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中国电业【2020年第7期】

  • ID:271850
  • 浏览:5142
  • 学科:产业经济
  • 更新时间:2020-07-17 15:16:34
  • 期刊: 中国电业
内容简介
《中国电业》杂志创办于1950年,是全国电力行业创办时间最早、覆盖面最广、影响最大的杂志。杂志以多种形式准确、及时、深刻地反映电力工业的改革和发展,以深度调查和理论探讨形成独到风格,在国际国内及电力行业内外都有较大影响,在电力媒体中长期处于领军位置。

核电厂中压电气贯穿件短路电动力试验探讨

2020-07-17 15:29:36 产业经济 张扬
资料简介

摘要:为进一步提升核电厂运行的安全可靠性,需要对核电厂内电气设备完成安全等级的划分,并设计核电厂电气设备验证。针对核电设备不同于常规设备的高安全、可靠性要求,要在完成质量鉴定与安全评审的同时,进一步针对具体参数和具体要求,设计可靠的电气试验。本文针对核电厂中压电气贯穿件,单相、两相和三相短路故障,设计电动力试验。通过分析电气贯穿件功能、中压电气贯穿件结构、电气试验要求,进一步提出短路电动力试验方法,调整实验电路参数,促使实验中的电动力达到预期目标值。

核电厂中压电气贯穿件短路电动力试验探讨

张扬

正泰电气股份有限公司 上海市 201614

摘要:为进一步提升核电厂运行的安全可靠性,需要对核电厂内电气设备完成安全等级的划分,并设计核电厂电气设备验证。针对核电设备不同于常规设备的高安全、可靠性要求,要在完成质量鉴定与安全评审的同时,进一步针对具体参数和具体要求,设计可靠的电气试验。本文针对核电厂中压电气贯穿件,单相、两相和三相短路故障,设计电动力试验。通过分析电气贯穿件功能、中压电气贯穿件结构、电气试验要求,进一步提出短路电动力试验方法,调整实验电路参数,促使实验中的电动力达到预期目标值。

关键词:核电厂;短路故障;电气试验

  1. 电气贯穿件的功能

核电厂电气贯穿件,是为安全壳内反应堆冷却剂泵电机提供三相交流电源的设备部件。电气贯穿件,为安全壳提供了连接壳内与壳外的电气通路,能够在各种事故中,保证安全壳的压力边界完整性及电气完整性。根据电气贯穿件的导体功能进行分类,可以划分为中压、低压、以及低压控制和仪表、光纤等多种类型。其中中压动力类型,是指额定电压大于1000伏的电气贯穿件导体。中压动力电气贯穿件,主要为反应堆冷却剂泵电机提供稳定的电源,因此,对于核电厂设备安全运行来说,具有重要的意义。

  1. 中压电气贯穿件结构

中压电气贯穿件的结构,以密封结构体和密封筒体两个部分为主要构成。其中,密封结构体以三根导体为同一线规,呈现三角形的布置,对应三根线,并且三根相线之间,用三角支撑板进行固定。三根导体相线组件,穿过钢制的密封铜体,由两端的法兰进行连接。同时导体、法兰之间,设有密封结构。导体在布置过程中,分别与筒体壳内,以及筒体壳外的电路进行有效连接。密封筒体之间,每隔一定的固定间距,会设有圆板,对导体进行径向位移的约束和支撑。并结合导体两端的三角支撑板,实现固定和约束作用。三角形布置的对称位置,能够起到有效的承力作用。当导体间发生短路故障时,各个导体同时承受其他导体的排斥力或吸引力,这时就能通过三根导体的三角形对称位置,实现动力合力趋近于0的作用,保障导体不会对安全壳产生显著的作用力,实现了结构的稳定性。

  1. 电气试验要求

电器实验要求,一是要保证电气贯穿件标准的选用,要参照核电厂安全和电气贯穿件标准进行光纤柜通线、电磁兼容性等具体的电气贯穿件要求。本文采用的标准要求为IEEE317《核电厂安全和电气贯穿件标准要求》。标准要求中,依据核电厂安全和电气贯穿件质量鉴定,严格规定了具体实验项目、试验方法、试验条件和验收准则,适用于我国核电厂标准,有助于完成电气贯穿件国产化过程中的设计制造和鉴定实践。短路试验是电气贯穿件中动力与控制导体的鉴定试验项目,因此要通过短路故障中流导体的模拟,讨论导体间的电动力作用。短路电器,实验设计中要充分的考虑可能出现的单相短路故障、两相短路故障和三相短路故障。中压电气贯穿件,不设置中心线,因此相线对中心线的短路不会出现,可不考虑单相短路情况。两相短路的电动力为三相短路的√3/2。因此,确定三相短路的电动力作用最大,可结合三相短路电动力完成中压电气贯穿件的短路电动力实验,严格参照IEEE317标准要求,完成实验内容。

  1. 短路电动力分析

  1. 短路类型

针对中压电气贯穿件运行的三相交流电力系统,可将短路故障划分为单相、两相和三相短路。在进行短路电动力实验设计时,要对三个短路类型进行综合考量。一是根据电气试验要求可以得知,单相短路的故障发生原因,主要是由于相线对中性线的短路,产生巨大的冲击电动力而引发的。而中压电气贯穿件在设置上,未设置中心线,因此不会发生相线对中心线的短路,可以不考虑单相短路的电动力作用。重点考虑两相及三相短路情况的电动力计算。

  1. 短路电动力计算

2.1两相短路电动力计算

两相短路暂态过程电流(i2)计算公式如图一。

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图一:两相短路暂态过程电流计算公式

其中t为时间,单位s。I2为两相短路电流对称交流分量的有效值,单位A 。ω为电源角频率,单位r a d / s,计算ω=2πf。f 为电源频率,单位H z。a为衰减系数,单位s-1,计算a =2πf / (X /R )。R为短路时的电路电阻,X为短路时的电路电抗。ψ为短路发生瞬间电源电压初相角,即电压合闸相角;φ为电流滞后电压的相位角,计算φ=arctan(ω/a)。

两相短路电动力(F2)计算公式如图二。

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图二:两相短路电动力计算公式

其中K为常数,K =Kcλ×10-7,Kc为两相导体间的回路系数,λ为截面修正系数,当截面周长远小于导体间距离时,λ≈ 1。

2.2三相短路电动力计算

三相对称短路的暂态过程电流 (ia、ib、ic)计算公式如图三。

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图三:三相对称短路的暂态过程电流计算公式

其中式中,I3 是三相短路电流对称交流分量的有效值,单位A。

三相导体呈等边三角形布置,因此可针对三相导体的电动力完成三个具体计算。

a相导体x方向电动力(Fax)、y方向电动力(Fay)及合力(Fa)计算公式如图四。

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图四

b相导体x方向电动力(Fbx)、y方向电动力(Fby)及合力(Fb)计算公式如图五。

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图五

c相导体x方向电动力(Fcx)、y方向电动力(Fcy)及合力(Fc)计算公式如图六。

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图六

  1. 短路电动力比较

对于远端短路,可通过电气试验要求,明确两相与三相短路之间的电流周期性分量的有效值之比为 √3/2,由此可得到两相短路电动力峰值 (Fp2) 与三相短路最大电动力峰值 (Fp3) 之比。两者比值计算公式如图七。

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图七

由这一比值,可以确定,中压电气贯穿件在发生三相短路时,将产生最大的瞬间冲击电动力。

  1. 短路电动力试验方法

  1. 中压电气贯穿件短路试验设计

针对中压电气贯穿件短路试验的标准以及电动力计算结果,对于电动力试验设计,要完成三个方面。一是要完成实验电路的设计,要保证X/R大于等于16。二是要完成短路试验电流的对称交流分量设计,要保证交流分量有效值不低于额定的短路电流。三是针对试验件中的短路电流持续时间,要保证模拟时长,持续时间不能够小于0.033秒,也就是交流电的两个周波。

试验方法中,重点考虑4个实验关键点。一是试验电压设定;二是短路试验为三相试验;三是短路试验的合闸相角;四是试验电路的X/R值,以及试验时间。针对这4个关键点,要确定,试验内容为三相短路电动力试验;短路合闸相角为三相中的合闸相角为0一相,选定该相角,测试该项角的最大短路电动力。基于IEEE317标准的X/R值设定60赫兹以下的交流电频率。在给定衰减系数,及时间常数的要求下,设置60赫兹交流电频率下的持续时间为0.033秒。

  1. 中压电气贯穿件短路试验注意的问题

中压电气贯穿件的导体在受到短路电动力影响时,其最大短路电动力峰值与最大短路电流峰值的平方成正比。因此,电动力实验中要注意导体的最大电流峰值,要确保达到电动力目标要求。另外,三相短路实验,无论电压合闸相角如何,总会有一相短路电动力峰值接近最大值,因此,要注意采用不同的选项合闸装置,调整不同的电压合闸相角,确保电动力足够大,适应短路电流峰值增量要求。

结语:我国核电厂建设于20世纪80年代。在初始阶段,大量核电设备采购于国外,不仅增加了建设造价,同时对我国核电发展来说,不利于我国实际需要及核电安全。随着科学技术的进步,国产化设备已经获得了重要的提升。但仍然需要对核电设备的安全性能进行严格的设计验证。通过核电厂中压电气贯穿件电气实验的设计与探讨,能够进一步探索电气贯穿件电气实验的参数选择和试验方法,为电气贯穿件的国产化设计制造,提供技术参考。同时降低中压电气贯穿件的短路故障发生率,提升核电厂设备运行安全可靠性。

参考文献:

[1]俞高伟,张甬.核电站中压电气贯穿件电气试验参数选择探讨[J].电工电气,2018(11):49-51.

[2]郑开云.核电厂中压电气贯穿件短路电动力试验探讨[J].电工电气,2017(06):51-54.

[3]郑开云,杨晓,陈智.基于IEEE标准的电气贯穿件鉴定试验研究[J].核安全,2016,15(02):70-76+83.