核燃料换料机设计中应注意的电气安全问题

顾中祥



核燃料换料机设计中应注意的电气安全问题

顾中祥

（中核武汉核电运行技术股份有限公司江苏分公司 江苏 连云港 222002）

核燃料换料机是在特殊危险环境下使用的特种作业设备。因此，在初始设计和改造设计中应特别注意电气安全，以避免由于电气保护设计不当，设备故障和外部故障引起的电气事故：直接或间接的电气设备损坏、人员伤亡、核燃料的结构破坏以及更严重的后果等等。本文分析介绍了接地、等电位联结、漏电保护器使用等应特别注意的电气安全问题。

核燃料换料机；设计；电气安全问题

前言

核燃料换料机装置，也被称为装卸料机，是大型压水堆核电站的核燃料构件转运设备。它属于核燃料运输储存系统（PMC）的子系统，是整个PMC系统中最关键的设备。燃料机位于反应堆侧（RX侧）池上方，主要用于反应堆与传动系统之间运输核燃料构成部件。换料机是在特殊危险环境下使用的特殊操作设备。核燃料换料机与桥式起重机相似，但又具有很多特殊性，具体来说：换料机的整体机械结构是导电金属，安装了大量的电气设备，由于超低电压的安全性不能满足电力需要，通常运用380V功率的强电供电，运营商都在设备本身上对设备进行操作;换料机离地面近、湿度高、环境恶劣，这些都严重影响了电气设备的使用寿命和性能;换料机将固定套直接插入反应池中，如果换料机和水池内的许多电器设备发生电气故障，很可能会互相影响;换料机在每次装料完成之后，需要将交流电厂的一些电器装置卸下存放，下次卸料在恢复拆除，这样的过程每次都可能损坏电气保护设计;换料机设计寿命40年，电气设备通常每10年更新一次，新的电气保护设计可能会采用原设计，但新设计也可能与原设计不相符，从而导致电气安全问题。

因此，在换料机的初步设计和改造设计时，应当特别注意电气安全问题，避免因电气保护设计不当，设备故障和外部故障引起、人身伤害以及死亡和核燃料成分的损害，甚至导致电气火灾，爆炸和放射性物质泄漏的严重后果。换料机的电气安全是电气设计的核心，电气安全防护设计是确保个人、设备和核燃料组件安全的基本措施。[1]

1 接地

1.1 接地类型

为了保护换料机的电气设备的可靠运行以及操作人员、设备和核燃料组件的安全，必须采取接地措施。接地一般分为：功能接地、保护接地和合二为一接地。交流低压系统接地类型分为：

1）TN系统：有一点直接接地的系统，器件外露导电部分与保护线相连。根据中性线和保护线的组合的不同，TN系统分为TN-S系统、TN-C-S系统和TN-C系统。

2）TT系统：电源端有一点直接与地面相接，电气装置外露能导电部分直接接地，与接地点电源侧的电气独立。

3）IT系统：带电部分的电源端不接地或通过地线的阻抗接地，电气设备的外露造成可导电部分直接接地。

1.2 整体接地

换料机的整体接地由于运用保护性接地。因此，在生产阶段和运行阶段的接地类型有所不同：

1）生产阶段：生产调试车间供电电源通常采用TN-C-S或TN-S接地方式。换料器可以直接连接到电源。整体使用TN-C-S或TN-S接地型，不需要对供电的电源进行改变，供电电源中性线不引出。

2）运行阶段：在RX工厂，交换机采用三相380V交流电源供电，无中性，供电电源单独接地，换料机接入厂区接地系统，故换料机整体应用TT接地型。

1.3 内部接地

换料机内部应根据系统功能采用保护接地和功能接地。为确保人身安全和设备安全，保护线和中性线应分开，采用TN-CS接地方式。

2 等电位联结

2.1 等电位联结型式

等电位联结是电气安全保护的基本措施，以电气联结电气设备暴露的导电部分和设备的导电部分，进而消除或减小各部分之间的电位差。等电位联结分为总等电位联结，局部等电位联结和辅助等电位联结。等电位联结网络的基本形式是S型星型联结，M型网络联结和两者的组合。[2]换料机的机械结构主要由大车，小车，主起升和辅助起重机4部分组成，机械结构为导电金属。为了保护操作人员的安全，换料机装置必须是等电位联结。

2.2 电气设备的等电位联结

连接到外部接地系统的换料机一般直接连接到配电柜，并将配电柜接地铜排设置为等电位联结，从该点引出的地线接入小车，大车，主升级和辅助起重机上的电气箱体，使用S型星连接。4个机械部分的电气柜接地铜排作为局部等电位联结点。在每个电箱体中，需要接地的电器应联结到本地总电位联结点。为确保电气设备的安全，联结网络采用S型星形连接，不需M型网络连接，必要时对特殊设备采用特殊的等电位联结。在电器箱体外的电气设备也采用S形星形联结接入局部等电位联结点，必要时使用辅助等电位联结。对于从配电柜直接供电的电机等电气设备，电源和接地电缆通常组合在一根电缆中，S型星形联结直接用于联结等电位联结点。

3 漏电保护器的使用

漏电保护器主要起到在设备漏电故障时对人体和设备进行保护的作用，并具有一定的防电气火灾功能。换料机应设置漏电保护器，国内外换料产品都没有使用漏电保护器。漏电保护器对换料机的保护功能：①直接防震保护;②间接接触保护;③电气防火。

4 电磁辐射防护

电磁辐射危害人体健康，对一些电器设备的正常工作也有影响，换料机在设计时应注意电磁辐射防护，主要措施有：①严格选用电磁兼容的标准电器和电子设备。②选择金属材质的电器柜。③操作人员在操作设备时，应关闭柜门，防止柜内强辐射损害人体健康。③强辐射设备选用金属外壳设备。④使用屏蔽和接地。⑤过滤和隔离措施。

5 结语

核燃料换料机的电气安全问题与解决措施并不仅限于本文所列举的，作为特殊环境下运行的特殊操作设备，在换料机的初始设计以及改造设计中应特别注重安全防护。

[1]穆朝晖：PMC系统加油机整体设计与传动系统改造[D]。大连：大连大学技术，2015,77-98.

[2]李春昌：岭澳核电站PMC核燃料处理储存系统升级评估与实施[D]。上海：上海交通大学，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