秦山核电厂380V淡水段改造.docx
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秦山核电厂380V淡水段改造
秦山核电厂380V淡水段改造
摘要：
本文对380V淡水段系统现状和改造采用的方案进行了叙述，通过改造消除了所有存在的缺陷，达到了改造目的。
并取得了低压开关柜改造的经验。
内
关键词：
裸露故障低压开关柜框架式断路器保护整定
380V淡水I、II段电气系统用于二级泵房、计安楼、行政楼、食堂、综合楼、双阀滤池、加药间、排污泵房、消防站、警卫营房等子项低压交流负荷供电。
对保证秦山核电厂工业用水和生活用水起着至关重要的作用。
由于秦山核电厂设计于20年前，鉴于当时的条件，电气产品选择面极为狭窄，几乎没有令人满意的产品。
秦山I期淡水段380V母线采用了BSL-10型固定式低压配电屏，柜内元件主要采用了DW10系列空气断路器、DZ10系列塑壳断路器、HD11、HD13系列隔离开关和CJ系列接触器等元器件。
这些元器件经过十年运行后日趋老化，设备故障率趋高。
目前已对许多元件进行了更换。
但由于制造商已不再生产上述元件，许多元件因此而无备件可换；由于BSL-10型固定式低压配电屏的结构特性决定了该配电屏具有母排裸露、屏后无安全设施等不安全因数，对检修维护人员、运行人员均构成威胁，运行人员许多停送电操作均需在柜后进行，不利于人身安全，容易引起设备及人身事故；471、482、480开关目前均只能手动机械分、合闸，影响运行人员的操作安全；由于近年来的发展，淡水段380V母线备用回路已用完，现有低压配电屏不具备进一步发展的可能性；380V淡水段设备陈旧、老化，471-2、482-2闸刀两侧母排颜色不对应，容易发生运行事故，如最近发生的两起事故：
2002年6月7日，480-1闸刀故障引起380V淡水Ⅰ、Ⅱ段失电；2002年7月20日，#1、#2淡水变低压侧A、C相相序不对应引起380V淡水Ⅱ段失电。
淡水变低压侧471、482断路器至380V淡水段母线侧无隔离闸刀，要检修471、482断路器时必须母线停电。
而机组运行期间，380V淡水Ⅰ或Ⅱ段又不允许长时间停电，如果471或482断路器发生故障，会给检修和运行带来很大困难。
另外，在02年的红外普查中发现多处电接点有温升过高的情况。
2、改进方案
2.1改造的总体思路
2.1.1将BSL-10型低压配电屏更换成MB或MNS型低压开关柜，以提高安全可靠性，保持负荷现有控制功能不变，配电间控制屏拆除，重新进行电动机二次回路设计，并考虑将380V淡水段综合报警（进线开关故障跳闸报警、联络开关故障跳闸报警）及工业水泵、生活水泵、化学泵电流信号送水厂值班室。
2.1.2根据380V淡水段现场情况，设计中尽量避免建筑和结构的改动，继续使用原配电柜基础，合理安排负荷位置，尽量避免改动原有电缆。
2.1.3淡水段配电间照明重新设计，更换照明配电箱，将电源自动切换改成在照明箱内手动切换。
2.2设备、材料选型
2.2.1低压开关柜的选型
MB和MNS型低压开关柜都是目前国内外较先进的柜型，具有相近的技术性能，通过考虑性价比，本次改造拟采用施耐德MB型低压开关柜。
该产品为全封闭型，运行人员操作时碰不到带电部分，提高了运行人员的操作安全性。
MB型低压开关柜由法国施耐德电气公司引进，并在国内通过型式试验。
它采用了标准化、模数化设计，结构紧凑，布局灵活（固定和抽屉方案可以任意转换），通用性、互换性强。
开关柜的基本框架由2mm厚的金属板模块组装而成，分别由前后两个不同尺寸的半柜组成，采用先进铆钉工艺铆接而成。
柜内分为4个隔室：
开关隔室、辅助接线隔室、母线隔室、连线隔室。
各隔室采取了严密的隔离措施，以防止各功能区内的故障扩大。
开关隔室由抽屉或固定分隔单元构成，固定分隔单元的门及抽屉单元均有可靠的机械联锁装置，并可通过操作手柄控制，操作手柄定位后可加锁固定。
除上述操作手柄外，各单元回路面板上还设有断路器操作手柄、接触器控制按钮、状态指示灯及必要的表计等。
抽屉单元具有合闸位置、试验位置、隔离位置。
合闸位置：
一次和二次回路都接通，设备处于运行状态；试验位置：
一次回路断开，二次回路接通，可以对二次回路进行测试并检查回路接线的正确性；隔离位置：
一次和二次回路都断开，隔离负荷设备，可以对负荷设备进行检修维护。
母线隔室内布置有主母线（水平母线）和配电母线（垂直母线，进线柜无）。
柜内设有独立的PE接地排和N线中性排，两者贯穿整个装置，安装在柜前底部及右侧。
该产品的主要性能参数如下：
∙柜体型式：
户内，抽屉式或固定分隔式
∙防护等级：
IP31/IP42/IP54
∙母线系统型式：
3P+N+PE
∙额定绝缘电压：
1000VAC1200VDC
∙额定工作电压：
690VAC750VDC
∙额定频率：
50HZ60HZ
∙水平母线：
1250A2000A2500A3200A4000A5000A6300A
∙垂直母线额定电流：
PC柜3200AMCC柜800A1250A1600A
∙馈电电路最大电流：
5000A
∙抽屉回路最大电流：
550A
∙控制电机最大电流：
480A
∙水平母线峰值耐受电流（0.1s）220KA
∙水平母线短时耐受电流（1s）100KA
∙垂直母线峰值耐受电流（0.1s）176KA
∙垂直母线短时流（1s）80KA
∙辅助回路额定电压：
220VDC/220VAC
∙额定工频耐受电压（1min）2500V
∙二次工频耐受电压（1min）2500V
∙柜体尺寸（HxWxDmm）：
2200x1000（1000）x600
380V淡水段存在配电和电机控制两种负荷。
电机控制负荷因存在二次回路，需要在试验位置对二次回路进行调试，考虑到与备用回路的互换性和检修的方便性，电机控制负荷采用抽屉单元；配电负荷没有二次回路，因固定隔室单元没有抽屉单元中接插件的薄弱环节，所以配电负荷采用固定隔室单元。
2.2.2框架式断路器
471、482、480开关选用最新型的施耐德（Schneider）MT框架式断路器，配有智能保护单元（Micrologic5.0P）：
具有长延时、短延时和速断保护，可以进行电压、电流、功率和故障记录等查询。
配有电动操作机构、合闸线圈、分励脱扣线圈等，可以进行电动合跳闸，保证了操作人员的安全。
而且同样具有合闸位置、试验位置、隔离位置。
要进行隔离操作时可使用手柄将开关摇至隔离位置。
如要检修471开关，先将482联络开关投入，淡水Ⅰ、Ⅱ段联络运行，然后断开471开关，将其退出至隔离位置，抬出后进行检修，母线不需要停电，这样改造设计时将471-2、482-2闸刀取消，也解决了“检修471、482断路器时必须母线停电”的问题。
极数
3
额定绝缘电压
660V
额定工作电压
380V
额定频率
50HZ
额定工作电流
1250-2500A
额定电流下温升
50℃
额定短路接通容量（Icm）
63KA
额定极限短路分断容量（Icu）
40KA
额定工作短路分断容量（Ics）
100%Icu
额定短时耐受电流（1S）
40KA
使用类别
B类
机械寿命
2000次
电气寿命
500次
2.2.3塑壳断路器
选用施耐德（Schneider）的具有限流功能的CompactNS系列塑壳断路器。
技术参数：
配有
热敏脱扣器\电磁脱扣器\电子脱扣器
分励脱扣器（电动操作机构固定安装）
极数
3
额定绝缘电压
660V
额定工作电压
380V
额定频率
50HZ
额定工作电流
100-630A
额定电流下温升
50℃
额定极限短路分断容量（Icu）
≥25KA
使用类别
B类
机械寿命
6000次
电气寿命
2000次
2.2.4接触器
选用施耐德（Schneider）的LC系列接触器。
额定电压
380V
额定绝缘水平
660V
额定频率
50HZ
最高工作电压
660V
吸持线圈额定电压
220V
线圈额定吸持功率
<100VA
控制功率（AC―3）
<135KW
操作频率（AC―3）
300次/小时
电气寿命
50万次
2.3保护方案
2.3.1淡水段电力负荷分析
1
1#生活水泵
2
2#生活水泵
3
1#化学泵
4
二级泵房排水泵
5
1#2#工业水泵变频器
6
排水泵动力箱
7
二级泵房照明箱
8
水厂道路照明箱
9
二级泵房1#2#真空泵
10
宣教中心动力箱
11
宣教中心照明
12
高配间直流充电装置
13
快滤池
14
食堂
15
31#行政楼动力箱
16
消防队
17
3#次氯酸钠发生器
总计
731.9
548.8
914.7
同时系数
658.71
493.92
823.23
由上表可知：
淡水Ⅰ段变压器负荷率=变压器负荷/变压器容量=823/1000=82.3%。
这种负荷水平是比较理想的，可以接受。
而且由于油浸式变压器具有比较强的过负荷能力，目前的淡水Ⅰ段具有一点负荷浴量，处于经济运行考虑，建议淡水Ⅰ段的负荷控制在850KVA以内。
若以后的负荷增加造成变压器负荷大于900KVA，则应考虑更换变压器。
1
加药间
2
营房
3
消防队
4
吊车
5
二级泵房照明配电箱
6
33#厂房电源
7
高配间直流备用
8
厂区道路
9
高配间照明
10
电动闸门
11
排水泵动力箱
12
排污泵房
13
1#2#次氯酸钠发生器
14
3#澄清池
15
3#工业水泵
16
4#工业水泵
17
二级泵房检修箱
18
4#生活水泵
19
3#生活水泵
20
3#化学泵
21
2#化学泵
总计
663.6
497.5
829.2
同时系数
597.24
447.75
746.28
由上表可知：
淡水Ⅱ段变压器负荷率=变压器负荷/变压器容量=746/1000=74.6%。
这种负荷水平是比较理想的，可以接受。
而且由于油浸式变压器具有比较强的过负荷能力，目前的淡水Ⅰ段具有一点负荷浴量，处于经济运行考虑，建议淡水Ⅰ段的负荷控制在850KVA以内。
若以后的负荷增加造成变压器负荷大于900KVA，则应考虑更换变压器。
2.3.2母线三相短路电流计算
公用段短路容量：
根据有关资料，6KV公用段母线的三相短路周期分量为37KA。
系统短路容量S=31/2×U×I
*采用标么值法进行计算淡水Ⅰ、Ⅱ段相短路电流
基准值：
基准容量Sj取100MVA
基准电压Uj取6.3KV
基准电流Ij=Sj/（31/2Uj）=9.16KA
折算到低压侧基流Id=144.27KA
基准阻抗Ij=Uj2/Uj略去电阻Xj=Uj2/Uj=0.397Ω
标么值：
容量标么值Sj*=S/Sj
电压标么值Uj*=U/Uj
电流标么值Ij*=I/Ij=31/2UjI/Sj
阻抗标么值，略去电阻Xj*X/Xj=X×Sj/Uj2
电路中主要元件的阻抗标么值计算：
系统阻抗标么值XXT*=U2/S×Sj/Uj2=0.2477
公用段到净水段线路阻抗标么值XXL*=0.3163（根据阻抗图）
净水段到淡水段变压器线路阻抗标么值XX*=XOL×Sj/Uj2=0.0202（线路长度按100m计算）
淡水段变压器阻抗标么值XBYQ*=Ud%/100×Sj/SE=8.02
总阻抗标么值XΣ*=8.6042
计算三相短路电流：
三相短路电流周期分量有效值（KA）：
Ik（3）=Id/XΣ*=144.27/8.6042=16.77KA
三相短路暂态电流I”（3）=Ik（3）=16.77KA
三相短路冲击电流ish=2.55I”（3）=42.76KA
三相短路容量（MVA）：
Sk（3）=Sd/XΣ*=100/8.6042=11.6MVA
根据计算可知所选框架式开关和塑壳开关的Icu都大于16.77KA，可以满足要求。
2.3.3淡水段保护整定
2.3.3.1进线（MT20H1）开关整定
1、长延时（主要考虑作为变压器过载保护，并作为短路保护的后备保护）
变压器额定电流：
高压侧91.6A低压侧1443A。
不考虑变压器故障带载运行，按变压器油温40℃，1.2倍（1731.64A）过载能力，整定进线开关“长延时”保护电流值Ir。
进线开关“长延时”保护1.05倍Ir开时动作。
因此：
Ir=1731.6/1.05=1649.14A，Micrologic5.0P用拨盘设定：
Ir=0.8×2000=1600A，tr=12秒（6Ir），则1.05倍800秒动作，1.2倍500秒动作，1.5倍200秒动作。
2、短路短延时保护（考虑躲过启动电流）
淡水段生活水泵功率45KW，化学泵为30KW，#1、#3工业水泵75KW，#2、#4工业水泵135KW，生产废水泵45KW，生活污水泵15KW。
考虑1台生活水泵、#1台工业水泵、1台生产废水泵、1台生活污水泵同时启动为：
45+135+45+15=240KW，启动电流6倍计算并考虑±20%误差，240×2×7.2=3456A，加上正常负荷150KW，则：
电流值为3456+150×2=3756A，Isd=2.5×Ir=4000A，再使用按键调至3800A，tsd=0.2”因不需与熔断器保护配合，I2t至Off。
3、速断（短路保护）
li=3×In=6000A
2.3.3.2联络开关（MT20H1）整定
1、长延时
淡水Ⅱ段通过联络开关带淡水Ⅰ段运行，此时淡水Ⅰ段不能就地进行Ⅰ、Ⅱ段切换的负荷为：
二级泵房排水泵1.1KW、水厂道路照明电磁流量计15KW、二级泵房真空泵5.6KW、宣教中心动力箱60KW，宣教中心照明箱50KW，快滤池75KW，食堂175KW，31#行政楼动力箱85KW，负荷总计为：
466.7KW，取同时系数0.8，则为370KW，保证带一台生活水泵45KW，一台工业水泵75KW，则功率为490KW。
淡水Ⅰ段通过联络开关带淡水Ⅱ段运行，此时淡水Ⅱ段不能就地进行Ⅰ、Ⅱ段切换的负荷为：
加药间15KW，营房12.5KW，吊车15KW，33#厂房电源80KW，LB-4厂区道路照明26KW，电动阀门7.7KW，排污泵房60KW，#1#2次氯酸钠发生器35KW，#3澄清池8KW，负荷总计为：
259.2KW，取同时系数0.8，则为208KW，保证带一台生活水泵45KW，一台工业水泵75KW，一台化学泵30KW，则功率为358KW。
考虑一台变压器带两段负荷，考虑此时每段正常负荷电流800A（进线开关在电流达到1680A时13分钟跳闸），整定联络开关“长延时”保护电流值Ir=800A。
Micrologic5.0P用拨盘设定：
Ir=0.4×2000=800A，tr=12秒（6Ir），则1.05倍800秒动作，1.2倍500秒动作，1.5倍200秒动作（需经校验）
2、短延时
考虑一台工业水泵75KW和一台生活水泵45KW同时启动，启动电流6倍计算并考虑±20%误差，120×2×7.2=1720A，加上正常负荷370KW，则：
电流值为1720+370×2=2460A，Isd=4×Ir=3200A，再使用按键调至2500A，tsd=0.2”因不需与熔断器保护配合，I2t至Off。
3、速断
li=2×In=4000A
2.3.3.3保护整定单
进线开关和联络开关整定：
进线开关
长延时
一次电流
1600（Ir）
1.05倍电流（1680A）
1.2倍电流（1920A）
1.5倍电流（2400A）
6Ir（9600A）
800”
500”
200”
12”
保护动作跳471
或482
变压器低压侧
短延时
一次电流
3800A
0.2”
保护动作跳
471或482
变压器低压侧
电流速断
一次电流
6000A
0”
保护动作跳
471或482
变压器低压侧
联络开关
长延时
一次电流
800（Ir）
1.05倍电流（840A）
1.2倍电流（960A）
1.5倍电流（1200A）
6Ir（4800A）
800”
500”
200”
12”
保护动作跳480
短延时
一次电流
2500A
0.2”
保护动作跳480
速断
一次电流
4000A
0”
保护动作跳480
#1生活水泵
100A无长延时保护
700（7Ir）
#2生活水泵
100A无长延时保护
700（7Ir）
#1化学泵
100A无长延时保护
500（5Ir）
二级泵房
排水泵
16
19.2
300秒
24
100秒
190
#1、#2工业水泵变频柜
410.13
492.36
300秒
615.20
100秒
2050.65
（5Ir）
排水泵房动力箱1DL、2DL
304
364.8
300秒
456
100秒
1216（4Ir）
二级泵房
照明箱ZM
32
38.4
500秒
48
200秒
400
水厂道路照明
电磁流量计
32
38.4
500秒
48
200秒
400
二级泵房#1、#2真空泵
20
24
500秒
30
200秒
300
宣教中心
动力箱
128
153.6
500秒
192
200秒
1250
宣教中心
照明箱
100
120
500秒
150
200秒
1250
高配间直流充电装置
40
36
300秒
45
60秒
500
快滤池
160
192
300秒
240
60秒
1250
食堂
356.94
428.3
300秒
535.41
100秒
1784.7（5Ir）
31#楼
200
240
500秒
300
200秒
1200（6Ir）
消防队
50.4
60.48
500秒
75.64
200秒
500
#3次氯酸钠发生器
100
120
500秒
250
200秒
500（5Ir）
加药间
32
38.4
500秒
48
200秒
400
营房
40
48
500秒
60
200秒
500
消房队
50.4
60.48
500秒
75.64
200秒
500
吊车
32
38.4
500秒
48
200秒
400
二级泵房照明配电箱ZM
32
38.4
500秒
48
200秒
400
33#厂房电源
160
192
300秒
240
100秒
800（5Ir）
高配间
直流备用
50.4
60.48
500秒
75.6
200秒
500
LB-4厂区道路照明
64
76.8
500秒
96
200秒
640
高配间照明
32
38.4
500秒
48
200秒
400
电动闸门
25
30
500秒
37.5
200秒
300
排水泵房动力箱1DL、2DL
304
364.8
300秒
456
100秒
1216（4Ir）
排污泵房
128
153.6
500秒
192
200秒
1250
1#2#次氯酸钠发生器
80
96
500秒
120
200秒
640
#3澄清池
20
24
500秒
30
200秒
300
#3工业水泵
220A无长延时保护
2200
#4工业水泵
320A无长延时保护
3280
二级泵房
检修箱
100无长延时保护
600
#4生活水泵
100A无长延时保护
900
#3生活水泵
100A无长延时保护
700（7Ir）
#3化学泵
100A无长延时保护
600
#2化学泵
100
800
空气开关的1.2倍和1.5倍动作时间为根据动作曲线图估计。
2.4布置方案
380V淡水段全部采用MB型低压配电屏，需要11个MCC柜，2个进线柜，1个母联柜共14个配电柜，考虑到绝大多数电缆的走向和利用已有电缆沟，避免建筑和结构的调整，低压配电屏内回路的分布主要依据绝大多数电缆的走向排列，转角处设空的母排转接柜。
布置图参见。
3.改造中发现的问题
3.1对改造中遇到的困难估计不充分：
380V淡水段改造施工过程中发现泵控制电缆绝缘老化，就地控制箱内接线混乱。
虽通过加班加点，扩大改造范围，更换所有泵控制电缆和动力电缆，消除了缺陷，但因临时发现缺陷，材料准备不充分，使改造工作比较被动。
3.2设计考虑不周
改造设计时，考虑在水厂值班室增加所有泵电流信号，控制电缆选型截面为2.5mm2，淡水段配电间至水厂值班室电缆敷设长度为1
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