核燃料換料機(jī)設(shè)計中應(yīng)注意的電氣安全問題

顧中祥

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核燃料換料機(jī)設(shè)計中應(yīng)注意的電氣安全問題

顧中祥

（中核武漢核電運行技術(shù)股份有限公司江蘇分公司 江蘇 連云港 222002）

核燃料換料機(jī)是在特殊危險環(huán)境下使用的特種作業(yè)設(shè)備。因此，在初始設(shè)計和改造設(shè)計中應(yīng)特別注意電氣安全，以避免由于電氣保護(hù)設(shè)計不當(dāng)，設(shè)備故障和外部故障引起的電氣事故：直接或間接的電氣設(shè)備損壞、人員傷亡、核燃料的結(jié)構(gòu)破壞以及更嚴(yán)重的后果等等。本文分析介紹了接地、等電位聯(lián)結(jié)、漏電保護(hù)器使用等應(yīng)特別注意的電氣安全問題。

核燃料換料機(jī)；設(shè)計；電氣安全問題

前言

核燃料換料機(jī)裝置，也被稱為裝卸料機(jī)，是大型壓水堆核電站的核燃料構(gòu)件轉(zhuǎn)運設(shè)備。它屬于核燃料運輸儲存系統(tǒng)（PMC）的子系統(tǒng)，是整個PMC系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備。燃料機(jī)位于反應(yīng)堆側(cè)（RX側(cè)）池上方，主要用于反應(yīng)堆與傳動系統(tǒng)之間運輸核燃料構(gòu)成部件。換料機(jī)是在特殊危險環(huán)境下使用的特殊操作設(shè)備。核燃料換料機(jī)與橋式起重機(jī)相似，但又具有很多特殊性，具體來說：換料機(jī)的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)是導(dǎo)電金屬，安裝了大量的電氣設(shè)備，由于超低電壓的安全性不能滿足電力需要，通常運用380V功率的強電供電，運營商都在設(shè)備本身上對設(shè)備進(jìn)行操作;換料機(jī)離地面近、濕度高、環(huán)境惡劣，這些都嚴(yán)重影響了電氣設(shè)備的使用壽命和性能;換料機(jī)將固定套直接插入反應(yīng)池中，如果換料機(jī)和水池內(nèi)的許多電器設(shè)備發(fā)生電氣故障，很可能會互相影響;換料機(jī)在每次裝料完成之后，需要將交流電廠的一些電器裝置卸下存放，下次卸料在恢復(fù)拆除，這樣的過程每次都可能損壞電氣保護(hù)設(shè)計;換料機(jī)設(shè)計壽命40年，電氣設(shè)備通常每10年更新一次，新的電氣保護(hù)設(shè)計可能會采用原設(shè)計，但新設(shè)計也可能與原設(shè)計不相符，從而導(dǎo)致電氣安全問題。

因此，在換料機(jī)的初步設(shè)計和改造設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)特別注意電氣安全問題，避免因電氣保護(hù)設(shè)計不當(dāng)，設(shè)備故障和外部故障引起、人身傷害以及死亡和核燃料成分的損害，甚至導(dǎo)致電氣火災(zāi)，爆炸和放射性物質(zhì)泄漏的嚴(yán)重后果。換料機(jī)的電氣安全是電氣設(shè)計的核心，電氣安全防護(hù)設(shè)計是確保個人、設(shè)備和核燃料組件安全的基本措施。[1]

1 接地

1.1 接地類型

為了保護(hù)換料機(jī)的電氣設(shè)備的可靠運行以及操作人員、設(shè)備和核燃料組件的安全，必須采取接地措施。接地一般分為：功能接地、保護(hù)接地和合二為一接地。交流低壓系統(tǒng)接地類型分為：

1）TN系統(tǒng)：有一點直接接地的系統(tǒng)，器件外露導(dǎo)電部分與保護(hù)線相連。根據(jù)中性線和保護(hù)線的組合的不同，TN系統(tǒng)分為TN-S系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)和TN-C系統(tǒng)。

2）TT系統(tǒng)：電源端有一點直接與地面相接，電氣裝置外露能導(dǎo)電部分直接接地，與接地點電源側(cè)的電氣獨立。

3）IT系統(tǒng)：帶電部分的電源端不接地或通過地線的阻抗接地，電氣設(shè)備的外露造成可導(dǎo)電部分直接接地。

1.2 整體接地

換料機(jī)的整體接地由于運用保護(hù)性接地。因此，在生產(chǎn)階段和運行階段的接地類型有所不同：

1）生產(chǎn)階段：生產(chǎn)調(diào)試車間供電電源通常采用TN-C-S或TN-S接地方式。換料器可以直接連接到電源。整體使用TN-C-S或TN-S接地型，不需要對供電的電源進(jìn)行改變，供電電源中性線不引出。

2）運行階段：在RX工廠，交換機(jī)采用三相380V交流電源供電，無中性，供電電源單獨接地，換料機(jī)接入廠區(qū)接地系統(tǒng)，故換料機(jī)整體應(yīng)用TT接地型。

1.3 內(nèi)部接地

換料機(jī)內(nèi)部應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)功能采用保護(hù)接地和功能接地。為確保人身安全和設(shè)備安全，保護(hù)線和中性線應(yīng)分開，采用TN-CS接地方式。

2 等電位聯(lián)結(jié)

2.1 等電位聯(lián)結(jié)型式

等電位聯(lián)結(jié)是電氣安全保護(hù)的基本措施，以電氣聯(lián)結(jié)電氣設(shè)備暴露的導(dǎo)電部分和設(shè)備的導(dǎo)電部分，進(jìn)而消除或減小各部分之間的電位差。等電位聯(lián)結(jié)分為總等電位聯(lián)結(jié)，局部等電位聯(lián)結(jié)和輔助等電位聯(lián)結(jié)。等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)的基本形式是S型星型聯(lián)結(jié)，M型網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)和兩者的組合。[2]換料機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由大車，小車，主起升和輔助起重機(jī)4部分組成，機(jī)械結(jié)構(gòu)為導(dǎo)電金屬。為了保護(hù)操作人員的安全，換料機(jī)裝置必須是等電位聯(lián)結(jié)。

2.2 電氣設(shè)備的等電位聯(lián)結(jié)

連接到外部接地系統(tǒng)的換料機(jī)一般直接連接到配電柜，并將配電柜接地銅排設(shè)置為等電位聯(lián)結(jié)，從該點引出的地線接入小車，大車，主升級和輔助起重機(jī)上的電氣箱體，使用S型星連接。4個機(jī)械部分的電氣柜接地銅排作為局部等電位聯(lián)結(jié)點。在每個電箱體中，需要接地的電器應(yīng)聯(lián)結(jié)到本地總電位聯(lián)結(jié)點。為確保電氣設(shè)備的安全，聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)采用S型星形連接，不需M型網(wǎng)絡(luò)連接，必要時對特殊設(shè)備采用特殊的等電位聯(lián)結(jié)。在電器箱體外的電氣設(shè)備也采用S形星形聯(lián)結(jié)接入局部等電位聯(lián)結(jié)點，必要時使用輔助等電位聯(lián)結(jié)。對于從配電柜直接供電的電機(jī)等電氣設(shè)備，電源和接地電纜通常組合在一根電纜中，S型星形聯(lián)結(jié)直接用于聯(lián)結(jié)等電位聯(lián)結(jié)點。

3 漏電保護(hù)器的使用

漏電保護(hù)器主要起到在設(shè)備漏電故障時對人體和設(shè)備進(jìn)行保護(hù)的作用，并具有一定的防電氣火災(zāi)功能。換料機(jī)應(yīng)設(shè)置漏電保護(hù)器，國內(nèi)外換料產(chǎn)品都沒有使用漏電保護(hù)器。漏電保護(hù)器對換料機(jī)的保護(hù)功能：①直接防震保護(hù);②間接接觸保護(hù);③電氣防火。

4 電磁輻射防護(hù)

電磁輻射危害人體健康，對一些電器設(shè)備的正常工作也有影響，換料機(jī)在設(shè)計時應(yīng)注意電磁輻射防護(hù)，主要措施有：①嚴(yán)格選用電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)電器和電子設(shè)備。②選擇金屬材質(zhì)的電器柜。③操作人員在操作設(shè)備時，應(yīng)關(guān)閉柜門，防止柜內(nèi)強輻射損害人體健康。③強輻射設(shè)備選用金屬外殼設(shè)備。④使用屏蔽和接地。⑤過濾和隔離措施。

5 結(jié)語

核燃料換料機(jī)的電氣安全問題與解決措施并不僅限于本文所列舉的，作為特殊環(huán)境下運行的特殊操作設(shè)備，在換料機(jī)的初始設(shè)計以及改造設(shè)計中應(yīng)特別注重安全防護(hù)。

[1]穆朝暉：PMC系統(tǒng)加油機(jī)整體設(shè)計與傳動系統(tǒng)改造[D]。大連：大連大學(xué)技術(shù)，2015,77-98.

[2]李春昌：嶺澳核電站PMC核燃料處理儲存系統(tǒng)升級評估與實施[D]。上海：上海交通大學(xué)，2017,23-243.

nuclear fuel refueling machine is a special operation equipment used in special dangerous environment. Therefore, electrical safety should be paid special attention to in the initial design and reconstruction design, so as to avoid improper design due to electrical protection. Electrical accidents caused by failures and external failures: damage to direct or indirect electrical equipment, casualties, structural damage to nuclear fuel, and more serious consequences, etc. This paper introduces the grounding and equipotential bonding.Electric leakage protection should be paid special attention to.

nuclear fuel refueling machine; design; electrical safety issues

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.10.130

TM623.8

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1672-9129(2017)10-0110-02