  在接地故障期间,离地面不同距离的地点有不同的电位,在整个故障电流流向大地的期间当人身体的不同部位与不同电位的各点相接触时,会有50 Hz 的电流穿过其身体。
  地下接地网的设计必须按照IEC479规定使得这些电流被限制在对人员不产生危险的数值内:220mA持续0.1秒;190mA持续0.2秒;130mA持续0.4秒。
  为了满足这个要求地下接地主网必须是网状的使得在装置某一特定点上导线的故障不会引起该点与装置其他部分隔离,在重要区域如500 kV开关站平台上的高压设备附近的接地网较密
  3.1.1深埋接地回路
  常规岛及 BOP较为重要的厂房在进行土建施工时,在建筑物下面基础层上布置了深层地下接地网,也就是深埋接地回路。采用深埋的原因是为了减轻不同地质属性土壤间电阻率的差别,以及避免土壤冻结和干燥的现象。深埋接地回路一般埋深为地下1米至5米间,裸铜缆导体敷设在一个约30cm深并铺有低电阻材料(腐植土)的小沟中以获得与大地的良好接触。
  3.1.2浅埋接地回路
  浅埋接地回路由沿建筑物内表面布置、形成环网或汇流母线的接地线组成,埋在地下1米左右的深度,用于连接检查井和各建筑物的深层地下接地网。一些面积较小的厂房,以及部分建筑物根据其所处位置的土壤性质,可以只设置浅埋接地回路。
  深埋接地回路及浅埋接地回路均采用185mm2截面的裸铜线,浅埋接地回路原则上埋设在建筑物外围,并形成环绕型地网。各建筑物地网间用浅埋布置方式相联,连接导体也采用185mm2截面的裸铜线,从而形成全厂的主接地网。各建筑物地网至少有两点与主地网相联,以防在任何一点接地导线断裂时,不会使建筑物与主地网分离。地网导体间的连接采用放热焊接工艺,确保接地导线的可靠连接。
  3.1.3接地检查井
  接地检查井的作用是使深埋接地网和浅埋接地网的接地导线在地理位置上便于连接,能对埋在地下的接地导线的电气连通性进行检查,便于测量所连接地网的接地电阻。通常情况下, 接地检查井设置在建筑物周围, 大小为1100mm ×1100mm×1100mm (长×宽×深) ,内部置有环形50mm×5mm铜排供接地连接用。一个检查井能接受2~4个接至地下接地网的连接点或5~ 7个高压电力系统的中性线。接地检查井内部构造见图1。
  
  3.1.4接地母排
  接地母排安装在建筑物内部(通常在地下室) ,没有地下室的建筑物装在一层, 并兼有户内检查井的功能。它通过两根根185 mm 2 的裸铜缆与深埋地下接地网或室外接地检查井相连。接地母排一般为620mm×50mm×6mm(长×高×厚)的铜排, 安装高度距地面1.0米。
  3.2安全接地网
  建筑物内的接地网和设备与接地网的保护连接构成安全接地网,安全接地网在建筑物内一般为架空敷设,如固定在桥架上或墙上。建筑物内电压高于50 V的电气设备外壳金属框架电缆金属层变压器中性点等均与此地网相连。
  对于低压配电系统来说,安全接地网相当于TN-S系统,由于构成接地网的裸铜缆起到了PE保护线的作用,所以在380V配电系统中可以省去PE芯线。建筑物的安全接地网在其2端至少应有2点与全厂接地主网相连,连接点在建筑物内不同的接地铜排上。
  岭澳二期核电站常规岛厂房主接地导线安装在MX 厂房电缆桥架上。在0.2m,16. 2 m 及28.2m等楼层电缆桥架上,沿桥架的侧边安装185 mm2的裸铜线构成接地环,并在常规岛厂房A 排及C 排的1、11号柱,B排的11号柱与五个接地井相连。为主厂房内设备接地提供接地环。
  TA(变压器)区地网位于汽轮机房TA区地下标高-4.0m处,地下接地网为该区域的设备提供接地极,发电机中性点和变压器中性点同样要由此接地。截面185mm2的标准裸铜绞线以两米见方的网格组成的网络构成了地下接地系统。引上线以镀锌钢管做保护,压接至标高+0.8m的接地排上。经接地井接至汽机房地网部分使用截面300mm2的标准裸铜绞线。
  3.3电子接地网
  电子设备通过专用分线箱一点接入接地主网,各电子设备与分线箱之间用6mm2 绝缘导线连接,分线箱与接地主网之间用50mm2裸铜缆连接。
  3.3防雷接地网
  防雷保护系统由避雷器(针或带) 引下线,连接线和接地网组成。
  常规岛MX厂房顶部,用25x3mm的铜排布置网格避雷网。采用25x3mm的铜排作为引下线,引下线均匀分布在厂房四周,沿厂房外墙引下。引下线连接到多个打入地下的接地棒,构成独立的防雷保护系统。
  对BOP内二三类防雷建筑物需装设防雷设施。在屋面上采用镀锌圆钢做避雷网带,在整个屋面楼板内用Φ12钢筋焊成3mx3m的网,与柱内防雷引下线焊通,屋顶沿女儿墙顶或排水天沟顶一周用Φ12圆钢明装避雷带,突出女儿墙顶或排水天沟顶高度为200mm,与屋面防雷网及柱内防雷引下线焊通。
  在厂房对角柱内及间隔大于20米的柱内用2根Φ16钢筋作为防雷引下线,防雷引下线在柱顶与屋面板内防雷网焊接接通, 并引出屋面(女儿墙)200mm,下部与基础,基础梁及桩的防雷钢筋焊接接通,并在-1.0m(离地面)处预埋钢板100mmx100mmx6mm,将防雷引下线引出柱外,作为接地引出点,与全厂接地网连接。上述用作避雷带、引下线和自然接地体的镀锌圆钢和钢筋,用电焊连接成电气通路。
  4.设备接地
  4.1电气设备接地
  常规岛和BOP的电气设备,按其保护接地的不同方式,可分成4大类:
  (1)各种电气柜,包括开关柜、配电盘、操作控制盘。继电器柜等设备。这些电气柜一般在柜内均装有接地母排,气金属外壳(包括门及盘面)通过多股软铜线相连后,再与接地母排连接,也有通过代黄绿颜色的专用接地多股铜绞线接到母排上,母排的两端通过黄绿色接地线介入接地主网。
  (2)电动机、变压器设备。电动机的外壳通过裸铜绞线接入建筑物内的接地母线网上。变压器中性点用裸铜线同变压器柜内的接地铜排连接。变压器柜的各个金属部分用多股铜绞线将变压器外壳连成一个等电位体,在用铜绞线连接到接地母排上。接地母排在连接到建筑物内的接地母线网上。
  (3)电缆接地。常规岛的电缆,采用了电缆固定头将电缆固定在箱体上,对带有铠装层(或屏蔽层)的电缆,采用可将铠装层紧密地压紧并带有铜接地端子的电缆固定头。利用此接地端子,用地线将电缆接到电气柜的外壳或直接接到接地母排上。BOP的电缆,对具有铠装层的电缆,用金属固定带将接地线同铠装层绑紧,用热塑套头将电缆头密封起来,引出的接地线接入安全接地系统。
  (4)电缆桥架接地。沿电缆桥架的走向,每隔500mm用C型夹将裸铜线固定在电缆桥架上。大约每隔20m~25m,用70mm2裸铜线将不同层的电缆桥架连接起来,各层用BB夹进行固定。
  4.2 仪表设备接地
  仪表接线盒、仪表实验箱。阀门隔离开关。控制盘柜。仪表盘柜外壳使用16mm2接地电缆;电动阀门功率小于5kW的使用6mm2接地电缆,电动阀门功率大于5kW的使用16mm2接地电缆;所有的电缆分支架一次用16mm2接地电缆与主支架连通;对于设备接地,通过接地线直接连接到主接地网,对设备比较集中而又远离主接地网的区域可通过一根16mm2接地线作为接地母线,其余设备分布与其相连。
  5. 结语
  岭澳核电站二期全厂接地系统由接地主网、安全接地网、电子接地网及防雷接地网各个分系统构成,在每个建筑物内各个系统均独立设置,通过户内接地铜排连接在一起,再通过户外接地井与全厂接地网连接。与国内电厂接地系统的做法相比较,其功能分工清晰、明确、检测维护方便。
  在具体的做法里面,也有一些待改进的地方。在设有深埋接地的厂房,可以考虑将深埋接地与浅埋接地结合起来做一个深浅结合的地网。在建筑物外围做一个环绕型浅埋接地网,在建筑物的基础层下做深埋接地,两者连接后即形成一个外围浅,中间深的地网。TA区的接地网网格可考虑由2mx2m改为5mx5m或10mx10m等。
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