（三门核电有限公司 浙江省台州市 317112）
摘要：AP1000采用非能动设计，相比于其他堆型的核电站，AP1000没有1E级的交流电源系统，1E级直流与UPS系统（IDS）是唯一的1E级电源系统。基于AP1000的电源配置及电厂照明系统（ELS）的相关功能要求，主控室（MCR）照明电源来自于IDS系统，即IE级电源系统为非IE级系统提供电源，因此设计上应满足IEEE384的隔离要求。本文旨在通过对IDS系统及MCR照明进行介绍，阐述基于IEEE384的主控室照明改进方案。
关键词：IEEE384；电气隔离；主控室；照明
Abstract：AP1000 adopts passive design, and no 1E alternative current power source compared to other nuclear power plant. Class 1E DC and Uninterruptible Power Supply System (IDS) is the only 1E power source. Based on AP1000 power source design and plant lighting system (ELS) function requirement, Main Control Room (MCR) lighting power is from IDS system and that means 1E system provides power to non-1E system, thus IEEE384 requirement shall be perform in such design. This paper intends to introduce IDS system and MCR lighting system and expounds modified scheme of MCR lighting according to IEEE384.
Keyword：IEEE384；Electrical isolation；MCR；Lighting
1、概述
AP1000采用非能动设计，1E级直流与UPS系统（IDS）是唯一的1E级电源系统，IDS系统向电厂停堆必需的仪控、监测和其他重要功能所需的安全有关设备提供可靠电源。在失去交流电源时，蓄电池为必需的直流和交流UPS负荷提供持续供电，可以提供事故后24和72小时内电源。IDS同时为MCR的正常照明和应急照明提供电源。
电厂照明系统（ELS）属于非安全相关系统，不执行安全相关功能，但求执行执照申请相关功能及非安全相关的纵深防御功能。当厂内或厂外电源可用时，ELS为MCR提供满足视觉要求的正常照明。当失去正常照明时，ELS系统提供MCR内的应急照明，失电后的最初72小时内的电源由IDS系统提供，72小时后由2台辅助柴油发电机提供。
基于AP1000的电源配置及ELS系统相关功能要求，MCR照明的电源来自于IDS系统，即IE级电源系统为非IE级系统提供电源，因此该相关设计应满足IEEE384隔离要求。
2、电气隔离要求
2.1系统隔离要求
根据IEEE384-1981《IEEE Standard Criteria for Independence of Class 1E Equipment and Circuits》，在1E与非1E级电气系统回路上要求进行电气隔离，其中7.12节对于电源回路隔离设备的要求为：隔离设备的非1E级侧最大可信电压或瞬态电流不会对1E级侧产生不可接受的影响。根据7.1.2.4节，IE级熔丝如满足下列要求，可作为隔离设备：
熔丝需提供寿期内的过流保护；
熔丝的过流保护特性需确保在上游设备动作前可靠断开；
电源系统应提供必要的故障电流，确保通过适当的保护整定而不失去IE级负荷。
为满足系统隔离要求，AP1000采用双熔丝盘作为隔离装置，其作用是为IDS系统的1E级220V交流配电盘和非1E级负荷间提供隔离，双熔丝盘是抗震Ⅰ类的IE级设备。
2.2实体隔离要求
电气回路所在的不同区域存在的潜在灾害风险程度是不同的，如某些区域存在高能管道、飞射物、可燃物、水淹等风险源，而某些区域则不需要考虑这些灾害。因此，需对其所在区域分类考虑，AP1000设计上分区为3类：非危险区、限制性危险区、危险区。
非危险区（Non-Hazard Area），即灾害（主要指火灾）仅源自电缆自身的失效或内部故障的区域。该区域内不包含高能级设备，比如开关柜、变压器、转动设备、潜在的飞射物、或管道失效灾害、或外部火灾源。该区域内的回路用途仅是控制和仪表功能，或者是这些设备的电源，且这种电源回路全部安装在封闭式电缆通道内。根据AP1000 设计，MCR属于非危险区。
根据IEEE 384中6.1.3.3要求，非危险区（MCR）内非1E级和1E电缆回路之间的最小间距要求如下表1，在电气通道设计上应满足此实体隔离要求。
3.2新隔离方案
监管当局在进行审查时，就设计中1E级电源经过隔离装置后向非1E级负载供电情况提出了不符合项，认为设计方未能严格按照IEEE 384要求对该非1E级回路开展系统瞬态分析，确定可信的极限瞬态电流或电压，也未能在试验中充分考核隔离器件。
设计方复核后发现存在非1E级负荷由不同1E级序列的电源供电，经1E级双熔丝盘隔离后敷设在同一非1E级电气通道中的情况，存在跨序列回路故障瞬态模式，如两台逆变器非同步并列运行而产生环流和高次谐波的风险，具体如下：
调压变压器运行-稳态：由于逆变器未按照并机运行进行设计，蓄电池在设计时也未考虑过逆变器侧负荷变化的情况，该负荷变化可能是由于两个逆变器间存在微小的电压、频率或相角偏差而导致的，这些偏差情况是难以明确定义的。
调压变压器运行-瞬态：引发调压变压器出现瞬时波动的可能情况包括：正常的电压波动 VS时间响应，电机启动等。逆变器仅能在调压变压器输出在一定的范围内时进行跟踪。因此在调压变压器出现瞬态时，无法保证24h和72h的逆变器还能相互保持同步，当旁路输出超出规定范围时，将闭锁旁路切换。在这种情况下，可能会在这3个电源间出现不同程度的电压偏差（ 电压偏差、频率偏移、相角不同步），这将引发两种不可接受的后果：
电压偏差引发的故障电流可以使熔丝熔断，但故障切除时间大于保护和安全监控系统（PMS）能够承受的时间，并且无法保证此时的电压满足负荷运行需求。
电压偏差引发的故障电流很小，不足以使熔丝熔断，此时PMS侧的电压是否满足要求难以确定，并且还有可能引发不同逆变器间的负荷偏移。负荷偏移还将对蓄电池产生影响，而这种影响未经过分析验证。
此类瞬态多样复杂，难以通过有效分析来定量计算系统可信的极限参数，也无法就其对隔离器件进行试验考核。因此需将1E级隔离装置后的电气回路按照1E级回路分别独立敷设，以规避可能的跨序列回路故障。
基于现场实际，设计上取消A/D序列电源，并将MCR照明分为6个子系统，即B序列的24h、72h、Post72h，C序列的24h、72h、Post72h。1E级隔离装置及其上游回路按照1E级电气回路设计，隔离装置下游的照明回路按照相关回路要求设计，如图1中④所示，相关电缆敷设在抗震1类的电缆桥架和导管内，实现各子系统之间的系统隔离及实体隔离。由于MCR照明灯具为双灯管配置，电源分别来自于IDS的B、C序列，设计上要求对照明灯具内部的2个灯管回路进行实体隔离，如采用采用防火包裹的方式处理。
4、结论及建议
MRC照明相关电气隔离问题的提出和解决，使得各参与方对于IEEE384标准有了一个全新的理解和认识，特别是对于设计方和设计管理人员是一个认知水平的提高。
建议后续项目应关注如下方面：一方面根据监管要求和同行经验反馈等，设计方应不断加强对于标准的理解和执行，另一方面从设计源头提出IEEE384隔离的明确要求，并确保在施工设计和现场施工阶段落实。
参考文献
[1] IEEE384-1981《IEEE Standard Criteria for Independence of Class 1E Equipment and Circuits》.
作者简介
李亮，电气工程师，从事核电厂电气设计管理工作。
论文作者:李亮
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/27
标签：回路论文; 系统论文; 电源论文; 危险区论文; 电压论文; 逆变器论文; 负荷论文; 《电力设备》2018年第29期论文;