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

Fan Junlong

核電廠核島接地系統(tǒng)設計與研究

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自主設計的核電廠核島接地系統(tǒng)的設計指導思想、原則及與火電廠在設計中的區(qū)別。這將為大型工業(yè)工廠的接地系統(tǒng)設計方法打開一扇新的窗口。

關鍵詞核島 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)中較重要的一個獨立系統(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)的設計是在參考國外同類型核電站接地系統(tǒng)設計，結合我國具體情況，設備全部國產化的基礎上進行的。

2系統(tǒng)組成及運行方式

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)建筑物基礎底板下的深埋接地網；2)建筑物內的主接地干線；3)建筑物結構鋼筋。

圖1中，粗虛線以下即為深埋接地網。為了增加抗腐蝕能力，達到40年的使用壽命，接地導體采用裸銅纜，其截面積為185mm2。這些接地導體埋在沙粘土中，分布成網格形式，其間的連接交叉點采用鋁熱劑焊接。深埋接地網上一共有20根引上銅纜，其中有4根同地面上的主接地干線網絡相連(粗虛線以上部分)。其他引上銅纜則引到核島廠房內的接地分配箱，然后與a核島廠房外的接地檢查井、b核島廠房內的結構鋼筋相連。接地檢查井的用途主要有3個：1)電站運行后每年在檢查井檢測一次接地電阻是否符合要求；2)在檢查井內將核島的接地裝置與其他輔助子項的接地導體相互連接；3)在檢查井處將RX廠房頂上的避雷針與深埋接地網相連。

核島廠房內主接地干線材料的選取依具體廠房不同而不同，在反應堆廠房(RX)內根據計算采用40×5mm的銅排，除反應堆廠房外(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的墻壁上。核島廠房內所有需要接地的設備和設施最終都接至主接地干線網絡上。

2.2運行方式

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

圖1　核島接地系統(tǒng)簡圖

當核島廠房遇到雷擊時(包括側擊雷和感應雷)，主接地干線網絡與構筑物內的鋼筋及反應堆廠房頂上的避雷線一起將雷電流泄入深埋接地網并散入大地中，以避免核島廠房內雷擊過電壓的產生。

3核島接地系統(tǒng)與一般工業(yè)廠房接地系統(tǒng)設計的區(qū)別及主要特點

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

3.1設置深埋接地網

一般工業(yè)企業(yè)的接地系統(tǒng)不設深埋接地網，通常是利用建筑物基礎鋼筋接地，接地電阻通常要求小于4Ω。而核電站設備較精密，安全性要求高，所以國際上統(tǒng)一要求接地電阻小于1Ω，為了達到這個要求，在核島廠房基礎底板下設置了深埋接地網，這是原因之一。原因之二是一般工業(yè)企業(yè)是利用基礎鋼筋接地。幾年前做過一個基礎鋼筋柱泄雷的模擬試驗，發(fā)現(xiàn)當通過強大雷電流時，基礎鋼筋柱有爆裂現(xiàn)象。這可能是由于基礎鋼筋柱深埋在地下，較潮濕，當流過雷電流時突然發(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，不應留任何隱患，所以專門設置了深埋接地網，并且將接地網用銅纜通過檢查井與反應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，然后散入大地，減少了基礎鋼筋泄雷電流的負擔，確保核島廠房的安全、可靠。最后，設置深埋接地網的另外一個重要原因是為了減小跨步電壓。當有電流從接地導體泄入土壤中時，必然會引起接地導體及其周圍地面的電位升高，當有人在地面上經過時，就會引起所謂的跨步電壓。當此電流變大時，跨步電壓也相應升高，嚴重時可能危害到人身安全。為了避免這種情況的發(fā)生，設置網絡狀的深埋接地導體，使底板平面上的電位在有接地電流時同時升高，不會產生有危害的跨步電壓，保障人身安全。

3.2設置主接地干線

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

4結束語

核島接地系統(tǒng)本身并無核安全級要求，但它直接關系人身安全。因此設計是否合理直接影響反應堆的運行。此系統(tǒng)于1996年完成施工設計，2001年電站投入運行，至今此系統(tǒng)運行良好。

范君龍

教授級高工，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)會建筑電氣與智能化節(jié)能專業(yè)委員會專家、《智能建筑電氣技術》雜志編委、北京電氣設計情報網常委。

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