（三门核电有限公司浙江省台州市317112）
摘要：AP1000采用非能动设计，相比于其他堆型的核电站，AP1000没有1E级的交流电源系统，1E级直流与UPS系统（IDS）是唯一的1E级电源系统。基于AP1000的电源配置及电厂照明系统（ELS）的相关功能要求，主控室（MCR）照明电源来自于IDS系统，即IE级电源系统为非IE级系统提供电源，因此设计上应满足IEEE384的隔离要求。本文旨在通过对IDS系统及MCR照明进行介绍，阐述基于IEEE384的主控室照明改进方案。
关键词：IEEE384；电气隔离；主控室；照明
Abstract：AP1000adoptspassivedesign,andno1Ealternativecurrentpowersourcecomparedtoothernuclearpowerplant.Class1EDCandUninterruptiblePowerSupplySystem(IDS)istheonly1Epowersource.BasedonAP1000powersourcedesignandplantlightingsystem(ELS)functionrequirement,MainControlRoom(MCR)lightingpowerisfromIDSsystemandthatmeans1Esystemprovidespowertonon-1Esystem,thusIEEE384requirementshallbeperforminsuchdesign.ThispaperintendstointroduceIDSsystemandMCRlightingsystemandexpoundsmodifiedschemeofMCRlightingaccordingtoIEEE384.
Keyword：IEEE384；Electricalisolation；MCR；Lighting
1、概述
AP1000采用非能动设计，1E级直流与UPS系统（IDS）是唯一的1E级电源系统，IDS系统向电厂停堆必需的仪控、监测和其他重要功能所需的安全有关设备提供可靠电源。在失去交流电源时，蓄电池为必需的直流和交流UPS负荷提供持续供电，可以提供事故后24和72小时内电源。IDS同时为MCR的正常照明和应急照明提供电源。
电厂照明系统（ELS）属于非安全相关系统，不执行安全相关功能，但求执行执照申请相关功能及非安全相关的纵深防御功能。当厂内或厂外电源可用时，ELS为MCR提供满足视觉要求的正常照明。当失去正常照明时，ELS系统提供MCR内的应急照明，失电后的最初72小时内的电源由IDS系统提供，72小时后由2台辅助柴油发电机提供。
基于AP1000的电源配置及ELS系统相关功能要求，MCR照明的电源来自于IDS系统，即IE级电源系统为非IE级系统提供电源，因此该相关设计应满足IEEE384隔离要求。
2、电气隔离要求
2.1系统隔离要求
根据IEEE384-1981《IEEEStandardCriteriaforIndependenceofClass1EEquipmentandCircuits》，在1E与非1E级电气系统回路上要求进行电气隔离，其中7.12节对于电源回路隔离设备的要求为：隔离设备的非1E级侧最大可信电压或瞬态电流不会对1E级侧产生不可接受的影响。根据7.1.2.4节，IE级熔丝如满足下列要求，可作为隔离设备：
熔丝需提供寿期内的过流保护；
熔丝的过流保护特性需确保在上游设备动作前可靠断开；
电源系统应提供必要的故障电流，确保通过适当的保护整定而不失去IE级负荷。
为满足系统隔离要求，AP1000采用双熔丝盘作为隔离装置，其作用是为IDS系统的1E级220V交流配电盘和非1E级负荷间提供隔离，双熔丝盘是抗震Ⅰ类的IE级设备。
2.2实体隔离要求
电气回路所在的不同区域存在的潜在灾害风险程度是不同的，如某些区域存在高能管道、飞射物、可燃物、水淹等风险源，而某些区域则不需要考虑这些灾害。因此，需对其所在区域分类考虑，AP1000设计上分区为3类：非危险区、限制性危险区、危险区。
非危险区（Non-HazardArea），即灾害（主要指火灾）仅源自电缆自身的失效或内部故障的区域。该区域内不包含高能级设备，比如开关柜、变压器、转动设备、潜在的飞射物、或管道失效灾害、或外部火灾源。该区域内的回路用途仅是控制和仪表功能，或者是这些设备的电源，且这种电源回路全部安装在封闭式电缆通道内。根据AP1000设计，MCR属于非危险区。
根据IEEE384中6.1.3.3要求，非危险区（MCR）内非1E级和1E电缆回路之间的最小间距要求如下表1，在电气通道设计上应满足此实体隔离要求。
3.2新隔离方案
监管当局在进行审查时，就设计中1E级电源经过隔离装置后向非1E级负载供电情况提出了不符合项，认为设计方未能严格按照IEEE384要求对该非1E级回路开展系统瞬态分析，确定可信的极限瞬态电流或电压，也未能在试验中充分考核隔离器件。
设计方复核后发现存在非1E级负荷由不同1E级序列的电源供电，经1E级双熔丝盘隔离后敷设在同一非1E级电气通道中的情况，存在跨序列回路故障瞬态模式，如两台逆变器非同步并列运行而产生环流和高次谐波的风险，具体如下：
调压变压器运行-稳态：由于逆变器未按照并机运行进行设计，蓄电池在设计时也未考虑过逆变器侧负荷变化的情况，该负荷变化可能是由于两个逆变器间存在微小的电压、频率或相角偏差而导致的，这些偏差情况是难以明确定义的。
调压变压器运行-瞬态：引发调压变压器出现瞬时波动的可能情况包括：正常的电压波动VS时间响应，电机启动等。逆变器仅能在调压变压器输出在一定的范围内时进行跟踪。因此在调压变压器出现瞬态时，无法保证24h和72h的逆变器还能相互保持同步，当旁路输出超出规定范围时，将闭锁旁路切换。在这种情况下，可能会在这3个电源间出现不同程度的电压偏差（电压偏差、频率偏移、相角不同步），这将引发两种不可接受的后果：
电压偏差引发的故障电流可以使熔丝熔断，但故障切除时间大于保护和安全监控系统（PMS）能够承受的时间，并且无法保证此时的电压满足负荷运行需求。
电压偏差引发的故障电流很小，不足以使熔丝熔断，此时PMS侧的电压是否满足要求难以确定，并且还有可能引发不同逆变器间的负荷偏移。负荷偏移还将对蓄电池产生影响，而这种影响未经过分析验证。
此类瞬态多样复杂，难以通过有效分析来定量计算系统可信的极限参数，也无法就其对隔离器件进行试验考核。因此需将1E级隔离装置后的电气回路按照1E级回路分别独立敷设，以规避可能的跨序列回路故障。
基于现场实际，设计上取消A/D序列电源，并将MCR照明分为6个子系统，即B序列的24h、72h、Post72h，C序列的24h、72h、Post72h。1E级隔离装置及其上游回路按照1E级电气回路设计，隔离装置下游的照明回路按照相关回路要求设计，如图1中④所示，相关电缆敷设在抗震1类的电缆桥架和导管内，实现各子系统之间的系统隔离及实体隔离。由于MCR照明灯具为双灯管配置，电源分别来自于IDS的B、C序列，设计上要求对照明灯具内部的2个灯管回路进行实体隔离，如采用采用防火包裹的方式处理。
4、结论及建议
MRC照明相关电气隔离问题的提出和解决，使得各参与方对于IEEE384标准有了一个全新的理解和认识，特别是对于设计方和设计管理人员是一个认知水平的提高。
建议后续项目应关注如下方面：一方面根据监管要求和同行经验反馈等，设计方应不断加强对于标准的理解和执行，另一方面从设计源头提出IEEE384隔离的明确要求，并确保在施工设计和现场施工阶段落实。
参考文献
[1]IEEE384-1981《IEEEStandardCriteriaforIndependenceofClass1EEquipmentandCircuits》.
作者简介
李亮，电气工程师，从事核电厂电气设计管理工作。