顧中祥

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核燃料換料機設計中應注意的電氣安全問題

顧中祥

（中核武漢核電運行技術股份有限公司江蘇分公司 江蘇 連云港 222002）

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

核燃料換料機；設計；電氣安全問題

前言

核燃料換料機裝置，也被稱為裝卸料機，是大型壓水堆核電站的核燃料構件轉運設備。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)中最關鍵的設備。燃料機位于反應堆側（RX側）池上方，主要用于反應堆與傳動系統(tǒng)之間運輸核燃料構成部件。換料機是在特殊危險環(huán)境下使用的特殊操作設備。核燃料換料機與橋式起重機相似，但又具有很多特殊性，具體來說：換料機的整體機械結構是導電金屬，安裝了大量的電氣設備，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，運營商都在設備本身上對設備進行操作;換料機離地面近、濕度高、環(huán)境惡劣，這些都嚴重影響了電氣設備的使用壽命和性能;換料機將固定套直接插入反應池中，如果換料機和水池內的許多電器設備發(fā)生電氣故障，很可能會互相影響;換料機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，下次卸料在恢復拆除，這樣的過程每次都可能損壞電氣保護設計;換料機設計壽命40年，電氣設備通常每10年更新一次，新的電氣保護設計可能會采用原設計，但新設計也可能與原設計不相符，從而導致電氣安全問題。

因此，在換料機的初步設計和改造設計時，應當特別注意電氣安全問題，避免因電氣保護設計不當，設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，甚至導致電氣火災，爆炸和放射性物質泄漏的嚴重后果。換料機的電氣安全是電氣設計的核心，電氣安全防護設計是確保個人、設備和核燃料組件安全的基本措施。[1]

1 接地

1.1 接地類型

為了保護換料機的電氣設備的可靠運行以及操作人員、設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)，器件外露導電部分與保護線相連。根據中性線和保護線的組合的不同，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，電氣裝置外露能導電部分直接接地，與接地點電源側的電氣獨立。

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，電氣設備的外露造成可導電部分直接接地。

1.2 整體接地

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

1）生產階段：生產調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，換料機接入廠區(qū)接地系統(tǒng)，故換料機整體應用TT接地型。

1.3 內部接地

換料機內部應根據系統(tǒng)功能采用保護接地和功能接地。為確保人身安全和設備安全，保護線和中性線應分開，采用TN-CS接地方式。

2 等電位聯(lián)結

2.1 等電位聯(lián)結型式

等電位聯(lián)結是電氣安全保護的基本措施，以電氣聯(lián)結電氣設備暴露的導電部分和設備的導電部分，進而消除或減小各部分之間的電位差。等電位聯(lián)結分為總等電位聯(lián)結，局部等電位聯(lián)結和輔助等電位聯(lián)結。等電位聯(lián)結網絡的基本形式是S型星型聯(lián)結，M型網絡聯(lián)結和兩者的組合。[2]換料機的機械結構主要由大車，小車，主起升和輔助起重機4部分組成，機械結構為導電金屬。為了保護操作人員的安全，換料機裝置必須是等電位聯(lián)結。

2.2 電氣設備的等電位聯(lián)結

連接到外部接地系統(tǒng)的換料機一般直接連接到配電柜，并將配電柜接地銅排設置為等電位聯(lián)結，從該點引出的地線接入小車，大車，主升級和輔助起重機上的電氣箱體，使用S型星連接。4個機械部分的電氣柜接地銅排作為局部等電位聯(lián)結點。在每個電箱體中，需要接地的電器應聯(lián)結到本地總電位聯(lián)結點。為確保電氣設備的安全，聯(lián)結網絡采用S型星形連接，不需M型網絡連接，必要時對特殊設備采用特殊的等電位聯(lián)結。在電器箱體外的電氣設備也采用S形星形聯(lián)結接入局部等電位聯(lián)結點，必要時使用輔助等電位聯(lián)結。對于從配電柜直接供電的電機等電氣設備，電源和接地電纜通常組合在一根電纜中，S型星形聯(lián)結直接用于聯(lián)結等電位聯(lián)結點。

3 漏電保護器的使用

漏電保護器主要起到在設備漏電故障時對人體和設備進行保護的作用，并具有一定的防電氣火災功能。換料機應設置漏電保護器，國內外換料產品都沒有使用漏電保護器。漏電保護器對換料機的保護功能：①直接防震保護;②間接接觸保護;③電氣防火。

4 電磁輻射防護

電磁輻射危害人體健康，對一些電器設備的正常工作也有影響，換料機在設計時應注意電磁輻射防護，主要措施有：①嚴格選用電磁兼容的標準電器和電子設備。②選擇金屬材質的電器柜。③操作人員在操作設備時，應關閉柜門，防止柜內強輻射損害人體健康。③強輻射設備選用金屬外殼設備。④使用屏蔽和接地。⑤過濾和隔離措施。

5 結語

核燃料換料機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備，在換料機的初始設計以及改造設計中應特別注重安全防護。

[1]穆朝暉：PMC系統(tǒng)加油機整體設計與傳動系統(tǒng)改造[D]。大連：大連大學技術，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，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