核电厂照明分线盒配置方案及优化改进

张瑞明, 刘良军, 雷亚清

(中广核工程有限公司, 广东 深圳 518124)

核电厂照明分线盒配置方案及优化改进

张瑞明, 刘良军, 雷亚清

(中广核工程有限公司, 广东 深圳 518124)

针对核电厂项目的特有要求,阐述了核电厂照明系统分线盒的配置方案。基于多项目工程实践,从安全、性能、易用等方面提出了核电厂分线盒配置的优化改进方案。实践表明,合理的选型方案可提高核电厂安全,降低项目建造及运行成本,为核电厂的标准化建造奠定基础。

核电厂; 照明分线盒; 优化改进; 盐雾试验

0 引 言

照明分线盒(简称分线盒)与电缆、灯具一起组成了核电厂照明系统网络。照明系统网络包含近6万个灯具、2万个分线盒以及数千米的电缆。在该庞大的系统网络中,分线盒起到了承上启下的关键作用,分布于核电厂的数百个厂房中,并且安装时限贯穿核电厂的整个建设周期,决定了每个厂房的照明可用性,影响每个厂房的移交。因此,分线盒对核电厂的建设具有重大的意义。

本文针对核电厂项目的特有要求,基于项目工程实践,从安全、性能、易用等方面阐述了核电厂照明分线盒选择、配置的基本要求。通过对多项目情况的汇总分析,确定了分线盒的改进优化方案。

1 核电厂用分线盒简介

1.1 分线盒简介

分线盒是用于连接配电箱与照明灯具的一种小型低压配电装置,主要由端子、导线、导轨以及安装器件组成。端子通过横联件实现对进线电缆导线的扩充。导线实现上下游电路的连接,导轨用以固定端子。分线盒如图1所示。

图1 分线盒

核电厂分线盒有近2万个,根据功能可以划分为普通照明分线盒、耐火照明分线盒、防爆照明分线盒;根据用途不同(如用于主分线盒、用于按钮控制、用于电动机加热器、用于热水器等),划分为8CR70A、8CR70D、8CR80等近20种;根据安装位置不同,可划分为室外用和室内用分线盒。

1.2 分线盒材质及试验要求

1.2.1 材质要求

为了降低火灾蔓延风险以及火灾后的危害,核电厂电缆及分线盒均要求采用低烟无卤阻燃材质。目前,分线盒类产品主要有聚碳酸酯、玻璃纤维加强聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、铝等。其中铝价格较高,其主要用于抗干扰,在照明系统中需求少。聚苯乙烯的耐火性能没有聚碳酸酯类高,在燃烧时容易产生刺激性气味,因此在核电厂不予采用。聚碳酸酯类产品可有效避免上述缺点。玻璃纤维具有拉伸强度高、弹性系数高、吸收冲击能量大、耐化学性佳、吸水性小、耐热性好、加工性佳、价格低等特性,通过在聚碳酸酯中增加玻璃纤维,可有效改善和提升形变温度,增强刚性,提升弯曲强度、拉伸强度等。

在工程实践中,玻璃纤维加强聚碳酸酯材质得到良好的验证,既能提供较好的阻燃性能,又有较强的耐腐蚀特性,同时具备良好的抗撞击性能,在核电厂分线盒中被广泛采用。

1.2.2 试验要求

(1) 盐雾试验。核电厂目前主要建造在海边,周围空气中充满了大量高盐分的气体。为保证设备长时间的稳定运行,分线盒必须耐受盐雾。依据标准GB/T 2423—2008《电工电子产品环境试验》进行,试验采用中性盐雾试验NSS方法来验证。

(2) IP防护试验。安装于核电厂房的分线盒,数量庞大,难以大面积更换,长期暴露于空气中,对其使用寿命要求高。为有效保证分线盒内部的端子、导线不会被水汽等侵蚀,分线盒的防护等级需要达到IP54,个别区域要达到IP55、IP56。因此,IP防护等级试验是分线盒必须耐受的试验项目。

(3) IK试验。按照GB 7251.2—2005《低压成套开关设备和控制设备 总则》,并根据项目安装阶段环境,要求分线盒应能耐受2 J的撞击能量,即不低于IK07等级。

(4) 阻燃试验。按照GB 5169—2006《电工电子产品着火危险试验》要求,分线盒应通过灼热丝试验,以证明其材质的阻燃、自熄特性。

(5) 耐压试验。分线盒分布核电厂各个厂房,其中安全壳内的分线盒需要具备承压能力。在核电厂冷试阶段,安全壳内部整体进行打压,内部压力升高至0.5 MPa,因此需要分线盒能承受该压力。安全壳打压试验进展图如图2所示。由图2可见,安全壳最高压力达0.48 bar,因此设备承压须达到0.5 MPa。

图2 安全壳打压试验进展图

(6) UV防紫外线试验。部分分线盒分布于室外,常年经受紫外线照射,因此需要耐受紫外线试验。试验可参考GB 16422.3—1997《紫外光老化试验标准》实施。

除上述试验外,分线盒需在防爆环境下进行ATEX认证,在耐火环境下进行耐火试验验证,耐火时限1.5 h。满足上述试验要求后,分线盒才能在核电项目中应用。

1.3 核电厂分线盒配置

根据分线盒的进出线参数不同、上下游负荷的差异、功能差异、安装环境等不同,分线盒划分为近30种,并分别命名为8CR70A、8CR70B、8CR80、8CR90等。不同种类分线盒,其内部配置存在一定差异,但均由安装导轨、分线端子、格兰、接地配线及标识组成。典型的分线盒配置图如图3所示。

图3中,明确了分线盒内部的各元器件数量、安装位置、开孔尺寸、标识方式等,这为标准化生产、批量化采购提供了必要条件。

图3 典型的分线盒配置图

2 分线盒配置方案改进

2.1 种类改进、增强包络性

在工程设计、采购、安装过程中,均采用名称代表该类箱盒,比如8CR70A代表了带按钮、1进3出、安装于普通环境、带接地回路的照明分线盒。由于种类多,在设计阶段,设计人员需根据负荷种类、配线方式在布置图上体现分线盒名称、采购以及施工阶段。一方面,供应商需要对每类分线盒进行备库存,这就占用大量资金;另一方面,在现场出库入库时也很繁琐。

为了解决上述问题,并缩减箱盒种类,从工程实际出发进行优化。① 减少灯具种类,将全部灯具更换为带接地的一类灯具;② 扩大分线盒的尺寸,将部分1进3出设备与1进5出合并;③ 将特殊环境如易爆、耐火环境,优化最大尺寸的分线盒,通过在盒内增加功能元件,实现其向下包络,达到缩减种类的目的。

通过上述改进,分线盒种类由原来的30种缩减了1/3,最终剩余20种。通过增加包络性,在工程建设材料成本上稍有增加(设备尺寸变大,费用略增),但大大提高设计、采购、安装效率,降低了人工成本、进度成本。

2.2 引入敲落孔,方便现场装配

电缆进入分线盒中需要通过格兰将其锁紧。生产企业在出厂时一般将格兰安装于分线盒两侧,以成套产品提供给用户。但对于核电厂,该方案会产生较大问题。因为核电厂的大部分厂房较高(高达4～8 m),安装人员在高处操作便利性差,同时分线盒往往穿插于桥架、电缆、灯具交汇处,布线较麻烦,很难调整分线盒进线电缆方向。格兰安装位置固定,进线电缆又难以调节,对安装造成极大困难。

为解决上述问题,方便现场安装,分线盒在出厂时采用敲落孔形式(不降低性能的前提下)。带有敲落孔的分线盒如图4所示。

敲落孔分布在分线盒的四个面。安装阶段,安装人员先根据现场实际情况,确定采用敲落孔的位置及数量,然后将敲落孔敲掉,安装格兰并引入电缆,极大提高了分线盒使用的便利性。

图4 带有敲落孔的分线盒

2.3 调整端子型号以及导轨方向,方便现场配线

分线盒尺寸不大,主要用来连接电缆,因此在安装阶段有较多电缆需要在盒内连接。分线盒原方案配置SAK系列端子,占用一定空间,现更换为WDU系列,在满足分线尺寸要求的同时尽量释放盒内空间,同时调整端子导轨安装方向,为内部分线提供便利。

2.4 改进安装工具

格兰在锁紧电缆时需要用到锁紧工具。安装工具对比如图5所示。改进后工具主要由格兰固定和施加扭矩两部分组成。考虑到核电厂使用的格兰大部分为M32、M25,所以格兰固定部分只对M32、M25两种规格设计,其他尺寸采用原安装工具锁定。扭矩部分设计成可旋转,方便在各个角度施加力矩,更适用于在电缆交错的复杂环境。经现场验证,改进后的使用效果显著,大大提升安装效率。

图5 安装工具对比

2.5 改进防火区域分线盒

核电厂用防火区域分线盒内部均标配了陶瓷端子。但陶瓷端子间无法使用连接片,因此无法实现端子的并联。标配设备图如图6所示。陶瓷端子无法压接多根导线,因此无法实现箱盒的一进多出的扩展功能。

图6 标配设备图

有些企业的陶瓷端子可以使用连接片,并满足耐火温度及时限的要求,符合相应VDE标准。对该分线盒进行了改造,增加了安装底板,解决固定孔位不匹配问题,成功实现了陶瓷端子的并联、扩展。改进后设备图如图7所示。

图7 改进后设备图

3 结 语

经过上述改进,极大方便了核电厂照明分线盒的设计、采购、施工工作,节约了人工成本与进度成本。同时,分线盒配置方案的逐步改进,为核电厂的批量化、标准化建设带来极大便利,也为成套企业进入核电厂领域供应设备提供指引,以降低其投入成本。

[1] 郭静.红沿河核电典型材料大气腐蚀及防护对策研究[N/OL].中国腐蚀与防护网.[2013-09-04].http:∥www.ecorr.org/test/fuwuanli/2013/0904/6629.html.

[2] 广东核电培训中心.900 MW压水堆核电站系统与设备[M].北京:原子能出版社,2005.

[3] 徐伟群,史昶彬.浅析分线盒防护系统的关键技术[J].江苏通信,2013(1):31-32.

[4] 郑海龙,李想.绿色照明在海阳核电厂的应用[J].照明工程学报,2013,24(5):10-12.

Configuration Scheme and Optimization of Lighting Distribution Box in Nuclear Power Plant

ZHANG Ruiming, LIU Liangjun, LEI Yaqing

(China Nuclear Power Engineering Co., Ltd., Shenzhen 518124, China)

Aiming at the specific requirements of nuclear power plant project,this paper elaborated the configuration scheme of lighting distribution box in nuclear power plant.Based on the multi-project examples,the optimization and improvement plans of lighting distribution box were proposed from respects of security,property and easy using.The results show that the reasonable plan improves the security of nuclear power plant,and reduces the costs of project construction and operation,which lays the foundation for the standardization construction of nuclear power plant.

nuclear power plant; lighting distribution box; optimization and improvement; salt spray test

张瑞明(1986—),男,工程师,从事低压电器方面的工作。

TU 271

B

1674-8417(2014)10-0061-05

2014-09-15

刘良军(1973—),男,工程师,从事设备安装的工作。

雷亚清(1984—),男工程师,从事设备采购的工作。