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    I C S2 7 .1 2 0 .2 0 F8 3 囝雪 中华人民共和国国家标准 G B /T14 5 4 6 - - 2 0 0 8 代替G B /T1 4 5 4 6 1 9 9 3 核电厂直流电力系统设计 推荐实施方法 R e c o m m e n d e dp r a c t i c ef o rt h ed e s i g no fD Ca u x i l i a r yp o w e rs y s t e m f o rn u c l e a rp o w e rs t a t i o n s 2 0 0 8 - 0 9 - 1 9 发布2 0 0 9 0 8 0 1 实施 丰瞀嬲鬻黼訾襻瞥星发布中国国家标准化管理委员会仪”’ G B /T1 4 5 4 6 - - 2 0 0 8 目次 前言???????????????????????· 1 范围?????????????????????? 2 规范性引用文件????????????????? 3 术语和定义??????????????????? 4 总则?????????????????????? 4 .1 运行描述???????????·???????· 4 .2 蓄电池组数??????????·???????·· 4 .3 充电装置及其配电屏的套数??????????? 4 .4 直流系统电压和蓄电池的容量··?????????· 4 .5 实体布置??????????????????·- - 4 .6 质量鉴定??????????????????? 5 蓄电池????????????????????? 5 .1 总则????????????????????? 5 .2 蓄电池工作周期和容量的确定?????????? 5 .3 安装设计·??????????????????一 5 .4 维护、试验以及更换??????????????·· 6 蓄电池充电装置????????????????? 6 .1 概述????????????????????·。 6 .2 额定容量的确定???????????????? 6 .3 安装设计?????··?????????????· 6 .4 输出特性??????????????????? 7 配电系统及其设备???????????????? 7 .1 ?;ぷ爸玫募蚴龊投疃ú问??????????? 7 .z 典型接线??????????????????? 7 .3 直流受电设备的额定电压???????????? 7 .4 仪表、控制和报警???????????????? 7 .5 特殊直流负载???·??????????????· 7 .6 蓄电池试验设施的设计?????????????·· 7 .7 母线间联络线?????????????????·· 7 .8 实际的短路电流????·???????????? 8 备品备件????????·????·???????? 附录A 资料性附录蓄电池充电装置额定值计算举例?·· 附录B 资料性附录运行的直流辅助电源系统的接地效应 附录C 资料性附录蓄电池组的短路电流计算举例??·· 附录D 资料性附录蓄电池充电器短路电流?????- · I l 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 5 5 5 7 7 0 0 O l 1 2 4 6 8 刖菁 G B /T1 4 5 4 6 - - 2 0 0 8 本标准代替G B /T1 4 5 4 6 1 9 9 3 核电厂安全级直流电力系统设计准则。本标准在修订过程中参 考了I E E E9 4 6 2 0 0 4 核电厂直流电力系统设计推荐实施方法 英文版 。 本标准与G B /T1 4 5 4 6 19 9 3 相比主要变化如下 标准名称修订为核电厂直流电力系统设计推荐实施方法,增加了对核电厂非I E 级直流系 统的要求; 增加了第3 章“术语和定义”; 在4 .2 “蓄电池组数”中增加了非1 E 级直流系统的要求; 在4 .5 “实体布置”中增加了非l E 级直流系统的要求; 增加了5 .1 “总则”; 在5 .2 中增加了蓄电池容量计算时应考虑的附加设计裕量; 在5 .3 “安装设计”中增加了环境温度对蓄电池的影响的描述; 增加了6 .3 “安装设计”; 在6 .4 .1 “输出纹波”中增加了充电器的滤波器对缓冲冲击电流的作用; 增加了6 .4 .3 “并联充电装置的负载分配”; 增加了7 .4 .2 “直流系统接地和接地监测”; 增加了7 .4 .3 “直流母线低电压报警”; 在7 .5 .2 “恒功率直流负载”中增加了逆变器负载的电流计算方法; 增加了7 .5 .4 “电气噪声”; 在7 ,7 “母线间联络线”中增加了非1 E 级母线间以及1 E 级母线问联络线的要求; 在7 .8 .2 “充电装置”中增加了充电器的短路电流瞬态描述; 在7 .8 .3 “电动机”中增加了对电动机短路电流值的估算; 增加了附录c 和附录D 。 本标准是对G B /T1 2 7 8 8 { 核电厂安全级电力系统准则的补充。 本标准的附录A 、附录B 、附录c 和附录D 都是资料性附录。 本标准由中国核工业集团公司提出。 本标准由核工业标准化研究所归口。 本标准起草单位上海核工程研究设计院。 本标准主要起草人冯玉萍。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为 G B /T1 4 5 4 6 1 9 9 3 。 核电厂直流电力系统设计 推荐实施方法 1 范围 本标准规定了核电厂直流电力系统设计的实施方法。 本标准适用于铅酸蓄电池、静止式充电装置及直流配电设备的设计,包括设备的数量和类型的选 择;设备额定值的确定;相互连接;仪表、控制和?;さ鹊难≡?。 本标准不适用于充电装置的交流电源和直流系统供电的负载 除非它们影响直流系统的设计 ,也 不适用于机车专用的启动型蓄电池系统。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有 的修改单 不包括勘误的内容 或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。 G B /T3 7 9 7 电气控制设备 G B /T3 8 5 9 半导体变流器 G B /T1 2 7 2 7 核电厂安全系统电气设备质量鉴定 G B /T1 2 7 8 8 核电厂安全级电力系统准则 G B /T1 3 2 8 6 核电厂安全级电气设备和电路独立性准则 E J /T5 1 8核电厂安全级电动机控制中心质量鉴定 E J /T5 2 5 .1核电厂用蓄电池第1 部分;容量的确定 E J /T5 2 5 .2 核电厂用蓄电池第2 部分安装设计和安装准则 E J /T5 2 5 .4 核电厂用蓄电池第4 部分;维护、试验和更换方法 E J /T5 7 3 核电厂安全级蓄电池质量鉴定 E J /T7 0 5 核电厂安全级电缆及现场电缆连接的型式检验 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 3 .1 蓄电池容量b a t t e r yc a p a c i t y 通过试验测量得到的已安装蓄电池的可用安时容量。这个测试通常是在均充后通过性能或更改性 能试验实施的。蓄电池的容量也许大于或小于额定容量,以给定放电时间的额定容量的百分数表示。 对于铅酸蓄电池,这取决于很多物质的衰退极板、与极板有接口连接的部分、焊接和铅氧化物的晶状表 面以及铅氧化物与电解液的接触面、电解液浓度、正负极间氢氧迁移阻力。由于影响蓄电池性能的因素 是变化的,被测蓄电池在较长放电时间与较短放电时间的测试容量可能不同。 3 .2 蓄电池额定容量b a t t e r yr a t e dc a p a c i t y 蓄电池在1 0 0 %充电时的额定可用安时容量。额定安时容量可能由于不同的放电持续时间而不 同,一般来讲,较长的放电持续时间能够充分利用蓄电池内的有效物质。 注制造厂的容量曲线举例见E J /T5 2 5 .1 。 G B /T1 4 5 4 6 - - 2 0 0 8 4 总则 4 .1 运行描述 所有核电厂都要求直流系统向失去交流电源时应工作的直流用电设备供电,这些设备如厂用电动 机、断路器、继电器、电磁阀和逆变装置等。直流电源可以为动力和控制两者设置一组共用的蓄电池,也 可以分开设置二组蓄电池~组用于动力,另一组用于控制和仪表。作为专用设施,例如作为柴油机 的启动电源,可另外设置专用的蓄电池组。 在正常运行时蓄电池组和充电装置一起接到直流配电母线上,作并联电源运行,向负载供电。充电 装置除了对蓄电池充电外带正常的连续运行负载,充电器一般设有典型的限流回路用于过负载?;?,当 过负载时,输出电压随之下降,使超出充电装置额定容量的所有负载由蓄电池供电,因而?;ち顺涞缱?置免遭过负载的损坏。在下列事故时蓄电池应在设计时间内向所有需要直流电力的负载供电 a 充电装置的交流电源故障时; b 充电装置故障 或者充电装置退出运行 时。 4 .2 蓄电池组数 每台机组至少应有一组蓄电池。如果一台机组的负载分为二个或更多独立的系统,则每个系统需 要一组单独的蓄电池。如果所需的最大直流负载超过了单个蓄电池的容量,则需考虑两组独立的系统。 如果合适的话,这两个系统之间应装设母联。 对于核电厂1 E 级系统,一台机组的每个专设安全设施的通道至少应有一组独立的蓄电池为它供 电,以满足安全级冗余电力系统的独立性要求。在由直流供电的反应堆?;は低车纳杓浦?,为了提高运 行的灵活性,其安全级蓄电池的组数应等于独立的冗余反应堆?;は低车耐ǖ栏鍪?。如某一机组设有 4 个反应堆?;は低惩ǖ?,则应设有4 组蓄电池,按5 .2 确定每组蓄电池容量的额定值。 4 .3 充电装置及其配电屏的套数 每一组蓄电池至少应设有一套充电装置和配电屏,为了提高运行的灵活性和电厂的可用性应考虑 设置备用的充电装置 详见第7 章 。 4 .4 直流系统电压和蓄电池的容量 核电厂蓄电池组额定电压一般采用2 2 0V 、¨oV 、4 8V 和2 4V 。应根据用电设备类型、额定容量、 价格、适用性和安装地点等确定具体选用的蓄电池组的合适的额定电压。电压可按下列要求确定 a 泵电动机、大型阀门操作机构和大容量逆变装置等动力负载一般由2 2 0V 蓄电池组供电; b 小容量的逆变器、直流电源、继电器逻辑回路和配电装置断路器的合闸和跳闸的控制电源一 般采用l l oV 蓄电池; c 如果动力负载和控制负载共用一组蓄电池,电压可以采用1 1 0V 或2 2 0V ; d 4 8v 和2 4v 蓄电池组一般用在专用仪表控制系统和通讯系统等。 对于一组已设置的蓄电池,接人的设备决定了最高和最低电压的运行限值。各类设备和继电器的 电压运行范围见6 .3 。设备的运行电压超过限值,有可能会影响设备的寿命、运行的速度、有效的转距, 或装置的运行能力。在蓄电池系统的电压范围确定后,应确定蓄电池的数量和容量,以及运行方式等。 参见E J /T5 2 5 。 4 .5 实体布置 为了减小电压降并且便于维修和试验工作,每个通道的设备 包括蓄电池、充电装置和主配电屏 应 尽量紧凑布置,并且靠近电气设备负荷中心。如果交流电源系统分成两个或多个独立的通道,每个交流 通道都有相应通道的独立的直流辅助电源,则每个直流辅助电源通道的设备和电缆都应与其他通道的 设备和电缆相隔离,其隔离要求应和适用于交流系统的要求相一致。 2 G B /T1 4 5 4 6 - - 2 0 0 8 当直流电源是用于控制和仪表的目的,则它们的电缆的敷设应和容易引起浪涌的配电系统电缆相 隔离。浪涌容易在交流系统、高压直流系统和接地电缆中在切换、雷击和故障时产生。 安全级直流冗余设备 包括电缆 的布置应满足G B /T1 3 2 8 6 的实体分隔要求。 4 .6 质量鉴定 I E 级直流系统的设备应按照它们所安装的环境条件进行质量鉴定,应满足G B /T1 2 7 2 7 的要求。 I E 级蓄电池应按照E J /T5 7 3 进行质量鉴定 环境条件和抗震要求 ,对于1 E 级配电设备应按 E J /T5 1 8 进行鉴定,安全级电缆、现场接头应按照E J /T7 0 5 进行鉴定。 5 蓄电池 5 .1 总则 在失去所有交流电源时,蓄电池应向直流负载供电。 5 .2 蓄电池工作周期和容量的确定 蓄电池工作周期的确定是电厂一项特殊的工作。因为每个工作周期的总负载电流和持续时间是考 虑厂内特定设备在要求的时间内各个运行负载电流的总和。 此外,整个工作周期 蓄电池总放电时间 不能小于从丧失厂外电源到恢复交流电源 来自厂内柴油 发电机或厂外电源 向蓄电池充电装置和其他辅助设施供电所需的估计时间间隔。这段时间间隔根据 工程判断决定,它受运行经验以及特定的厂外电源 发电机和输配电系统设备 和厂内电源 柴油发电机 及其配电系统 的数量、可靠性和灵活性等因素的影响。 例如,放电最小的情况是需要蓄电池向系统放电约1r a i n 失去交流电源和柴油机带载之间的时 间 ,1 m i n 后,充电器输出和直流负载恢复正常。然而更多的情况是蓄电池的工作周期估计为1h 、2h 、 4h 或8h 。时问负载电流的特性曲线应考虑电厂所有运行方式的要求,例如,在蓄电池充电装置因维 修退出运行时,或者在切换投入备用充电装置运行时。如果蓄电池的工作周期需手动切除部分负载 如 在失去所有交流电源时出现 ,则蓄电池需提供足够的容量,以便有足够的时间进行该手动操作。因此, 要列出这类假想事件通常需要有几个蓄电池工作周期。 根据每个负载电流和工作持续时间以及整个工作时间确定每组蓄电池工作周期,以及根据 E J /T5 2 5 .1 选择蓄电池的容量。从每个工作周期中计算得出的最大蓄电池容量被认为是蓄电池系统的 最严酷设计工况。 当蓄电池在下列工况下要完成在役功能时,应考虑附加的设计裕量 a 如果解除一个或多个蓄电池是必需的,则在蓄电池容量计算时应提高蓄电池的放电终止电压; b 在放电后需要快速将蓄电池恢复到可用状态。 5 .3 安装设计 每组蓄电池的安装设计应符合E J /T5 2 5 .2 的要求,并且包括安装、检查和试验的规定。 许多化学蓄电池例如铅酸蓄电池对温度的变化 高于或低于制造厂推荐的额定温度,例如美国制造 商推荐的温度是2 5 ℃,欧洲制造商推荐的温度是2 0 ℃ 是相当敏感的。虽然在设计蓄电池系统时通过 遵守E J /T5 2 5 .1 可以抵消由于温度的变化而引起的蓄电池特性的改变,但蓄电池的安装地点仍需考 虑温度的因素,使之变化不超过5 ℃。 5 .4 维护、试验以及更换 蓄电池应按照E J /T5 2 5 .4 规定进行维护、试验以及更换。 6 蓄电池充电装置 6 .1 概述 核电厂蓄电池充电装置在正常运行时是将交流电变换为直流电,为厂内蓄电池充电以及正常运行 3 G B /T14 5 4 6 - - 2 0 0 8 时向直流负载供电。 6 .2 额定容量的确定 稳流充电器以恒流输出,允许电压升高,由于恒流充电在充电末期的端电压有可能超过直流系统设 备的最高电压,因此在电厂中一般不使用恒流充电。恒压充电首先是充电器以限流值恒流充电一段时 间,蓄电池容量大约充到6 0 %到8 5 %,然后是恒压充电,电流以指数下降,直到蓄电池1 0 0 %充满。延 长恒压充电器在限流均充的时问,增加充电电流可减少充电时间。恒流充电的时间约是恒压充电时间 的9 5 %。 蓄电池充电装置应按式 1 和式 z 选择容量 1 1 一I 。c 1 .1 Q /T ????????????? 1 I z I I c J L N????????·???- - ? 2 式中 ,,。 充电装置所需的最小额定输出电流,单位为安培 A ;蓄电池制造商推荐限流充电,典型的 限流值是蓄电池1 0h 容量的1 0 %到2 0 %。J ,应考虑I - r 的最大值和最小值。 I 。 充电装置所需的最小输出电流,单位为安培 A ;应能向最大运行负载供电。 ] L c 持续直流负载电流,单位为安培 A ;包括预增的负载。 ,,,N 在电厂正常运行时有可能同时接到母线的最大间断负载 在E J /T5 2 5 .1 中有定义 组合,单 位为安培 A ;包括直流元件的周期试验,例如应急照明和应急油泵。 1 .1 蓄电池内部损失补偿系数。 Q 蓄电池放电安时,单位为安培时 A ·h ;Q 采用1 0h 的安时额定值。按照E J /T5 2 5 .4 的要 求进行放电试验,从试验中可以很容易的确认放电安时数可以在8h 到2 4h 小时内得到补 充。按照G B /T1 2 7 8 8 的要求,根据工作周期计算得到的安时应是合适的。 T 一蓄电池重新充电到约9 5 %容量时所需的充电时问,单位为小时 h ;为了缩短直流系统不工 作时间,应选择合理的充电时间,推荐采用8h - - 1 2h 。对于丁值小于8h ,建议与蓄电池制 造厂商议。 充电装置的输出电流应取,。和L 中的大者。 蓄电池充电装置的技术规格书应包括 或考虑 所有异常工作条件 例如环境温度、海拔高度等 ,详 见G B /T3 7 9 7 。 在附录A 中给出了蓄电池充电装置额定值计算实例。 6 .3 安装设计 当进行环境控制设计时,应考虑房间温度控制。蓄电池的容量有可能按照温度高、正?;虻屠囱?择,然而标准的浮充系统在对蓄电池进行浮充时不会根据温度进行补偿。如果房间温度不是维持在很 窄的范围内 正常温度为2 54 C ,标准浮充系统在高温时会过充,在正常温度时维持正常充电,在低温时 欠充。在高温时,自放电将导致蓄电池内的化学反应增加,氢气产生增加和标准的浮充电压将对正极板 过充,增加极板腐蚀。当电解液的温度被监测并维持在1 9 ℃至3 l ℃之间,可以得到合适的运行特性和 预期寿命。对于l E 级蓄电池,为了得到一致的特性,安全相关的暖通系统可作为支持系统。 6 .4 输出特性 所有核电厂蓄电池充电装置应满足G B /T3 8 5 9 和6 .4 .1 ~6 .4 .3 的要求。 6 .4 .1 输出纹波 一般充电装置 不另加滤波 ,如果接人一组充满电的蓄电池,其1 0h 额定的安时值至少是充电装 置额定输出电流的4 倍,允许产生小于2 %的纹波。某些直流负载 如固态电路仪表 可能要求改善纹 波,通过对充电装置附加滤波器,最大纹波通常能限制到3 0m V 均方根值 。如果谐波导致蓄电池充 4 G B /T1 4 5 4 6 - - 2 0 0 8 电装置的电压低于最小蓄电池电压,那么充电装置和电气负载的谐波电流将会影响蓄电池寿命。 当蓄电池提供大的初始冲击电流时,可产生瞬间电压跌落现象,当蓄电池和没有滤波器的充电器并 联运行时,直流系统在提供大的初始冲击电流时会产生系统电压下降,所以充电器需设计成滤波器能从 交流系统或直流系统充电。当滤波器从直流侧充电,则会变成蓄电池的大的负载,随之系统电压下降。 交流充电的滤波器在投入运行前需要一定的充电时间。 6 .4 .2 与蓄电池解列运行 有些设计可以使蓄电池与直流系统解列,以便维护蓄电池。这时,没连接蓄电池的充电装置应有能 力向负载供电,并应说明用于这些运行工况。当与蓄电池解列,则由它的并列极板形成的大电容将不能 再提供滤波作用,可以预计系统电压波动范围和输出纹波会增大。如果电压波动范围和输出纹波增大 是不容许的,则应指明最大允许值。 6 .4 .3 并联充电装置的负载分配 如果两个充电装置并联接入直流母线,那么技术规范书中应提出充电装置应有均分负载的回路。 7 配电系统及其设备 7 .1 ?;ぷ爸玫募蚴龊投疃ú问?在蓄电池与主配电母线之间应设置断路器,或熔断器和手动隔离装置??悸堑饺松肀;ず图跎倌?线故障的概率,在主配电屏内母线应绝缘,并且应在设计中设有手动隔离装置以隔离母线。无论那一种 布置,主电源正负极引出电缆都应分别敷设在各自的?;す苤?,保证任一电缆故障可能导致极对极故障 之前先极对地短路,应考虑选用非磁性?;す?,这样可以降低回路的感抗,并降低当大电流负载 例如电 动机、逆变器和故障 断电时产生并反映到直流系统中的尖峰电压的幅值。另外,高感抗回路也许会损 害限流熔断器的特性。主配电屏正负极出线之间也应提供一个屏障。?;せ蚋衾胱爸玫亩疃ǔ中缌?应按蓄电池工作周期里提供的最大工作电流选择。 ?;ぷ爸玫奶⒄ㄖ等缦?a 应具有足够高的值,以防止在蓄电池1r a i n 额定放电电流下熔断器熔断或开关跳闸; b 应具有足够低的值,以?;さ缋?。 如果蓄电池组设计成能够向秒级冲击负载供电,那么?;ど璞赣δ芄痪哂凶愎淮蟮亩疃ǖ缌饕苑?止熔断器熔断或断路器跳闸。向蓄电池制造商咨询放电持续时间小于1m i n 的放电电流。 如果1r a i n 周期的负载电流为最大电流,则熔断器1r a i n 最d x 熔断电流应高于蓄电池1r a i n 额定 电流。 主?;ど璞赣τ胨邢乱患兜谋;ど璞概浜?。所有配电母线?;ど璞傅亩疃ǖ缪褂τ胂低匙畲蠊?作电压相一致,并且其遮断容量应超过实际最大短路电流。配电母线以及手动隔离装置的短路承受容 量应超过实际最大短路电流。所有时间一电流配合曲线和额定值应以直流为基础 不是交流 。 7 .2 典型接线 一座核电厂最佳直流电力及其配电系统取决于核电厂的各种条件和设计准则。图1 是适用于 2 2 0V 直流系统的示意图,图2 是适用于安全级2 2 0V 直流系统的示意图。 5 C B /T1 4 5 4 6 - - 2 0 0 8 联络 6 ~3 8 0V~3 8 0V 至负载 图12 2 0V 直流系统的示意图 望垄L 1 .望堂 至负载 放 线见77 ~3 舯v 安全级 ~3 8 0v 安全级 娄二 l 蓄日 习囱 I 充电 L J 主配电屏 常闭 X 任选一回路 、 ;翩忙P \ 常闭 、 芏搿‘2 2 0 v 母± 一≯t } 卜0 一 图2 安全级2 2 0V 直流系统示意图 注1 联络线仅在蓄电池组维修和试验时使用。 注2 虚线部分表示任选或替代的设施。 至负载 G B /T1 4 5 4 6 - - 2 0 0 8 7 .3 直流受电设备的额定电压 由直流系统供电的设备,其技术规格书应要求该设备的输入端电压在蓄电池端电压变化相对应的 范围内,按设计要求无故障地运行,如在设计中考虑蓄电池均衡充电同时接人负载,这个范围应包括从 均衡充电到放电末期电压的波动 例如,一组由5 4 个蓄电池组成的1 1 0V 直流系统在9 7V ~1 2 4V 内 变化,一组由1 0 6 个蓄电池组成的2 2 0V 直流系统在1 9 4V ~2 4 8V 内变化 。 蓄电池末端到用电设备端的电压降应考虑在内,除此之外,大的负载,如电机启动和电容器充电都 可能导致系统电压降低。因此,设备的额定 铭牌 最高和最低电压决定了蓄电池组端电压的最高和最 低允许值,并且也决定了允许的电缆压降。表l 给出了蓄电池组均衡充电同时接人负载设计的一些 典 型 直流受电设备的电压推荐范围。注意直流设备的电压允许波动范围也许会超过±1 0 %,这个值是交 流设备的典型值。 对于不接地直流系统,影响接地网的外部瞬态例如雷电和线路故障,可导致相对支架电压的明显升 高。对于室内安装的设备,应能承受对地2k V 的瞬态电压而不损坏。这包括浪涌?;ぷ爸煤吐瞬ㄆ?。 对于室外安装的设备,应能承受对地4k V 的瞬态电压而不损坏。 表’额定电压2 2 0v 和t 1 0v 直流设备的电压推荐范围 电压范围 最小 /v 序号设备名称 1 1 0v 直流 额定电压2 2 0v 直流 额定电压 1 断路器合闸线圈 8 8 ~1 2 41 7 6 ~2 4 8 2 断路器跳闸线圈 7 l5 ~1 2 41 4 3 ~2 4 8 3 电动机启动器线圈 8 8 ~1 2 41 7 6 ~2 4 8 4 电磁阀 8 8 ~1 2 4 1 7 6 ~2 4 8 5 阀门电动装置 8 8 ~1 2 41 7 6 ~2 4 8 6 辅助电动机 9 3 .5 ~1 2 4 1 8 7 ~2 4 8 7 机电式继电器线圈 9 3 .5 ~1 2 41 8 7 ~2 4 8 8 固态电路继电器 9 3 .5 ~1 2 41 8 7 ~2 4 8 9仪表9 3 .5 ~12 4 1 8 7 ~2 4 8 1 0 指示灯 9 3 .5 ~1 2 4 1 8 7 ~2 4 8 1 1 静止式电源 逆变或变频器装置 9 35 ~1 2 41 8 7 ~2 4 8 注1 上述所列的电压范围也许和设备的其他工业标准不一致,但这是主配电屏母线电压为9 7V ~12 4V 和 ] 8 7V ~2 4 8V 时推荐的设备正常运行电压范围。 注2 袁中电压范围适用于蓄电池均衡充电同时接入负载的设计。 用于向直流设备供电的电缆,除了考虑载流量外,还应按照单台设备在最严酷运行条件下正常工作 提供足够的电压来选择电缆截面。对于经常性负载例如逆变器,最严酷的工况也许发生在蓄电池末端 电压降低时,此时负载电流将增加。阀门直流电动装置堵转 起动 时的电流可达额定满负载电流的 4 0 0 %~11 l o %,因此阀门电动装置起动时的电压降是最严酷的运行条件。此外,从启动器到电动机的 4 根馈电线上的电压降应包括在总的电压降内,因为阀门电动机反转时应反接串激绕组。电缆应按此 选择截面。对于小容量的电动机,热继电器的电压降也许较大,在电缆选择时应考虑。 7 .4 仪表、控制和报警 7 .4 .1 概述 图3 表示图2 所示的2 2 0 V 安全级直流系统的仪表和报警示意图,推荐的仪表、控制、报警及其安 装位置列在表2 。 蓄电池及其充电装置的控制一般设在蓄电池区域,与蓄电池系统有关的全部开关应在就地设备上 操作,不应采用???。 7 G B /T1 4 5 4 6 2 0 0 8 ~3 8 0v 安全级 ~3 8 0V C 安全级 图3 安全级2 2 0V 直流系统仪表和报警示意图 表2 直流系统仪表、报警、控制的地点 安装位置 序号仪表、报警、控制 主控室就地 1 蓄电池电流 充放电电流表 ‘ 2 蓄电池充电装置输出电流 电流表 X 3 直流母线电压 电压表 XX 4 蓄电池充电装置输出电压 电压表 5 接地监测器 电压表 6 直流母线低电压报警 7 直流系统接地报警 6 8 蓄电池断路器、熔断器断开报警 9 蓄电池充电装置输出断路器断开报警 5 1 0 蓄电池充电装置直流输出故障报警 6 1 1 联络开关合闸报警 6 1 2 蓄电池充电装置交流电源故障报警 6 1 3 充电装置直流低电压报警 6 1 4 充电装置直流高电压?;痰缙?断开充电装置交流主电源的断路器 1 5 蓄电池试验断路器合闸报警 6 8 可以提供一个霍尔仪表,或一个插孔 接至蓄电池电流表分流器 用于携带式试验仪表 毫伏表 以读出蓄电池 充电电流,从而确定充电状态。详见E J /T5 2 5 。 b 如果能迅速识别动作参数,则可与其他报警信号组成一个 或多个 共同报警。 8 G B /T1 4 5 4 6 - - 2 0 0 8 应考虑提供蓄电池电流、电压表用以确定蓄电池的能力和用以提供有用的趋势信息。浮充电流能 有效确定蓄电池充电状态,对于阀控铅酸蓄电池 V R L A ,可以有效评估电池干涸状况。浮充电流一般 在1 0 0m A ~3 0 0m A 范围内。浮充电流表应能够经受充放电时的尖峰电流。单个蓄电池电压能确定 蓄电池短路及状况的变化,蓄电池组端电压能确定充电系统状态。 7 .4 .2 直流系统接地和接地监测 典型的直流系统一般设计成不接地系统,那么两极中的一极的低阻抗接地故障不会影响到系统运 行,从而增加了系统可靠性和运行的连续性。 如果想通过?;ぷ爸酶衾氲妥杩菇拥毓收?,则可以设计成接地系统。通讯系统是采用正极接地系 统,无线通讯是采用负极接地系统。 不接地系统应采用接地故障监测,同时应监测接地故障的电阻值,这样可以减少由于多点接地引起 的低阻抗 极对极 故障而影响直流系统的运行。当系统中被监测的所有导体绝缘电阻同时下降,则会 发生对称下降。当绝缘电阻例如一个导体的绝缘电阻明显比另一个导体下降快,则会发生不对称下降。 绝缘的对称和不对称下降都应被监测。因为在配电屏内多点高阻接地是经常发生的,接地故障监 测装置应能有效和连续的同时监测直流系统的正极和负极。 图4 显示了针对不接地系统设计的平衡接地监测设计,可以通过手动按钮用于不平衡接地监测。 检流计和毫安表将提供指示和记录。接地监测装置将提供一个高的极对地电阻值,这样当系统发生单 一接地故障时不会影响系统的正常运行,为了确定能引起正常不带电的负载带电和正常带电的负载失 电的接地电阻幅值,应考虑每个负载 装置 的特性。确定直流系统接地监测装置报警整定值的保守方 法是测量系统正常运行时的漏电流,然后根据工程经验加适当的裕量。这方法将导致接地监测装置非 常灵敏,当高电阻接地时就会报警。在附录B 中提供了一个合适的,低灵敏度的接地报警值。 附录B 提供了确定下列参数的方法 1 在不接地直流系统中如果第二点接地有可能影响设备运行的接地故障电阻阈值; 2 一个合适的、低灵敏度的接地报警值。 至报警 电压可谓的直流电 源,输出和地隔离 注1 1 [ D 熔断器。 注2 虚线为试验设备。 注3 电阻根据不同情况阻值可以改变。 图4 不接地系统的接地监测 9 7 /9 H;√、一 箍 G B /T14 5 4 6 - - 2 0 0 8 7 .4 .3 直流母线低电压报警 直流母线低电压报警的功能是在蓄电池放电时向操作员发出警报。直流母线低电压报警值应能被 调整并整定到稍低于蓄电池开口电压,而不是系统最小允许电压。一旦蓄电池向直流母线负载供电 例 如,负载超过充电器的容量 ,稍高的整定值将会较早的向操作员发出报警,从而能及时地采取适当的纠 正措施。 7 .5 特殊直流负载 在设备选型和确定容量时应考虑7 .5 .1 ~7 .5 .4 的负载性能和系统设计特性。 7 .5 .1 负载切换 假如直流系统是按在均衡充电或试验时能把一组负载切换到另一直流电源进行设计,那么,该电源 蓄电池、充电装置及其配电设备 的容量应能向二组负载供电 原负载加上切换后负载 ,这是一种带有 联络线的典型系统。 对于蓄电池组均衡充电同时接人负载,包括有正常交流电源 变压器/整流装置 供电的逆变器,交 流电源应设计成即使充电装置处于均衡充电电压时也向逆变器供电。如果交流电源不是这样设计的, 蓄电池均充电压高于变压器/整流装置的输出电压,那么逆变器负载将由变压器/整流装置供电切换到 由直流系统供电,蓄电池充电器增加了额外的负载。在这种情况下,当确定充电装置容量时应包括全部 逆变装置负载。 7 .5 .2 恒功率直流负载 对于逆变装置这类要求恒功率的直流负载,如果电源电压下降 例如,蓄电池处于放电时 就要增大 电流。这部分电流会加速蓄电池放电。虽然这种影响可以由另一些负载 电阻性负载 部分或全部弥 补,这类负载在直流供电电压下降时,电流也随之下降,但这一点在蓄电池容量选择时仍应加以考虑。 如果逆变器在蓄电池负载中占有很大比例,那么用最严酷时即蓄电池放电周期末端电压来计算逆变器 电流将导致不经济的蓄电池的设计裕量,在这种情况下可以利用更灵活的计算方法,即采用蓄电池的额 定电压和放电周期末端电压的平均值来计算逆变器的电流。 7 .5 .3 操作过电压 电感量大的负载在失电时有可能会产生过电压,如果不抑制,可能将尖峰电压加到直流系统上。对 于这样的负载,要设置过电压吸收电路。 7 .5 .4 电气噪声 为了使反馈到直流系统的电气噪声最小,应考虑设置电气噪声滤波器。电气噪声源包括直流一直流 变换器和直流交流逆变器的电源切换。不接地直流系统中,在工频范围内滤波器不应额外增加对地的 通路。 7 .6 蓄电池试验设施的设计 每个直流系统都应设计一个有效的和安全的手段,对每组蓄电池进行定期的容量放电试验。图1 给出的示意图允许蓄电池组与直流系统断开,以便经有关配电屏上特设的试验断路器进行试验。该试 验断路器除了蓄电池组试验外在系统所有运行方式期间都保持断开位置,当断路器闭合时在主控制室 有报警信号。该试验断路器出线电缆应敷至方便位置,以便接人放电负载组,应为临时放电试验电缆的 安全连接提供这种方法 或类似手段 。 7 .7 母线间联络线 在一组蓄电池或一台充电装置进行检修或试验退出运行时,可利用直流配电母线问的联络线向重 要负载供电,联络线还能够在异常工况下提高灵活性和有助于安全停堆。如果任一独立蓄电池系统满 足7 .5 .1 的容量要求,则该独立蓄电池系统设联络线是可以接受的。一种可行的设计是在联络线两端 各设置一台手动操作的断路器,正常时两台联络断路器都应断开。如果其中任意一台闭合都应在主控 制室有报警,运行规程对联络断路器的操作应有明确的规定。如果联络线能导致两组蓄电池的并列运 行,那么并列运行的持续时间应限制在一定的切换时间范围内,从而减小环路电流可能对蓄电池组容量 1O G B /T14 5 4 6 - - 2 0 0 8 的影响。如果需要较长的并列运行时间,由于并列电源而导致增加的有效短路电流也应考虑。 对于1 E 级直流系统,除了冗余安全通道的直流系统之外,任一独立直流系统之间的联络线,只有 在冷停堆或者换料模式,以及只有在证明联络线不会削弱安全级直流系统安全功能的情况下是可接受 的。多机组核电站中,机组间不应共用安全级直流系统,除非能证明这种机组问的共用不会削弱它们的 安全功能。 7 .8 实际的短路电流 确定最大实际短路电流的目的是为了选择馈电断路器或熔断器的遮断容量。总的短路电流是蓄电 池、充电装置以及正在运行的电动机所提供的短路电流之和。如果要得到更为精确的最大有效短路电 流值,就需要考虑连接电缆的阻抗。 7 .8 .1 蓄电池 由蓄电池组提供的短路电流取决于回路的总电阻,保守的近似值可以采用可能达到的最大短路电 流为蓄电池1m i n 的电流额定值 在2 5 ℃,密度为1 .2 1 5g /m 3 时每个蓄电池降至1 .7 5V 的1 0 倍。如 果要求比较准确的值,具体采用的短路电流值应进行计算 参见附录c 或从制造厂获得实测试验数据。 计算最大短路电流时用到正常运行时的蓄电池电雎。试验证明,电解液温度升高或者升高蓄电池端电 压 高于额定电压 不会对电池短路电流幅值产生明显影响。 7 .8 .2 充电装置 充电器的限流回路也许需要2 个周波 a c 才能限制住电流。这个时间以后的和最大蓄电池短路电 流同时发生的由充电装置提供的最大短路电流由限流回路决定 参见附录D 。当蓄电池和充电器并联 连接时,蓄电池的电容将阻止充电器剧烈的瞬态变化,因此由充电装置提供的短路电流最大值一般不超 出充电装置额定电流的1 5 0 %。蓄电池充电器的瞬态电流仅当蓄电池断开时需要考虑。 7 .8 .3 电动机 正在运行的直流电动机会提供短路电流。直流电动机在其端部向短路回路提供的最大短路电流由 电动机瞬态电枢阻抗限制。通常用在电厂的不同类型、转速、电压和容量的直流电动机,瞬态电枢阻抗 在0 .1 至0 .15 范围内。那么,电动机端部短路电流通常是电动机额定电流的 7 ~1 0 倍。因此可以保 守地估计,电动机提供的最大短路电流是其满载时额定电流的1 0 倍。如果要求比较精确的短路电流 值,就需要用到该电动机的瞬态电枢阻抗进行计算或者需要从电动机制造商那里得到实测的试验数据。 对于更为精确的计算,需要考虑电动机和故障点之间的电缆阻抗。 8 备品备件 备品备件的需要由系统设计的特点以及电厂技术规格书对系统和电厂运行的要求和限制而定。在 确定应保存备品备件的特定部件时,应考虑运行经验、备品利用率、厂内维修能力和部件故障率等因素。 如果系统设计选择的备用蓄电池充电装置是容易得到的,则可以减少或不考虑备品备件的需要。 另外要考虑存放寿期,一般不希望在电厂寿期的早期阶段得到备品备件。例如备用蓄电池一般在 于的状态下能保存时间仅为一年,而后应像运行中的蓄电池组一样进行浮充电和维护。蓄电池组有足 够的设计裕度,一个或几个蓄电池退出时仍能满足要求。已设置的蓄电池数量和通过联络线利用后备 蓄电池容量的能力,都可能是确定获得蓄电池备件的必要性和迫切性的因素。 总之,应经过分析,根据系统设计的特点和运行要求二者综合考虑确定备品备件的需要。 G B /T1 4 5 4 6 2 0 0 8 附录A 资料性附录 蓄电池充电装置额定值计算举例 A .1 引言 本附录概述6 .2 推荐的方法,包括确定蓄电池充电装置所要求的额定值计算举例。 A .2 公式 核电站蓄电池充电装置按式 A .1 选择容量 J 1 一I Ic 1 .1 Q /T ?????????? A .1 f 2 一I Ic LT N ???????。。。?? A .2 式中 J ,充电装置所需的最小额定输出电流,单位为安培 A ;蓄电池制造商推荐限流充电,典型的 限流值是蓄电池1 0h 容量的1 0 %到2 0 %。I ,应考虑J 。。的最大值和最小值。 I 。充电装置所需的最小输出电流,单位为安培 A ;应能向最大运行负载供电。 I L c 持续直流负载电流,单位为安培 A ;包括预增的负载。 I I .N 在电厂正常运行时有可能同时接到母线的最大间断负载 在E J /T5 2 5 .1 中有定义 组合,单 位为安培 A ;包括直流元件的周期试验,例如应急照明和应急油泵。 1 .1 蓄电池内部损失补偿系数。 Q 蓄电池放电安时,单位为安培时 A ·h ;Q 采用l Oh 的安时额定值。按照E j / r5 2 5 .4 的要 求进行放电试验,从试验中可以很容易的确认放电安时数可以在8h 到2 4h 小时内得到补 充。按照G B /T1 2 7 8 8 的要求,根据工作周期计算得到的安时应是合适的。 T 蓄电池重新充电到约9 5 %容量时所需的充电时问,单位为小时 h ;为了缩短直流系统不工 作时间,应选择合理的充电时间,推荐采用8h ~1 2h 。对于T 值小于8h ,建议与蓄电池制 造厂商议。 充电装置的输出电流应取f 。和I 。中的大者。 蓄电池充电装置的技术规格书应包括 或考虑 所有异常工作条件 例如环境温度、海拔高度等 ,详 见G B /T3 7 9 7 。 A .3 计算举例 示例1 持续直流负载 包括将来的负载增长 为1 0 0A ,最大的间断负载组合为8 0A 。蓄电池组已 放电4 0 0A ·h 8h 放电率的额定值 ,在非异常工况下重新充电1 2h ,确定该蓄电组所需的充电装置 额定电流值。 I 。一1 0 0 堕县姿塑一1 0 0 3 6 .7 1 3 6 .7A ????一 A .3 j ‘ 计人单一间断负载,如式 I 。一1 0 0 8 0 1 8 0A ?????? A .4 计算结果按1 8 0A 或更大 额定输出电流选择蓄电池充电装置。 示例2 持续直流负载 包括将来的负载增长 为3 0 0A ,最大的间断负载组合为1 0 0A 。蓄电池组 已放电12 0 0A ·h 8h 放电率的额定值 在非异常工况下重新充电1 0h ,确定该蓄电池组所需的充电 装置额定电流值。 12 I 。一3 0 0 g 生俨一3 0 0 - F 1 3 2 4 3 2 A 计入单一最大问断负载组合,如式 1 2 3 0 0 1 0 0 4 0 0A 计算结果按4 3 2A 或更大 电流选择蓄电池充电装置。 G B /T1 4 5 4 6 - - 2 0 0 8 A .5 A .6 1 3 C B /T1 4 5 4 6 - - 2 0 0 8 B .1 引言 附录B 资料性附录 运行的直流辅助电源系统的接地效应 本附录提供了确定下列参数的方法 1 在不接地直流系统中如果第二点接地有可能影响设备运行的接地故障电阻阈值 2 一个合适的、低灵敏度的接地报警值。 B .2 讨论 不接地的直流辅助电源系统两极中的任一一极发生低阻抗接地不会影响系统的运行。然而,当一 极接地的电阻足够小,随之发生同一极二次接地的话,会产生一个足够大的接地电流驱动一个不带电的 设备动作或使一个带电设备无法断电。图B .1 a 的接地结构表明多点接地如何驱动一个不带电的设备 动作,这种情况会导致一个平时不带电的设备误动作。图B .1 b 的接地结构会出现在正常时带电的逻 辑回路,例如专设安全系统或反应堆?;は低?,二次接地会使带电设备无法断电。图B .2 表示了三种 会导致驱动线圈和 或 直流电源短路的接地组合。低阻抗接地时,熔丝或断路器会因为过载和故障保 护使回路断开,清除故障回路,在图B .2 b 中使所有带电设备断电;在图B .2 a 和c 中防止不带电的设 备动作。图B .2 a 和c 中的故障会使开关柜、发电机或大电机的断路器无法跳闸。图B .3 a 和 图B .3 b 中的接地结构表明一个回路中设备的继电器触点影响其他回路同样接地的设备的动作。 为了确定一个接地故障的阻抗阈值,在随之发生第二点直接接地时,会触发一个不带电的设备动作 或使一个带电设备无法断电,必须确定最敏感的直流负载并且计算它们的最小启动电流和最大脱扣 电流。 B .3 计算举例 例1 低阻抗设备 X Y Z 型开关柜断路器脱扣装置的控制机构的额定电压为直流1 2 5V ,合闸线圈和分闸线圈如下 所示。 假设直流系统的工作 浮充 电压为1 3 0V ,流过合闸线圈或分闸线圈及和控制触点并联的2 0k n 接地电阻的电流为1 3 0V / 2 0k n 2 0 .8 3Q 一6 .5 m A U N 图B .1 a 所示] 。合闸回路线圈的最小启动 电流为4 .3 2A ,分闸回路线圈的最小启动电流为3 .3 6A ,这些值远高于总的接地故障电阻为2 0k n 时 的电流 6 .5m A 。因此,有一个2 0k o 接地点,随之发生第二点直接接地,不会使开关柜断路器误动。 忽略接地监测装置的电阻,接地故障电阻的阈值为 1 3 0V /3 .3 6A 2 0 .8 3n 一1 7 .8 6n 。 假设断路器脱扣线圈是连接至直流辅助电源系统的设备中最敏感的设备 启动电流和返回电流最 小 ,接地监测报警器的整定值只需大于1 7 .8 6n ,并基于工程判断给予适当的裕量 高于阈值 即可。 整定值为2 0Q 时接地故障电流报警值为3 .1 8 A ,比最小启动电流 3 .3 6 A 小5 .4 %。这个例子仅仅是 举例说明,因为绝大多数的接地监测装置的整定值都远大于2 0n 。 例2 高阻抗设备 X Y Z 型常带电直流继电器的运行特性如下所示。 假设直流系统的工作 浮充 电压为1 3 0V ,控制触点打开时,流过继电器线圈及和控制触点并联的 2 0k n 接地电阻的电流为1 3 0V / 2 0k n 2k g D 一5 .9 1m A E 女n 图B .1 b 所示] 。因为继电器的最大返 回电流为6 .2 5m A ,如有一个2 0k 0 接地点,随之发生第二点直接接地,总的接地电阻足够高使之产生 】4 G B /T1 4 5 4 6 - - 2 0 0 8 一个足够低的接地电流,当控制触点打开时,它不会阻止继电器跳闸。忽略接地监测装置的电阻,接地 故障电阻的阈值为 1 3 0V /0 .0 0 62 5A ~20 0 0o 一1 88 0 0n 。假设该继电器是连接至直流辅助电源系 统的设备中最敏感的设备 启动电流和返回电流最小 ,接地监测报警器的整定值只需大于1 88 0 0n 并 基于工程判断给予适当的裕量 高于阈值 即可。整定值为2 0k o 时接地故障电流报警值为5 .9 1m A , 比最大返回电流 6 .2 5m A /J 、5 .4 %。 图B .1接地故障会使一个不带电设备带电或使一个带电设备无法断电 图B .2 b 接地故障会导致驱动线圈和 或 直流电源短路的情况发生 图B .3 接地故障会导致一个电路的连接驱动其他电路设备的情况发生 G B /T1 4 5 4 6 2 0 0 8 附录c 资料性附录 蓄电池组的短路电流计算举例 由蓄电池组提供的短路电流取决于短路回路的总电阻。保守的近似值可以采用可能达到的最大短 路电流为蓄电池1m i n 电流额定值 在2 5 ℃,密度为1 .2 1 5g /m 3 时每个蓄电池降至1 .7 5V 的1 0 倍。 按7 .8 .1 推荐的,根据具体情况一个比较准确的短路电流值可以通过计算得到,或从制造厂获得实测数 据。试验已经证明电解液温度和蓄电池端电上矗的升高 高于2 5 ℃和额定电压 不会对短路电流产生可 见的影响。 尽管温度的上升会导致蓄电池化学活性增加,但它同时也是使蓄电池金属部件的阻抗上升,因此抵 消了任何对短路电流可见的影响。然而,温度上升会使蓄电池容量上升,从而使短路电流持续更加长 时间。 浮充和均充期问端电压的提高 高于额定电压 不会使短路时的蓄电池化学能增加。产生短路电流 的有效电压取决于直接与蓄电池极板活性物质接触的酸浓度。因此计算蓄电池最大短路电流时电压取 额定电压2v 每个蓄电池 。 短路回路的总电阻由蓄电池组视在内阻和外部电路的电阻组成。 蓄电池组视在内阻是所有蓄电池内阻加上蓄电池相互间各连接电阻的总和。蓄电池内阻值是受许 多因素 例如温度、老化和充电状态等 严重影响的一个变量。外部回路的总电阻是各个部件电阻 例如 各连接电缆的电阻和故障总电阻 的总和。 下面举例说明一种计算蓄电池内阻的方法 引用制造厂提供的该蓄电池放电特性曲线 ,然后计算 在下述情况下该蓄电池提供的电流 a 在蓄电池端柱螺栓处短路 外电阻为零,即端电压趋于0 .0V ; b 经一定的外接电阻 即相当于每个蓄电池端电压为0 .5V 的等效电阻 短路。 c .3 计算举例 C .3 .1 一个蓄电池的内阻可以从内部电压降的斜率上计算[ 如式 c .1 ] 。图C .1 表示有7 至1 5 块极 板的典型蓄电池的放电特性曲线。 R 。一R 。/N , ???????????” 式中 R蓄电池总的内阻,单位为欧姆 n ; R 。每块正极板的电阻,单位为欧姆 n ; N 。正极板块数。 R 。一 u ,u 。 / J I , 为曲线上任意两点电压和电流所决定的每块正极板的欧姆值。 如果取u ,为1 .9 0V 和u 为1 .5 0V ,可以找出正极板L 为6 0A 和I z 为3 7 0A ,计算 R 。一 1 _ 9 1 .5 / 3 7 06 0 一0 .4 0 /3 1 0 0 .0 0 12 9n /极 ??
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