RCCE C1000.docx
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RCCEC1000
C 卷
系统设计
C1000概述
C1100C卷的目的
RCC-E的C卷规定了指导系统设计的规则,这些系统将一定数量的必需设备加以组合,以便完成每一系统应确保的功能。
本卷中,对下列各项内容分别加以明确规定:
——参与核电站发电及对厂用设备特别是对应急厂用设备配电的电气设备的特性配合;
——适用于验证安全级设备可用性的规则,这种验证是通过对运行或备用设备特性参数的连续监测和对备用设备的定期试验来进行的;
——指导设备互换性的规则;
——编程系统及设备的设计规则。
C1200文件
C1210范围
仅处理与电气系统和使用电源的机械系统的设计、建造和起动有关的文件。
所提供的文件应按每个工程项目或合同明确表达内容。
C1220文件类型
C1221一般规格书
这些文件制定了下列工程方法:
——确保电气设备(端子、插件板、端子排、电缆、电缆通道、导线……)具有清晰的且不含混的标识;
——确保对逻辑图、模拟图和电气图的实施和理解的一致性。
C1222过程文件
这些文件制定了装置的工程方法和功能规格书:
——装置的电源和仪表控制结构及自动化程度的功能说明;
——电源及配电系统的单线图;
——驱动设备的功率定义及相关条件的说明;
——安全级电气设备清单。
a)系统手册
制定系统的功能规格书的文件,这些文件汇集的信息使得:
——有可能对电气功能的逻辑、开关量和/或模拟量的逻辑有系统地理解;
——能确定装置内的接口关系及系统资料;
——能辩认安装并连接到该系统的设备类型、数量及相关参考文件;
——能确定维修活动。
b)建筑物的资料
制定装置所在建筑物的功能描述的文件,这些文件汇集的信息使得:
——能确定设计准则及安装方式;
——能避免通道之间的混合及出现公共点;
——能确定与其它流体管道的分界及安全距离。
C1230设计方法及原则
制定下列各项工程方法及设计的文件:
——电气连接和数字信号连接的电气隔离;
——仪表和控制系统以及电气系统;
——分散设备的仪表和控制;
——分散布置的电气设备;
——电气设备;
——功能逻辑的标准化。
C1240确定规格的方法及原则
制定下列各项的工程方法及确定规格的文件:
——电力、测量及控制电缆;
——光缆及数字信号电缆;
——电缆支架;
——中性点的接地方式;
——接地及防雷回路;
——应急及非应急照明回路。
C1250安装方法及原则
制定下列各项的工程方法及安装的文件:
——传感器及测量线路的安装;
——电缆及电缆通道的安装;
——能够确保安装中线路路径的可追踪性及有关的资料。
C1260起动文件
制定系统及设备试验的工程实施方法的文件,例如:
——试验类型的指导;
——试验程序。
C2000设备电气特性的配合
RCC-E的这部分说明了核电站电气设备特性配合的原则。
C2100章在概述了单线图的类型之后,叙述了指导核电站不同设备电源电压配合的条件和技术选择17。
C2200章叙述了指导确定主要电气设备电流参数的规则、条件及技术选择。
C2300章说明了各种设备保护的配合。
C2400章叙述了应急柴油发电机组选择及设计的一般规则。
C2100设备特性的配合——“电压”方面
正常运行方式下,厂用设备由降压变压器供电。
降压变压器可接于主发电机和主变压器之间(在这种情况下,称作“中压”(MV)供电)或接于主变压器与电网之间(在这种情况下,称作“高压”(HV)供电)。
对于电站的运行,这两种接法是等效的,图C2100-1表示出这两种方案。
仪表和控制电源的总体方案在图C2100-2中示出。
所采用的不同电压间的配合是由外部电源条件和技术选择决定的。
这种配合影响到设备的某些特性。
C2110厂外电源条件
所施加的厂外电源条件是:
——在电站-电网整体的正常和异常运行条件下,主电网和辅助电网的电压及其预期变化范围;
17在整个C卷中各级电压的数值均由缩写字符代替,并在需要时明确给出其规定值。
Uac(V)
Udc(V)
VLV(TBT)*
U≤50
U≤120
LV(BT)*
50
120
MV(MT)*
1000
HV(HT)
U>50000
*译注:
表中列出英语(法语)缩写。
——法国电网中性点接地方式;
●400kV电网的中性点均永久性接地(直接接地或经电抗接地);
●225kV电网的中性点接地方式依据当地条件确定:
限制接地的中性点的数量,以便降低单相对地的短路电流(考虑断路器的分断能力)及在电话电路上感应的干扰。
——主电网和辅助电网的短路容量;
——在线路上产生的雷击过电压和操作过电压;
——电网的频率,该频率值通常很接近额定频率。
在电网故障情况下,该频率值可能很异常地偏离额定值几个赫兹,通常是偏低。
C2120技术选择
影响电压配合的技术选择主要涉及以下各项:
——主发电机;
——变压器;
——核电站厂用电系统的电压等级;
——电动机;
——核电站厂用电系统中性点接地方式;
——主电网和辅助电网的相位差;
——主电网向辅助电网的切换方式(快切换或慢切换)。
C2121主发电机
主发电机的电压取决于其制造厂的技术选择。
发电机在额定视在功率、额定频率及冷却水额定温度下的电压正常变化范围在额定电压的±5%左右。
C2122变压器
主变压器、辅助变压器和降压变压器均不装设有载调压装置。
变压器应设计成能够在每个绕组额定电压的±5%范围内变化。
主变压器的短路电压值在12%和15%之间。
变压器绕组的连接方式:
——主变压器具有一个连接成三角形的中压二次绕组和一个星形连接、中性点引出的高压一次绕组;
——对于辅助变压器,推荐采用以下连接方式:
一个连接成三角形的中压二次绕组和一个连接成星形、中性点引出的一次绕组;
——无论采用“MV”供电或“HV”供电的单线图,降压变压器具有一个连接成三角形的中压二次绕组。
其一次绕组呈星形连接,以保证:
●当“MV”供电时,在汽轮发电机不并网时,通过零序电流保护对分相封闭母线及变压器一次绕组进行监视及保护;
●当“HV”供电时,与电网采用的中性点接地方式一致。
——厂用MV/LV供电变压器具有一个连接成三角形的一次绕组和一个连接成星形的二次绕组。
C2123厂用电系统的电压等级
核电站厂用设备的供电电压等级限于两个:
——中压(MV)等级当前采用6.6kV;
——低压(LV)等级。
注:
当只采用400V一个低压等级时,受开关设备特性参数所限,低压电动机单台最大额定功率目前为160kW。
C2124电动机
厂用设备––––主要是电动机––––应该符合以下原则:
——或按照在90%额定电压下能够提供额定功率来确定其容量(中压电动机的情况);
——或降级使用,以便当机端电压为90%额定电压并以额定功率驱动其机械设备时,电动机的温升不超过额定值(低压电动机的情况)。
电动机应能够承受110%的额定电压。
要求电动机的最小电磁转矩特性曲线应在该系统允许的条件下,一方面能使厂用设备起动,另一方面,也能使厂用设备再起动。
C2125核电站厂用电系统中性点接地方式
由发电机电压供电的系统的中性点必须经电阻接地,以便将接地故障电流限制在15A,从而减少故障造成的损害。
在中压供电方案的情况下,发电机和降压变压器一次绕组的中性点应分别经电阻接地,以便在故障情况下将每个中性点的故障电流限制在15A。
中压厂用电系统中性点不接地并能够连续监测其绝缘状况,以及允许在限定时间内带单相接地故障运行。
中压应急柴油发电机的绕组为星形连接,其中性点不接地。
低压厂用电系统中性点直接接地,但不配出18。
C2126主电网和辅助电网的相位差
对于降压变压器和辅助变压器的次级6.6kV,要求其电向量的旋转方向相同。
在从降压变压器向辅助变压器采用慢切换的情况下,允许两者之间有相位差。
C2130结果
从以下方面检验这些技术选择的结果:
——在无功功率的发出或吸收方面的利用以及核电站与电网的电压配合;
——核电站厂用设备电压和绝缘的配合。
C2131核电站与电网的电压配合:
无功功率的发出和吸收––––主变压器的变比
对于一个给定的有功功率和给定的主变压器变比,送出或吸收的无功功率随电网的电压而变化,且受主发电机电压变化的可能性及主变压器电压调节器抽头选择的限制。
对于主变压器电压调节器每个抽头变比的选择应按以下条件最佳地利用发电机的特性参数:
——在电网上预计的电压变化;
——电网预计对无功功率的需求(根据已定的要求优先采取吸收或送出无功功率)。
主变压器装有电压调节器,需要时可适应现场情况或适应电网电压可能的变化。
C2132绝缘配合
a)主变压器和辅助变压器的中性点
与HV(400kV)电网连接的主变压器和辅助变压器中性点接地方式规定如下:
18核电站的其它低压系统的中性点接地方式根据使用要求(照明、电加热等)可有所不同。
——所有接于主厂外电源的主变压器(TP)组的HV绕组的中性点均经25Ω的电抗器接地;
——与电抗器并联设置一个避雷器,以保证在出现操作过电压时中性点的电压水平不
超过405kV(峰值);
——在HV供电情况下的降压变压器(TS)和辅助变压器(TA)的一次绕组中性点均直接接地。
b)雷击和操作过电压
为了避免在厂用电系统上的过电压,在主变压器、降压变压器和辅助变压器上应采取以下措施:
——为了将过电压的幅值限制到与设备的技术条件(耐受过电压)相匹配的数值使用避雷器或放电器的技术规定;
——限制过电压冲击波传播的技术规定。
c)核电站MV厂用电系统中的过电压
由于核电站MV厂用电系统以中性点不接地方式运行,因此能够承受由以下情况引起的过电压:
——非永久性接地故障(高频过电压);
——永久性单相接地故障;
——操作过电压。
所有MV厂用设备应设计成能承受以上过电压。
这些配电装置应设计成能够限制操作过电压。
C2133核电站厂用设备供电电压的配合
在所有情况下,必需向厂用设备提供足够的且与其运行相适合的供电电压:
应考虑两种特殊情况,即:
这些厂用设备正常运行(在核电站的各种运行工况下)以及当这些厂用设备整组再起动时的运行状况,以便检验厂用设备总体的运行状况。
a)正常运行时厂用设备的供电
降压变压器、辅助变压器以及低压(LV)配电变压器的变比可部分地补偿电压降,以使变压器带轻负荷时可保持在设备允许的最大电压。
表C2133-a给出了电动机端子处的电压变化范围。
这些变化范围是基于电网电压从375kV到415kV变化以及按照C2131中指出的准则使核电站与电网电压相匹配。
超过此范围或者在某些情况下运行在此范围的极限值上,则可能使这些设备短时运行在其预期的正常范围以外,这仅对设备的运行寿命稍有影响。
b)厂用设备的整组再起动
这种状况在以下两种情况中电压瞬时降低之后出现:
核电站带厂用设备孤岛运行以及常备和应急厂用设备切换到辅助电网。
在这两种情况下,应确保在与单元机组随后的运行相适合的时间内再加速。
这些瞬态计算涉及在电源与所供电设备间限制的电压降,通过计算确定以下参数:
——降压变压器及辅助变压器的短路电压;
——变压器和电动机之间的最大电压降19。
已知核电站处电网的电源电压及短路功率,这些瞬态计算是通过考虑电压和速度随时间变化的方法来进行的。
在第一种情况(孤岛运行)下,单元机组保持运行,整组厂用电动机速度的变化––––瞬时减速之后全部再起动––––应保持与机组在图C2133-a中对降压变压器HV端子处规定的电压变化的假想包络线条件下的运行相适合。
这种瞬态电压同样用于确定装有惯性齿轮的机械设备的参数。
在第二种情况(厂用设备切换)下,向辅助电网的切换应能使常备厂用设备和应急厂用设备再起动,这些厂用设备速度的变化应与厂用设备的容量配置及在图C2133-a中对辅助变压器HV端子处的瞬态电压条件下的运行相适合。
C2200设备特性的配合––––“电流”方面
C2100章对供电电压配合的规则确定了电气设备规格的某些参数,例如:
——某些变压器特别是降压变压器和辅助变压器的阻抗最大值;
——某些电缆特别是低压电缆的最小截面;
——设备的绝缘电压以及耐受过电压。
19考虑到MV电缆长度很短,在这些电缆中的电压降从来不是一个用于确定其截面的参数,其截面是由其短路耐受能力或发热确定。
MV6.6kV/LV厂用变压器的短路电压采用5%。
应考虑在低压电缆中的电压降。
对于为变压器计算的最大短路电压与由设备开断能力要求的最小短路电压之间的相容性应进行检验。
然而,由于有很大的短路容量,应对设备的耐受能力以及分断装置的性能从耐受故障电流以及在连续运行状态下的允许电流的角度进行检验。
设备的耐受能力以及分断装置的性能也受采用的一般规则、技术选择或由外部(电网)、或由核电站的运行所限定条件的影响。
C2210采用的一般规则
这些规则可概述如下:
——导致电站电路短路的任何电气故障,除受故障影响的设备之外,不应对其它设备造成任何损害。
例如:
一台电动机短路时,仅这台电动机受损害。
——每个故障应由具有选择性的保护装置尽快地切除。
在所有可能的措施中,通过起动适当的备用设备避免使核电站停运。
这些规则通过合理选择保护装置及设备(电缆、变压器等)来满足。
这显然不排除与适当的接地共同实现的对人身安全的保护措施。
C2220技术选择
这些技术选择主要针对以下各点:
——用于发电机送出的同轴分相封闭母线;
——对MV配电装置故障的分断及关合能力;
——配电装置的型式;
——柴油发电机组满负荷定期试验;
——变压器阻抗的容差。
C2221用于发电机送出的同轴分相封闭母线
这种技术使得在发电机至主变压器间连线上以及在至MV供电的降压变压器的连线上发生两相或三相故障的风险可忽略不计。
C2222对MV配电装置故障的分断及关合能力
当确定需要供电的厂用设备的总功率后,有必要根据MV配电装置的短路分断能力确定降压变压器二次绕组的数量。
配电装置的分断及关合能力在标准CEI60056中规定。
某些补充参数应给予规定并互相配合。
由于所供电的厂用设备主要是电动机,这些电动机向短路点提供短路电流,因此,针对标准的规定,并且经与配电装置的制造厂协商,对于核电站的MV配电装置已提出了以下的明确规定和修改:
——当分断短路电流时,故障电流非周期分量的百分比应低于或等于50%;
——断路器的短路关合能力应在对称分断能力有效值的2.5倍至3倍之间。
实际上,这能够导致规定降压变压器和辅助变压器的时间常数最大值和故障后断路器触头开始分开的最小时间。
用于计算关合电流的时间为10ms,此数值近似对应于第一个电流峰值的最大值。
C2223配电装置的型式
对于MV(6.6KV)和LV分断装置,采用断路器及接触器-熔断器组合装置。
在向安全级设备供电的出线回路上采用的设备从机械上与向非安全级设备(功率相等)供电的出线回路上采用的设备相同。
a)MV(6.6kV或其它)分断装置的选择
对于接触器—熔断器或断路器,要求的特性是:
——关合能力为120kA或150kA(峰值);
——对称分断能力分别为40kA或50kA(有效值),此数值是基于电网、柴油发电机组和电动机提供的分量来确定的。
b)MV断路器
在用电负荷功率大于800kVA、操作次数较少(在设备寿期内操作次数<10000次20)以及如果要求具有很高短路电流分断能力且不对称分量最大值为50%的情况下需要采用断路器。
c)MV接触器––熔断器
在用电负荷功率小于800kVA且操作次数很多(在设备寿期内操作次数>10000次)的
情况下需要采用接触器––熔断器。
在一个熔断器熔断的情况下应采取措施,使相关的接触器分断以避免三相电动机的两
20操作次数值已由断路器和接触器—熔断器的可靠性研究及试验确定。
相运行,并对此故障发出信号。
最后,对于由柴油发电机组应急供电的设备,由于柴油发电机组的短路功率较小,因此,熔断器将不能对这些设备给予完善的保护,应采取措施通过MV接触器熔断器(相配合的接触器)确保对设备的保护(C2224)。
d)LV分断装置的选择
对于接触器熔断器或断路器所要求的特性是:
关合能力为50kA(峰值),对称分断能
力为24kA(有效值),这些数值是基于MV/LV变压器的短路容量及短路电压来确定的。
C2224柴油发电机组进行满负荷定期试验时提供的短路电流分量
当柴油发电机组通过与电网并联进行满负荷试验时,柴油发电机组提供的短路电流分量应按照为并网采用的电路配置加以考虑。
C2225变压器阻抗的容差
对于双绕组变压器,阻抗值的允许误差为±5%。
对于三或四绕组变压器,“厂用设备再起动”阻抗和“短路”阻抗均在设备规格书中明确规定。
C2230采用的条件
对于涉及承受电气故障的设备设计,考虑采用以下数据:
——与核电站连接的电网(主电网和辅助电网)的最大短路容量由电网确定。
可以采用与电网的开关站开关设备规格相对应的数值。
——同样,对于某些故障可能持续的时间以及可能影响到所考虑设备的故障次数采用以下条件:
●在核电站寿期内在变压器的上游、主发电机端子处的直接短路可能发生两次,每次持续时间3.5秒;
●在核电站寿期内在主变压器的下游(电网侧)可能发生的直接短路伴随失步约20次,伴随再同步约100次;
●在核电站MV厂用电系统上可能发生直接短路,其持续时间由核电站的保护选择性(C2300)确定。
——最后,核电站的运行应考虑运行中的电动机提供的故障电流分量,这些电动机在故障期间靠转动惯量旋转并转变为异步发电机,从而增加了由断路器或熔断器分断的故障电流。
C2240结果
C2241MV厂用设备电源变压器规格的确定
a)从变压器阻抗及规格选择的观点,降压变压器和辅助变压器应满足以下两个条件:
●其阻抗应限于在规定条件(C2133)下能使厂用设备再起动的最大值:
该值称为“厂用设备再起动阻抗”;
●然而其阻抗的最小值能使由此导致的短路电流与所选择的分断装置的分断能力相适合:
该值称为“短路阻抗”。
在变压器具有几个二次绕组的情况下,再起动阻抗是在所有二次绕组短路情况下规定的阻抗值,而短路阻抗是在只有一个二次绕组短路情况下规定的阻抗值。
变压器的规格书规定了二次绕组间的最小阻抗,以限制由其它绕组供电的电动机提供的短路电流,以便可以在计算中忽略这部分短路电流。
b)实际上,为了最好地利用所选择的分断装置,采用以下方法:
——对MV(6.6kV)侧短路的研究得出最小短路电压;
——对厂用设备再起动的研究得出考虑C2133节的数据时的最大短路电压;
——对这两个短路电压值间的相容性应进行检验,应特别注意这些设备参数的允许误差;
——如果这两个数值不相容,应对单线图的某些参数进行修改(二次绕组的数量、开关装置的类型以及柴油发电机组的试验方式等),并反复进行计算直至在最佳利用分断装置的同时获得厂用设备令人满意的再起动。
短路电流的计算依据标准CEI60909进行。
C2242MV和LV电缆规格的确定
一般来说,从电流角度,电缆应满足三个条件:
——电缆允许通过稳态电流。
这个电流值在其规格书中给出,它取决于很多因素,例如:
环境温度、电缆结构和敷设条件等,它导致稳态下的发热;
——电缆应能耐受可能通过的故障电流而无损坏。
在此情况下,电缆芯线的瞬态温升明显高于稳态温升允许的;
——在稳态或电动机起动时,在电源和所供电设备间的电缆上不应产生过大的电压降。
电缆截面的确定使得:
当母线电压在正常范围的下限及电动机输出其额定转矩时,电动机机端最小电压为0.8Un(MV)和0.85Un(LV)。
在确定电缆规格时,按以下规则考虑环境温度:
——按一般规则,对于向一旦普遍失去空调时原则上停运的设备(这将导致长期或短期停堆)供电的电缆采用30℃。
——对于向普遍失去通风时仍需运行的设备以及特别是保证空调的设备供电的电缆,采用更高的温度。
——然而,电缆的短时过热是许可的,这仅对电缆的寿命有较小的影响。
——对于安装在反应堆厂房内的电缆,以及在经受设计基准事故条件后仍应可用的电缆,计算中考虑的相应环境条件在D2000中给予规定。
这些电缆由特定的规格书给予规定。
C2300单线图––保护的配合
C2310本章的内容
保护是指对电站下列各种设备采取的电气保护:
——发电机和变压器;
——MV(6.6kV)配电装置;
——厂用设备的LV配电装置。
此文件不论述汽轮机及反应堆的保护。
一般来说,保护装置确保对设备进行保护,以防止:
——设备的内部故障,这类故障总是需要专用的保护装置(例如:
定子接地等);
——设备的外部故障,对故障设备预先隔离。
最后,某些保护由于故障的后续效应实际上成为某些专用或非专用保护的后备保护:
例如,过电流引起的低电压在第二阶段可以探测到,等等。
C2320发电机和变压器保护
C2321引言
a)提示
核电站的发电设备在其寿期内可能经受异常事件或事故的瞬态过程,尤其是由于这些设备与输电网连接的结果。
对这些设备作了规定,以使它们能承受比保护介入时间更长的瞬态过程。
对发电机也包括对主变压器规定了这些瞬态过程。
发电机能承受C2230中指明的外部故障(短路)、有限次数的非同期并网、失步运行、过电压以及一定比率的负序分量。
b)对于某些对机械或设备不造成损害和/或很少发生的故障,不采用专用保护装置。
c)主变压器、降压变压器和辅助变压器的保护是通过用油箱接地保护和瓦斯保护构成的组合实现的。
d)电网的某些故障已由电网的保护装置保护,但对核电站的运行有影响,并使核电站相应的保护装置动作,对此,在下表中列出了清单:
故障
保护
接地故障
变压器中性点的零序保护
(电压*或电流)
相间故障和/无相对地故障
低电压
导致频率下降的发电机出力降低
低周
失步
失步
过负荷
最大电流时报警
不平衡
不平衡
电压下降
低电压
注:
*仅在中性点不接地情况下存在。
e)保护装置的试验
保护装置在运行中不进行试验,仅在停运时才对其进行试验。
C2322保护的选择
不同的保护装置以表C2322-1和表C2322-2的方式加以说明。
C2330MV系统的保护
由降压变压器和辅助变压器供电的MV系统装有过电流保护和当持续失压时切除负荷的保护。
在应急配电装置上不装设这种失压保护。
降压变压器和辅助变压器与配电装置之间连线的保护是由变压器保护实现的,在表C2322-2中加以说明。
该保护延时动作,以便给下级保护留有动作的时间。
C2331失压保护
在非应急配电装置上最终失去交流电压的情况下,切断由此配电装置供电的所有馈出线,以便:
——使自动装置能够反映电站的实际状态(特别是根据断路器位置发出的信号和自动动作);
——防止当电压恢复时设备不受控制的起动,这种起动可能对设备或人身造成损害。
C2332过电流保护
MV配电装置由配电装置上的“进线”柜和向设备供
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