核電廠核島接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

Design and Research of Nuclear Power Plant’s Nuclear Island Grounding System

Fan Junlong

核電廠核島接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

范君龍 (中國核電工程有限公司， 北京 100840)

摘要論述了我國第一個(gè)自主設(shè)計(jì)的核電廠核島接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想、原則及與火電廠在設(shè)計(jì)中的區(qū)別。這將為大型工業(yè)工廠的接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法打開一扇新的窗口。

關(guān)鍵詞核島 接地系統(tǒng)

AbstractGuidelines and principals of the first Chinese self-designed nuclear island grounding system of a nuclear plant, and the differences in design of coal power plants are discussed. The research will open a new avenue for the grounding system design of large-scale plants and factories in the future.

Keywordsnuclear island, grounding system

作者簡介

1概述

接地系統(tǒng)是核電站系統(tǒng)中較重要的一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，主要功能是泄露雷電流和接地事故電流，保障人身和設(shè)備免受過電壓的危害。另外，接地系統(tǒng)還可以降低通信系統(tǒng)和電子系統(tǒng)的噪聲。

核島接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在參考國外同類型核電站接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)合我國具體情況，設(shè)備全部國產(chǎn)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

2系統(tǒng)組成及運(yùn)行方式

2.1系統(tǒng)組成

核島(Nuclear Island)廠房的接地系統(tǒng)(圖1)主要由3部分組成：1)建筑物基礎(chǔ)底板下的深埋接地網(wǎng)；2)建筑物內(nèi)的主接地干線；3)建筑物結(jié)構(gòu)鋼筋。

圖1中，粗虛線以下即為深埋接地網(wǎng)。為了增加抗腐蝕能力，達(dá)到40年的使用壽命，接地導(dǎo)體采用裸銅纜，其截面積為185mm2。這些接地導(dǎo)體埋在沙粘土中，分布成網(wǎng)格形式，其間的連接交叉點(diǎn)采用鋁熱劑焊接。深埋接地網(wǎng)上一共有20根引上銅纜，其中有4根同地面上的主接地干線網(wǎng)絡(luò)相連(粗虛線以上部分)。其他引上銅纜則引到核島廠房內(nèi)的接地分配箱，然后與a核島廠房外的接地檢查井、b核島廠房內(nèi)的結(jié)構(gòu)鋼筋相連。接地檢查井的用途主要有3個(gè)：1)電站運(yùn)行后每年在檢查井檢測(cè)一次接地電阻是否符合要求；2)在檢查井內(nèi)將核島的接地裝置與其他輔助子項(xiàng)的接地導(dǎo)體相互連接；3)在檢查井處將RX廠房頂上的避雷針與深埋接地網(wǎng)相連。

核島廠房內(nèi)主接地干線材料的選取依具體廠房不同而不同，在反應(yīng)堆廠房(RX)內(nèi)根據(jù)計(jì)算采用40×5mm的銅排，除反應(yīng)堆廠房外(即KX、WX、NX等廠房)采用截面積為185mm2的裸銅纜，主接地干線明敷在核島廠房內(nèi)的墻壁上。核島廠房內(nèi)所有需要接地的設(shè)備和設(shè)施最終都接至主接地干線網(wǎng)絡(luò)上。

2.2運(yùn)行方式

當(dāng)核島廠房內(nèi)的某一個(gè)裝置發(fā)生相對(duì)地故障、產(chǎn)生接地電流時(shí)，該電流通過主接地干線及深埋接地網(wǎng)泄入大地中。同時(shí)保持所有接地裝置以及核島廠房內(nèi)的所有地面處于等電位，這樣廠房內(nèi)的工作人員不會(huì)受到過電壓的危害。

圖1　核島接地系統(tǒng)簡圖

當(dāng)核島廠房遇到雷擊時(shí)(包括側(cè)擊雷和感應(yīng)雷)，主接地干線網(wǎng)絡(luò)與構(gòu)筑物內(nèi)的鋼筋及反應(yīng)堆廠房頂上的避雷線一起將雷電流泄入深埋接地網(wǎng)并散入大地中，以避免核島廠房內(nèi)雷擊過電壓的產(chǎn)生。

3核島接地系統(tǒng)與一般工業(yè)廠房接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的區(qū)別及主要特點(diǎn)

由于核島廠房內(nèi)的電氣設(shè)備與一般工業(yè)廠房內(nèi)的電氣設(shè)備有許多不同之處，因此在設(shè)計(jì)中核島的接地系統(tǒng)也有其自身的幾個(gè)特點(diǎn)。

3.1設(shè)置深埋接地網(wǎng)

一般工業(yè)企業(yè)的接地系統(tǒng)不設(shè)深埋接地網(wǎng)，通常是利用建筑物基礎(chǔ)鋼筋接地，接地電阻通常要求小于4Ω。而核電站設(shè)備較精密，安全性要求高，所以國際上統(tǒng)一要求接地電阻小于1Ω，為了達(dá)到這個(gè)要求，在核島廠房基礎(chǔ)底板下設(shè)置了深埋接地網(wǎng)，這是原因之一。原因之二是一般工業(yè)企業(yè)是利用基礎(chǔ)鋼筋接地。幾年前做過一個(gè)基礎(chǔ)鋼筋柱泄雷的模擬試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)通過強(qiáng)大雷電流時(shí)，基礎(chǔ)鋼筋柱有爆裂現(xiàn)象。這可能是由于基礎(chǔ)鋼筋柱深埋在地下，較潮濕，當(dāng)流過雷電流時(shí)突然發(fā)熱，膨脹引起開裂。目前的工業(yè)企業(yè)也許是由于各根基礎(chǔ)栓深埋在地下，泄雷電流效果好一些，還未見發(fā)生過事故。但核電站要求安全、可靠，不應(yīng)留任何隱患，所以專門設(shè)置了深埋接地網(wǎng)，并且將接地網(wǎng)用銅纜通過檢查井與反應(yīng)堆廠房頂上的避雷針相連。這樣大部分雷電流通過避雷針和銅纜泄到深埋接地網(wǎng)，然后散入大地，減少了基礎(chǔ)鋼筋泄雷電流的負(fù)擔(dān)，確保核島廠房的安全、可靠。最后，設(shè)置深埋接地網(wǎng)的另外一個(gè)重要原因是為了減小跨步電壓。當(dāng)有電流從接地導(dǎo)體泄入土壤中時(shí)，必然會(huì)引起接地導(dǎo)體及其周圍地面的電位升高，當(dāng)有人在地面上經(jīng)過時(shí)，就會(huì)引起所謂的跨步電壓。當(dāng)此電流變大時(shí)，跨步電壓也相應(yīng)升高，嚴(yán)重時(shí)可能危害到人身安全。為了避免這種情況的發(fā)生，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)狀的深埋接地導(dǎo)體，使底板平面上的電位在有接地電流時(shí)同時(shí)升高，不會(huì)產(chǎn)生有危害的跨步電壓，保障人身安全。

3.2設(shè)置主接地干線

在一般工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)中，各類要求接地的設(shè)備是利用電線的穿管或電纜的某一蕊線將電氣設(shè)備連到構(gòu)筑物基礎(chǔ)鋼筋或接地網(wǎng)上，這種做法施工簡單、隱蔽，從某種意義上講能夠節(jié)約投資，但其主要缺點(diǎn)是當(dāng)某處接地線未連接好或斷開時(shí)不易發(fā)現(xiàn)。另外當(dāng)需要接地的設(shè)備很多時(shí)，其接地連接沒有規(guī)律性，當(dāng)某一點(diǎn)斷開時(shí)，可能影響許多臺(tái)設(shè)備的接地。核電站核島廠房內(nèi)設(shè)備的特點(diǎn)：1)電氣設(shè)備多；2)所有金屬設(shè)施包括鐵門也必須接地(避免感應(yīng)過電壓的反擊)；3)要求設(shè)備接地可靠性高?；谝陨蠋c(diǎn)，設(shè)置了明敷主接地干線網(wǎng)絡(luò)，所有接地設(shè)備都通過裸銅纜明敷接到主接地干線網(wǎng)絡(luò)上。這種做法連接可靠，便于檢查，接地效果好。

4結(jié)束語

核島接地系統(tǒng)本身并無核安全級(jí)要求，但它直接關(guān)系人身安全。因此設(shè)計(jì)是否合理直接影響反應(yīng)堆的運(yùn)行。此系統(tǒng)于1996年完成施工設(shè)計(jì)，2001年電站投入運(yùn)行，至今此系統(tǒng)運(yùn)行良好。

范君龍

教授級(jí)高工，現(xiàn)任中國核電工程有限公司建筑所副所長、中國建筑節(jié)能協(xié)會(huì)建筑電氣與智能化節(jié)能專業(yè)委員會(huì)專家、《智能建筑電氣技術(shù)》雜志編委、北京電氣設(shè)計(jì)情報(bào)網(wǎng)常委。

《LED照明——第三次照明革命》新書面世

《LED照明——第三次照明革命》由中國建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))教授級(jí)高工、國務(wù)院特殊津貼專家歐陽東先生主編。國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟執(zhí)行主席、中國科學(xué)院半導(dǎo)體照明研發(fā)中心主任李晉閩為本書寫序。本書還邀請(qǐng)了業(yè)內(nèi)多位知名專家和博士擔(dān)任特邀編委，為本書的內(nèi)容進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)。

國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副秘書長、廣東省半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)聯(lián)合創(chuàng)新中心主任眭世榮，中國照明學(xué)會(huì)副理事長、清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司電氣總工徐華，臺(tái)灣光電半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)榮譽(yù)理事長、晶元光電集團(tuán)董事長李秉杰為本書題詞。

全書共6章，內(nèi)容包括：總則，LED照明技術(shù)，LED照明技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀與發(fā)展規(guī)劃，傳統(tǒng)照明和LED照明的對(duì)比，LED照明技術(shù)的主要問題和對(duì)策，LED照明應(yīng)用典型案例等。

本書圖文并茂、重點(diǎn)突出、中英文對(duì)照，有較強(qiáng)參考性、啟發(fā)性、實(shí)用性，既可供政府部門、建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位、照明廠商等單位的負(fù)責(zé)人、設(shè)計(jì)師、技術(shù)人員等學(xué)習(xí)參考，也可供大中專學(xué)校相關(guān)專業(yè)師生及廣大對(duì)LED照明感興趣人士閱讀。訂閱方式：《智能建筑電氣技術(shù)》雜志網(wǎng)站(http://www.znjzdq.cn)“訂閱服務(wù)”欄目。