核工业工程研究设计有限公司
摘要：低压配电系统是核电站厂用电系统的重要组成部分，在核电厂的安全与稳定中发挥重要作用。文章结合笔者实践积累，对核电厂配套设施低压配电系统设计的相关问题进行了探讨，供后续核岛低压系统设计参考。
关键词：核电厂；配套设施；配电系统；设计
核电厂配套设施是指核电厂中除核岛和常规岛以外的配套建筑物、构筑物及其设施的统称。包括核辅助厂房、生产辅助厂房、厂前区建筑物、仓库类建筑物、厂区附近建筑物、厂区工程设施、厂外工程设施、环境监测工程设施、生活区及其他有关建筑项目，在保证核电厂的安全运行中发挥重要作用。其中，配套设施是必不可少的配套设施，同时涉及的内容也较多，系统的设计也十分的复杂。海水淡化厂房是核电厂配套设施的主要子项之一，文章结合运行和在建核电站的技术指标和经验，对它的用电负荷、供配电方式、设备特性、控制方式、保护方式以及运行方式等相关问题进行了论述，用以提高核电厂配套设施设计水平，使配电系统满足设计原则、设计要求。
1用电负荷分析
（1）负荷分类。由于核电厂配套设施与核电厂的运行无直接关系，其功能不直接影响核电机组的运行，不直接涉及核安全的有关内容，因此，核电厂配套设施的用电负荷均为核电厂公用负荷。核电厂用电负荷分类与GB50052中的负荷分级无对应关系，需要根据各子项内具体情况设置供电回路。
（2）负荷计算及负荷分配。
负荷计算。核电厂配套设施各子项用电设备较多，基本以泵、风机、空调和照明等主要用电负荷，以除盐水厂房为例，用电设备如下：泵、电动阀；风机、空调、加热器；蓄电池充电器，UPS旁路柜；照明设备；PLC；周围子项的用电设备等。采用需要系数法，进行负荷计算，视在功率约为2500kVA，需在该子项内设置变压器。
负荷分配。红沿河二期海水淡化厂房为核电厂公用负荷，但该厂房工艺系统有两条海水淡化生产线，相互备用，任何一条生产线均满足核电厂运行的需要。根据工艺专业的要求，两条生产线用电设备不能引自同一段低压母线段。为此，在海水淡化厂房内设置两台2500kVA的变压器，分别向两段低压母线供电，两段母线之间设置联络开关，正常运行，联络开关断开，当一台变压器故障或检修，通过手动合上联络开关给另外一段配电盘供电；正常运行时两段低压母线分别向不同的工艺生产线用电设备放射式供电，并向周围子项提供交流220/380V电源。此外，根据工艺要求，部分核电厂配套设施子项可设一段低压母线，如厂区实验室、洗衣机房等，此处不再赘述。
2供配电方式
（1）供电电源。核电厂配套设施用电设备均属于核电站公用负荷，各变压器中压电源均引自全厂公用配电室的中压公用母段7LGIA002TB、7LGIB002TB。海水淡化厂房中两台变压器中压电源分别引自7LGIA002TB、7LGIB002TB，供电系统如图2所示。
图1上游供电系统图
（2）配电方式。各子项均采用放射式配电。以除盐水厂房为例，在每台变压器旁紧邻并排布置一组低压主配电盘，每组由若干面低压抽屉柜组成，由抽屉单元向泵、风机、电动阀、加热器、蓄电池充电器、UPS旁路柜、照明和周围子项供电。根据GB50052－2009第7.0.3条，当用电设备为大容量，或负荷性质重要，或在有特殊要求的车间、建筑物内，宜采用放射式配电，其优点是：配电线路故障互不影响，供电可靠性较高，配电设备集中，检修比较方便。图2为核电厂配套设施供配电原理图。
图2供配电原理图
3设备特性
（1）变压器。变压器容量一般为630kVA、800kVA、1000kVA、1250kVA、1600kVA、2000kVA、2500kVA、变压器选用三相环氧树脂浇注干式变压器，低压侧中性点直接接地并引出。变压器的主要特性参数如下：一次额定电压：6.6kV；二次额定电压：400V；频率：50Hz；环境温度：+5℃到50℃；阻抗电压：4%或6%；接线方式：DYn11。
（2）母线。母线在配电盘中水平和竖直安装，主要参数如下：额定电压：400V；额定绝缘电压：1000V；频率：50Hz；水平母线的额定电流：≥1600A（≤800kVA）；≥2000A（1000kVA）；≥2，500A（1250kVA）；垂直母线的额定电流：≥1400A；短路耐受电流：≥35kA（有效值）。
（3）配电盘。每个配电盘可包括下列单元：电缆连接小室；电压监测单元；装配隔离开关熔断器组、接触器抽出式单元；装配断路器的抽出式单元。
（4）抽屉单元。配电盘共有三种类型的抽屉单元：
电压监测单元。电压监测主要用于检测三相母线电压、电流和单相接地故障电流，主要包括以下电气设备：两个低电压继电器，通过切断110VDC直流母线开关，可断开所有带接触器的馈线回路；一个接地故障继电器，延时输出无源干接点，用于向DCS报警和断开相应中压电源；一个零序电流互感器，监测变压器及三相母排的接地故障电流；一个多功能表及其熔断器；三个相电压指示灯及其熔断器；三个电流互感器。
隔离开关熔断器组/接触器型馈线单元。隔离开关熔断器组/接触器型馈线单元主要用于泵、风机、电动阀、加热器等的供电及自动控制。主要包括以下电气设备：aM型熔断器；电动机综合保护器；接触器。
断路器型馈线单元。断路器型馈线单元主要用于向附近子项次配电盘、子项内照明箱和大于315A的电动机回路提供电源和自动控制。
4控制方式
主配电盘的控制和保护回路采用直流110V，直流电源引自各子项设置的直流配电系统。变压器的通断通过中压柜F－C回路实现就地手动和DCS远程控制。次配电盘的进线断路器采用就地手动控制。泵、风机、电动阀等工艺用电设备均可实现各子项内PLC控制和就地手动控制。
5保护方式
（1）变压器的保护
过负荷保护。变压器过负荷保护由6.6kV中压侧的综合保护装置提供，低压侧不设置保护。变压器过负荷保护定值一般为1.33In（In为中压侧变压器额定值）。
过流保护。变压器的过流保护由6.6kV中压侧熔断器提供，低压侧不设置保护。
单相接地故障保护。变压器低压侧中性点安装一个零序电流互感器，用于检测单相接地故障电流，通过380V电压监测单元内的延时接地故障继电器实现接地故障保护。设两个限值，第一限值为50A，延时1S后，接地故障报警，第二限值为0.6In（In为低压侧变压器额定值），保护动作于变压器6.6kV馈线接触器开断。零序电流互感器的安装位置如图3所示。
图3零序电流互感器的安装位置
（2）主配电盘三相母线的保护
短路保护和过负荷保护。低压侧不设置，由中压侧F－C回路提供。
低电压保护。通过两个低电压继电器监测到AB和AC线电压低于0.7Un时，电压监测单元向DCS报警“小室故障”，同时，切断直流控制母线开关，断开所有的带接触器的馈线回路。
（3）隔离开关熔断器组/接触器型馈线单元的保护设置
短路保护。短路保护由熔断器来完成，熔断器为aM型，只断短路电流，不断过载电流。
过载保护。过载保护由电动机综合保护器来实现。另外，加热器回路也采用隔离开关熔断器组/接触器型馈线单元，但不设置过载保护。
单相接地故障保护。由电动机综合保护器实现接地故障保护。
（4）断路器型馈线的保护设置
短路和过载保护。短路和过载保护由断路器本体的热磁脱扣器来实现。
单相接地故障保护。负荷为配电箱、配电柜照明箱的馈线回路需要设接地故障保护，通过馈线回路中的漏电继电器实现接地故障保护，整定值为1A，0.8S或0.3A速断。
6运行方式
（1）正常运行。在正常运行时，中压柜对每组配电盘相应容量的变压器供电，配电盘再将三相380V，50Hz的交流电馈电给其连接的负荷。
（2）瞬态运行。低压交流系统的瞬态有下列几种情况：短路；单相接地故障；三相母线低电压。
短路。三相母线短路：相应的中压侧熔断器熔断。主配电盘馈线回路短路：馈线回路中的熔断器熔断或断路器跳闸。
单相接地故障。第一阶段向DCS报警；第二阶段，通过闭合干接点触发6.6kV相应侧的接触器断开。隔离开关熔断器组/接触器型馈线的单相接地故障：由电动机综合保护器断开相应回路。断路器型馈线单相接地故障：由漏电继电器触发分励脱扣器，断开断路器。
三相母线低电压。通过两个低电压继电器监测两个线间电压低于0.7Un时，切断直流控制母线开关，使所有的带接触器的馈线回路断电。
7结语
综合所述，文章结合运行和在建核电站的技术指标和实践经验，对核电厂配套设施主要厂房海水淡化厂房的用电负荷进行了分析，整理归纳了低压配电系统的供配电方式，并介绍了低压配电系统的主要设备特性，以及控制、保护和运行方式，供参考。
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