1、系统概述及存在问题
380V淡水I、II段电气系统用于二级泵房、计安楼、行政楼、食堂、综合楼、双阀滤池、加药间、排污泵房、消防站、警卫营房等子项低压交流负荷供电。对保证秦山核电厂工业用水和生活用水起着至关重要的作用。
由于秦山核电厂设计于20年前，鉴于当时的条件，电气产品选择面极为狭窄，几乎没有令人满意的产品。秦山I期淡水段380V母线采用了BSL-10型固定式低压配电屏，柜内元件主要采用了DW10系列空气断路器、DZ10系列塑壳断路器、HD11、HD13系列隔离开关和CJ系列接触器等元器件。这些元器件经过十年运行后日趋老化，设备故障率趋高。目前已对许多元件进行了更换。但由于制造商已不再生产上述元件，许多元件因此而无备件可换；由于BSL-10型固定式低压配电屏的结构特性决定了该配电屏具有母排裸露、屏后无安全设施等不安全因数，对检修维护人员、运行人员均构成威胁，运行人员许多停送电操作均需在柜后进行，不利于人身安全，容易引起设备及人身事故；471、482、480开关目前均只能手动机械分、合闸，影响运行人员的操作安全；由于近年来的发展，淡水段380V母线备用回路已用完，现有低压配电屏不具备进一步发展的可能性；380V淡水段设备陈旧、老化，471-2、482-2闸刀两侧母排颜色不对应，容易发生运行事故，如最近发生的两起事故：2002年6月7日，480-1闸刀故障引起380V淡水Ⅰ、Ⅱ段失电；2002年7月20日，#1、#2淡水变低压侧A、C相相序不对应引起380V淡水Ⅱ段失电。淡水变低压侧471、482断路器至380V淡水段母线侧无隔离闸刀，要检修471、482断路器时必须母线停电。而机组运行期间，380V淡水Ⅰ或Ⅱ段又不允许长时间停电，如果471或482断路器发生故障，会给检修和运行带来很大困难。另外，在02年的红外普查中发现多处电接点有温升过高的情况。
2、改进方案
2.1 改造的总体思路
2.1.1 将BSL-10型低压配电屏更换成MB或MNS型低压开关柜，以提高安全可靠性,保持负荷现有控制功能不变，配电间控制屏拆除，重新进行电动机二次回路设计，并考虑将380V淡水段综合报警（进线开关故障跳闸报警、联络开关故障跳闸报警）及工业水泵、生活水泵、化学泵电流信号送水厂值班室。
2.1.2 根据380V淡水段现场情况，设计中尽量避免建筑和结构的改动，继续使用原配电柜基础，合理安排负荷位置，尽量避免改动原有电缆。
2.1.3 淡水段配电间照明重新设计,更换照明配电箱，将电源自动切换改成在照明箱内手动切换。
2.2设备、材料选型
2.2.1 低压开关柜的选型
MB和MNS型低压开关柜都是目前国内外较先进的柜型，具有相近的技术性能，通过考虑性价比，本次改造拟采用施耐德MB 型低压开关柜。该产品为全封闭型，运行人员操作时碰不到带电部分，提高了运行人员的操作安全性。MB型低压开关柜由法国施耐德电气公司引进，并在国内通过型式试验。它采用了标准化、模数化设计，结构紧凑，布局灵活（固定和抽屉方案可以任意转换），通用性、互换性强。开关柜的基本框架由2mm厚的金属板模块组装而成，分别由前后两个不同尺寸的半柜组成，采用先进铆钉工艺铆接而成。柜内分为4个隔室：开关隔室、辅助接线隔室、母线隔室、连线隔室。各隔室采取了严密的隔离措施，以防止各功能区内的故障扩大。开关隔室由抽屉或固定分隔单元构成，固定分隔单元的门及抽屉单元均有可靠的机械联锁装置，并可通过操作手柄控制，操作手柄定位后可加锁固定。除上述操作手柄外，各单元回路面板上还设有断路器操作手柄、接触器控制按钮、状态指示灯及必要的表计等。抽屉单元具有合闸位置、试验位置、隔离位置。合闸位置：一次和二次回路都接通，设备处于运行状态；试验位置：一次回路断开，二次回路接通，可以对二次回路进行测试并检查回路接线的正确性；隔离位置：一次和二次回路都断开，隔离负荷设备，可以对负荷设备进行检修维护。母线隔室内布置有主母线（水平母线）和配电母线（垂直母线，进线柜无）。柜内设有独立的PE接地排和N线中性排，两者贯穿整个装置，安装在柜前底部及右侧。该产品的主要性能参数如下：
- 柜体型式：户内，抽屉式或固定分隔式
- 防护等级：IP31/IP42/IP54
- 母线系统型式：3P+N+PE
- 额定绝缘电压：1000VAC1200VDC
- 额定工作电压：690VAC750 VDC
- 额定频率：50HZ60 HZ
- 水平母线：1250A 2000A 2500A3200A 4000A5000A6300A
- 垂直母线额定电流： PC柜 3200AMCC柜 800A 1250A 1600A
- 馈电电路最大电流：5000A
- 抽屉回路最大电流：550A
- 控制电机最大电流：480A
- 水平母线峰值耐受电流（0.1s）220KA
- 水平母线短时耐受电流（1s）100KA
- 垂直母线峰值耐受电流（0.1s）176KA
- 垂直母线短时流（1s）80KA
- 辅助回路额定电压：220VDC/220VAC
- 额定工频耐受电压（1min） 2500V
- 二次工频耐受电压（1min） 2500V
- 柜体尺寸（HxWxD mm）：2200x1000（1000）x600
380V淡水段存在配电和电机控制两种负荷。电机控制负荷因存在二次回路，需要在试验位置对二次回路进行调试，考虑到与备用回路的互换性和检修的方便性，电机控制负荷采用抽屉单元；配电负荷没有二次回路，因固定隔室单元没有抽屉单元中接插件的薄弱环节，所以配电负荷采用固定隔室单元。
2.2.2 框架式断路器
471、482、480开关选用最新型的施耐德（Schneider）MT框架式断路器，配有智能保护单元(Micrologic5.0P)：具有长延时、短延时和速断保护，可以进行电压、电流、功率和故障记录等查询。配有电动操作机构、合闸线圈、分励脱扣线圈等，可以进行电动合跳闸，保证了操作人员的安全。而且同样具有合闸位置、试验位置、隔离位置。要进行隔离操作时可使用手柄将开关摇至隔离位置。如要检修471开关，先将482联络开关投入，淡水Ⅰ、Ⅱ段联络运行，然后断开471开关，将其退出至隔离位置，抬出后进行检修，母线不需要停电，这样改造设计时将471-2、482-2闸刀取消，也解决了“检修471、482断路器时必须母线停电”的问题。
技术参数：
极数 | 3 |
额定绝缘电压 | 660V |
额定工作电压 | 380V |
额定频率 | 50HZ |
额定工作电流 | 1250-2500A |
额定电流下温升 | 50℃ |
额定短路接通容量(Icm） | 63KA |
额定极限短路分断容量(Icu) | 40KA |
额定工作短路分断容量(Ics) | 100%Icu |
额定短时耐受电流(1S) | 40KA |
使用类别 | B类 |
机械寿命 | 2000次 |
电气寿命 | 500次 |
2.2.3 塑壳断路器
选用施耐德（Schneider）的具有限流功能的Compact NS系列塑壳断路器。
配有 | 热敏脱扣器\电磁脱扣器\电子脱扣器 |
分励脱扣器（电动操作机构固定安装） | |
极数 | 3 |
额定绝缘电压 | 660V |
额定工作电压 | 380V |
额定频率 | 50HZ |
额定工作电流 | 100-630A |
额定电流下温升 | 50℃ |
额定极限短路分断容量(Icu) | ≥25KA |
使用类别 | B类 |
机械寿命 | 6000次 |
电气寿命 | 2000次 |
2.2.4接触器
选用施耐德（Schneider）的 LC系列接触器。
技术参数：
额定电压 | 380V |
额定绝缘水平 | 660V |
额定频率 | 50HZ |
最高工作电压 | 660V |
吸持线圈额定电压 | 220V |
线圈额定吸持功率 | <100VA |
控制功率（AC—3） | <135KW |
操作频率（AC—3） | 300次/小时 |
电气寿命 | 50万次 |
2.3 保护方案
2.3.1 淡水段电力负荷分析
编 号 | 设备组名称 | 数 量 | 单机 容量 （KW） | 需要 系数 Kx | 功率 因数 cosφ | 计算负荷 | |||
有功 P30 (KW) | 无功 Q30 (Kvar) | 视在 S30 (KVA) | |||||||
淡水Ⅰ段 | |||||||||
1 | 1#生活水泵 | 1 | 45 | 0.8 | 0.8 | 36 | 27 | 45 | |
2 | 2#生活水泵 | 1 | 45 | 0.8 | 0.8 | 36 | 27 | 45 | |
3 | 1#化学泵 | 1 | 30 | 0.8 | 0.8 | 24 | 18 | 30 | |
4 | 二级泵房排水泵 | 1 | 1.1 | 0.5 | 0.8 | 0.5 | 0.3 | 0.5 | |
5 | 1#2#工业水泵变频器 | 1 | 210 | 0.6 | 0.8 | 126 | 94.5 | 157.5 | |
6 | 排水泵动力箱 | 1 | 150 | 0.8 | 0.8 | 120 | 90 | 150 | |
7 | 二级泵房照明箱 | 1 | 10 | 0.8 | 0.8 | 8 | 6 | 10 | |
8 | 水厂道路照明箱 | 1 | 15 | 0.8 | 0.8 | 12 | 9 | 15 | |
9 | 二级泵房1#2#真空泵 | 1 | 5.6 | 0.8 | 0.8 | 4.4 | 3.3 | 5.5 | |
10 | 宣教中心动力箱 | 1 | 60 | 0.8 | 0.8 | 48 | 36 | 60 | |
11 | 宣教中心照明 | 1 | 50 | 0.8 | 0.8 | 40 | 30 | 50 | |
12 | 高配间直流充电装置 | 1 | 15 | 0.8 | 0.8 | 12 | 9 | 15 | |
13 | 快滤池 | 1 | 75 | 0.8 | 0.8 | 60 | 45 | 75 | |
14 | 食堂 | 1 | 175 | 0.8 | 0.8 | 105 | 78.7 | 131.2 | |
15 | 31#行政楼动力箱 | 1 | 125 | 0.8 | 0.8 | 100 | 75 | 125 | |
16 | 消防队 | 1 | 26 | 0.8 | 0.8 | 20.8 | 15.6 | 26 | |
17 | 3#次氯酸钠发生器 | 1 | 50 | 0.8 | 0.8 | 40 | 30 | 50 | |
总计 | 731.9 | 548.8 | 914.7 | ||||||
同时系数 | 0.9 | 658.71 | 493.92 | 823.23 | |||||
由上表可知：淡水Ⅰ段变压器负荷率=变压器负荷/变压器容量=823/1000=82.3%。这种负荷水平是比较理想的，可以接受。而且由于油浸式变压器具有比较强的过负荷能力，目前的淡水Ⅰ段具有一点负荷浴量，处于经济运行考虑，建议淡水Ⅰ段的负荷控制在850KVA以内。若以后的负荷增加造成变压器负荷大于900KVA，则应考虑更换变压器。
编 号 | 设备组名称 | 数 量 | 单机 容量 （KW） | 需要 系数 Kx | 功率 因数 cosφ | 计算负荷 | |||
有功 P30 (KW) | 无功 Q30 (Kvar) | 视在 S30 (KVA) | |||||||
淡水Ⅱ段 | |||||||||
1 | 加药间 | 1 | 15 | 0.8 | 0.8 | 12 | 9 | 15 | |
2 | 营房 | 1 | 12.5 | 0.8 | 0.8 | 10 | 7.5 | 12.5 | |
3 | 消防队 | 1 | 26 | 0.8 | 0.8 | 20.8 | 15.6 | 26 | |
4 | 吊车 | 1 | 15 | 0.3 | 0.8 | 4.5 | 3.3 | 5.5 | |
5 | 二级泵房照明配电箱 | 1 | 10 | 0.8 | 0.8 | 8 | 6 | 10 | |
6 | 33#厂房电源 | 1 | 80 | 0.8 | 0.8 | 64 | 48 | 80 | |
7 | 高配间直流备用 | 1 | 15 | 0.8 | 0.8 | 12 | 9 | 15 | |
8 | 厂区道路 | 1 | 26 | 0.8 | 0.8 | 20.8 | 15.6 | 26 | |
9 | 高配间照明 | 1 | 15 | 0.8 | 0.8 | 12 | 9 | 15 | |
10 | 电动闸门 | 1 | 7.7 | 0.8 | 0.8 | 6.1 | 4.5 | 7.5 | |
11 | 排水泵动力箱 | 1 | 135 | 0.8 | 0.8 | 108 | 81 | 135 | |
12 | 排污泵房 | 1 | 60 | 0.8 | 0.8 | 48 | 36 | 60 | |
13 | 1#2#次氯酸钠发生器 | 1 | 35 | 0.8 | 0.8 | 28 | 21 | 35 | |
14 | 3#澄清池 | 1 | 8 | 0.8 | 0.8 | 6.4 | 4.8 | 8 | |
15 | 3#工业水泵 | 1 | 75 | 0.8 | 0.8 | 60 | 45 | 75 | |
16 | 4#工业水泵 | 1 | 135 | 0.8 | 0.8 | 108 | 81 | 135 | |
17 | 二级泵房检修箱 | 1 | 50 | 0.8 | 0.8 | 15 | 30 | 18.7 | |
18 | 4#生活水泵 | 1 | 45 | 0.8 | 0.8 | 36 | 27 | 45 | |
19 | 3#生活水泵 | 1 | 45 | 0.8 | 0.8 | 36 | 27 | 45 | |
20 | 3#化学泵 | 1 | 30 | 0.8 | 0.8 | 24 | 18 | 30 | |
21 | 2#化学泵 | 1 | 30 | 0.8 | 0.8 | 24 | 18 | 30 | |
总计 | 663.6 | 497.5 | 829.2 | ||||||
同时系数 | 0.9 | 597.24 | 447.75 | 746.28 | |||||
由上表可知：淡水Ⅱ段变压器负荷率=变压器负荷/变压器容量=746/1000=74.6%。这种负荷水平是比较理想的，可以接受。而且由于油浸式变压器具有比较强的过负荷能力，目前的淡水Ⅰ段具有一点负荷浴量，处于经济运行考虑，建议淡水Ⅰ段的负荷控制在850KVA以内。若以后的负荷增加造成变压器负荷大于900KVA，则应考虑更换变压器。