核電站核島電氣隔離準(zhǔn)則研究

杜志平

【摘 要】現(xiàn)今，電氣配電等設(shè)計(jì)已經(jīng)非常成熟，然而電氣隔離作為核電站獨(dú)有的，且保證冗余性實(shí)現(xiàn)的重要方面卻極少有關(guān)注。隨著核電站的發(fā)展，冗余性、安全性要求越來越高，作為所有這些功能實(shí)現(xiàn)的保障，顯得尤為重要。本文將影響隔離的各方面進(jìn)行分析，以便在后期核電站電氣設(shè)計(jì)中發(fā)揮積極作用。

【關(guān)鍵詞】電氣隔離；電纜敷設(shè)；安全列；冗余

0 概述

核電廠系統(tǒng)按照系統(tǒng)功能的性質(zhì)，分為安全系統(tǒng)和非安全系統(tǒng)。每個(gè)安全系統(tǒng)的動(dòng)力源、儀表和控制部分都應(yīng)由一個(gè)以上的安全組組成，其中任何一個(gè)安全組都能完成該系統(tǒng)的安全功能。為了確保任何一組安全系統(tǒng)在執(zhí)行功能時(shí)，尤其在事故工況下，不受其他組的影響能夠執(zhí)行安全功能，故采用電氣隔離的方法確保每一列的獨(dú)立性。

電氣隔離包含電氣設(shè)備和電路的隔離，本文從這兩個(gè)方面結(jié)合安全性的要求就隔離的具體實(shí)施要求進(jìn)行闡述，以指導(dǎo)后續(xù)項(xiàng)目開展相關(guān)設(shè)計(jì)工作。

1 電氣設(shè)備隔離

電氣設(shè)備隔離通常使用安全級(jí)構(gòu)筑物、一定的分隔距離、屏障等，確保電氣設(shè)備和電路的實(shí)體隔離。具體視設(shè)備的功能進(jìn)行隔離，具體如下：

1.1 安全級(jí)設(shè)備和非安全級(jí)設(shè)備的隔離

安全級(jí)和非安全級(jí)設(shè)備應(yīng)完全電氣隔離，以確保非安全級(jí)設(shè)備的損壞不會(huì)影響安全級(jí)設(shè)備。在新型的核電站中增加了一類新的抗震等級(jí)，即在地震事故下，設(shè)備保持完整性，而不必保持功能性。

同時(shí)，在安全級(jí)系統(tǒng)與非安全級(jí)系統(tǒng)相連時(shí)，通過增加隔離裝置以避免非安全級(jí)設(shè)備對(duì)安全級(jí)設(shè)備的影響。對(duì)于電力電路來說隔離裝置可以是斷路器或熔斷器；對(duì)于儀表和控制電路來說，可以選擇放大器，控制開關(guān)，電流互感器，光纖耦合器，光-電耦合器，繼電器，轉(zhuǎn)換器，電源裝置，斷路器等作為隔離裝置。

1.2 不同列之間的安全級(jí)設(shè)備隔離

電氣設(shè)備的隔離用以確保在某一列發(fā)生故障時(shí)，相鄰列能夠執(zhí)行安全功能。故列與列的連接應(yīng)盡量減少，然而在某些情況下，為了系統(tǒng)的安全性跨列連接不可避免，比如檢修期間的供電情況以及特殊系統(tǒng)的跨列供電等。

此時(shí)就要做好相應(yīng)隔離，隔離裝置可以根據(jù)電路的性能來選擇，對(duì)于電源類，在兩側(cè)各加裝一隔離裝置以進(jìn)行隔離，隔離裝置同上。

2 電路隔離

2.1 電壓等級(jí)隔離

電纜隔離要考慮的一個(gè)重要方面，便是電壓等級(jí)隔離，即不同電壓等級(jí)的電纜必須保證一定的獨(dú)立性。通常，隔離要求視電纜敷設(shè)方式來確定。

核電站核島內(nèi)多采用架空電纜進(jìn)行敷設(shè)，廠用電按照電壓等級(jí)由高至低、強(qiáng)電至弱電的控制和信號(hào)電纜、通訊電纜“由上而下”順序排列，當(dāng)然這是國(guó)標(biāo)里面的推薦。隔離距離為，控制電纜保持在200mm以上，電力電纜（6kV）以下（以上）保持250（300）mm。

然而，為了提高安全性，新型三代核電站往往冗余更為復(fù)雜，電纜截面較之前的兩代核電站較大，此時(shí)在狹窄的電纜夾層很難順利引入盤柜，在以往核電站的施工過程中曾多次發(fā)生過電纜無法順利引入盤柜的情況，故有些核電站采用與此相反的布置，既中壓電纜在下布置，避免由于電纜過粗無法順利地將電纜引入盤柜。

2.2 安全性隔離原則

對(duì)于電纜來說，除了遵循以上電壓等級(jí)的隔離要求外，更重要地還要從安全性上對(duì)不同安全級(jí)別以及不同列的電纜做好隔離。

2.2.1 不同安全列之間的隔離

為了防止一列電纜里的短路、過熱等對(duì)另一列電纜的破壞，屬于一個(gè)安全列的電纜或者相關(guān)電纜不應(yīng)與另一安全列的電纜或者相關(guān)電纜敷設(shè)在同一路徑，且兩列電纜路徑的最小距離為10cm。

考慮電纜的熱量對(duì)潛在危險(xiǎn)的影響，例如火災(zāi)等情況，兩列電纜需采取一定的隔離方法，例如增加屏障或是保持一定的距離等。最小分割距離視電纜所處的區(qū)域而劃分為非危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)。對(duì)于非危險(xiǎn)區(qū)，敞開結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)的距離要保持水平方向2.5cm，豎直方向7.6cm的距離。封閉結(jié)構(gòu)與封閉結(jié)構(gòu)或是當(dāng)封閉結(jié)構(gòu)在敞開結(jié)構(gòu)下方時(shí)，封閉結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)的距離可以縮短到水平豎直均為2.5cm的距離。

對(duì)于低危險(xiǎn)區(qū)，要求的間隔距離要大很多?？蓞⒖枷卤?。該隔離距離參照IEEE-384（2008）與相應(yīng)國(guó)標(biāo)有稍許出入。

在危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)，非安全級(jí)與安全級(jí)或相關(guān)電路之間的最小距離滿足上表即可。對(duì)于安全級(jí)或是安全相關(guān)級(jí)電纜的隔離，應(yīng)采用對(duì)電纜敷設(shè)的限制條件和特殊的實(shí)體隔離等綜合措施，使安全級(jí)系統(tǒng)冗余序列的獨(dú)立性保持在可接受的程度之內(nèi)，通常，簡(jiǎn)單的距離隔離是不夠的，通常采用實(shí)體隔離確保區(qū)域內(nèi)單一列的獨(dú)立性。

2.2.2 非安全列與安全電路/安全相關(guān)電路的隔離

非安全級(jí)電路應(yīng)按表1中規(guī)定的最低分隔要求與安全級(jí)電路或相關(guān)電路進(jìn)行實(shí)體分隔或是分析其影響，并證明安全級(jí)電路的性能不會(huì)因此而降低至不可接受的程度，否則該非安全級(jí)電路應(yīng)按相關(guān)電路處理。對(duì)于非安全級(jí)低電平儀表信號(hào)電路和控制電路，除非：

非安全級(jí)電路未與任一冗余序列的相關(guān)電路的電纜一起敷設(shè)；

通過分析證明該非安全級(jí)電路不會(huì)導(dǎo)致安全級(jí)電路的性能降低至不可接受的程度，分析中應(yīng)考慮有關(guān)電路的類別及其可能具有的能量。

2.2.3 安全相關(guān)電路

當(dāng)非安全級(jí)電纜未使用隔離裝置與安全級(jí)電源（信號(hào)）或是相關(guān)電源（信號(hào)）在電氣上相連接；或是，無實(shí)體隔離，而又靠近安全級(jí)設(shè)備和電路（安全距離參照3.2.1描述的隔離要求）時(shí)，被稱為“安全相關(guān)電路”。

相關(guān)電路采用與其相關(guān)的安全級(jí)電路相同的方式加以實(shí)體分隔。除非通過分析或試驗(yàn)，證明其不會(huì)導(dǎo)致安全級(jí)電路的性能降低至不可接受的程度，否則均應(yīng)滿足安全級(jí)電路的要求。

3 總結(jié)

綜上所述，為了確保核電站在事故工況下的系統(tǒng)冗余性的實(shí)現(xiàn)，對(duì)于安全列的電氣設(shè)備和電路來說必須保證獨(dú)立性，以確保在任何涉及基準(zhǔn)事件發(fā)生期間及之后，該安全級(jí)電氣設(shè)備和電路均能執(zhí)行所要求的安全功能，尤其是安全列的隔離，需逐一分析。設(shè)計(jì)師在做系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及電纜通道規(guī)劃時(shí)，必須了解隔離的要求，做好規(guī)劃，確保安全功能的有效性。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]RCC-E（2005） 核島電氣設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則[S].

[責(zé)任編輯：李書培]