張瑞明, 劉良軍, 雷亞清

(中廣核工程有限公司, 廣東 深圳 518124)

核電廠照明分線盒配置方案及優(yōu)化改進

張瑞明, 劉良軍, 雷亞清

(中廣核工程有限公司, 廣東 深圳 518124)

針對核電廠項目的特有要求,闡述了核電廠照明系統(tǒng)分線盒的配置方案。基于多項目工程實踐,從安全、性能、易用等方面提出了核電廠分線盒配置的優(yōu)化改進方案。實踐表明,合理的選型方案可提高核電廠安全,降低項目建造及運行成本,為核電廠的標(biāo)準(zhǔn)化建造奠定基礎(chǔ)。

核電廠; 照明分線盒; 優(yōu)化改進; 鹽霧試驗

0 引 言

照明分線盒(簡稱分線盒)與電纜、燈具一起組成了核電廠照明系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。照明系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)包含近6萬個燈具、2萬個分線盒以及數(shù)千米的電纜。在該龐大的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中,分線盒起到了承上啟下的關(guān)鍵作用,分布于核電廠的數(shù)百個廠房中,并且安裝時限貫穿核電廠的整個建設(shè)周期,決定了每個廠房的照明可用性,影響每個廠房的移交。因此,分線盒對核電廠的建設(shè)具有重大的意義。

本文針對核電廠項目的特有要求,基于項目工程實踐,從安全、性能、易用等方面闡述了核電廠照明分線盒選擇、配置的基本要求。通過對多項目情況的匯總分析,確定了分線盒的改進優(yōu)化方案。

1 核電廠用分線盒簡介

1.1 分線盒簡介

分線盒是用于連接配電箱與照明燈具的一種小型低壓配電裝置,主要由端子、導(dǎo)線、導(dǎo)軌以及安裝器件組成。端子通過橫聯(lián)件實現(xiàn)對進線電纜導(dǎo)線的擴充。導(dǎo)線實現(xiàn)上下游電路的連接,導(dǎo)軌用以固定端子。分線盒如圖1所示。

圖1 分線盒

核電廠分線盒有近2萬個,根據(jù)功能可以劃分為普通照明分線盒、耐火照明分線盒、防爆照明分線盒;根據(jù)用途不同(如用于主分線盒、用于按鈕控制、用于電動機加熱器、用于熱水器等),劃分為8CR70A、8CR70D、8CR80等近20種;根據(jù)安裝位置不同,可劃分為室外用和室內(nèi)用分線盒。

1.2 分線盒材質(zhì)及試驗要求

1.2.1 材質(zhì)要求

為了降低火災(zāi)蔓延風(fēng)險以及火災(zāi)后的危害,核電廠電纜及分線盒均要求采用低煙無鹵阻燃材質(zhì)。目前,分線盒類產(chǎn)品主要有聚碳酸酯、玻璃纖維加強聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、鋁等。其中鋁價格較高,其主要用于抗干擾,在照明系統(tǒng)中需求少。聚苯乙烯的耐火性能沒有聚碳酸酯類高,在燃燒時容易產(chǎn)生刺激性氣味,因此在核電廠不予采用。聚碳酸酯類產(chǎn)品可有效避免上述缺點。玻璃纖維具有拉伸強度高、彈性系數(shù)高、吸收沖擊能量大、耐化學(xué)性佳、吸水性小、耐熱性好、加工性佳、價格低等特性,通過在聚碳酸酯中增加玻璃纖維,可有效改善和提升形變溫度,增強剛性,提升彎曲強度、拉伸強度等。

在工程實踐中,玻璃纖維加強聚碳酸酯材質(zhì)得到良好的驗證,既能提供較好的阻燃性能,又有較強的耐腐蝕特性,同時具備良好的抗撞擊性能,在核電廠分線盒中被廣泛采用。

1.2.2 試驗要求

(1) 鹽霧試驗。核電廠目前主要建造在海邊,周圍空氣中充滿了大量高鹽分的氣體。為保證設(shè)備長時間的穩(wěn)定運行,分線盒必須耐受鹽霧。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2423—2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗》進行,試驗采用中性鹽霧試驗NSS方法來驗證。

(2) IP防護試驗。安裝于核電廠房的分線盒,數(shù)量龐大,難以大面積更換,長期暴露于空氣中,對其使用壽命要求高。為有效保證分線盒內(nèi)部的端子、導(dǎo)線不會被水汽等侵蝕,分線盒的防護等級需要達到IP54,個別區(qū)域要達到IP55、IP56。因此,IP防護等級試驗是分線盒必須耐受的試驗項目。

(3) IK試驗。按照GB 7251.2—2005《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 總則》,并根據(jù)項目安裝階段環(huán)境,要求分線盒應(yīng)能耐受2 J的撞擊能量,即不低于IK07等級。

(4) 阻燃試驗。按照GB 5169—2006《電工電子產(chǎn)品著火危險試驗》要求,分線盒應(yīng)通過灼熱絲試驗,以證明其材質(zhì)的阻燃、自熄特性。

(5) 耐壓試驗。分線盒分布核電廠各個廠房,其中安全殼內(nèi)的分線盒需要具備承壓能力。在核電廠冷試階段,安全殼內(nèi)部整體進行打壓,內(nèi)部壓力升高至0.5 MPa,因此需要分線盒能承受該壓力。安全殼打壓試驗進展圖如圖2所示。由圖2可見,安全殼最高壓力達0.48 bar,因此設(shè)備承壓須達到0.5 MPa。

圖2 安全殼打壓試驗進展圖

(6) UV防紫外線試驗。部分分線盒分布于室外,常年經(jīng)受紫外線照射,因此需要耐受紫外線試驗。試驗可參考GB 16422.3—1997《紫外光老化試驗標(biāo)準(zhǔn)》實施。

除上述試驗外,分線盒需在防爆環(huán)境下進行ATEX認證,在耐火環(huán)境下進行耐火試驗驗證,耐火時限1.5 h。滿足上述試驗要求后,分線盒才能在核電項目中應(yīng)用。

1.3 核電廠分線盒配置

根據(jù)分線盒的進出線參數(shù)不同、上下游負荷的差異、功能差異、安裝環(huán)境等不同,分線盒劃分為近30種,并分別命名為8CR70A、8CR70B、8CR80、8CR90等。不同種類分線盒,其內(nèi)部配置存在一定差異,但均由安裝導(dǎo)軌、分線端子、格蘭、接地配線及標(biāo)識組成。典型的分線盒配置圖如圖3所示。

圖3中,明確了分線盒內(nèi)部的各元器件數(shù)量、安裝位置、開孔尺寸、標(biāo)識方式等,這為標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、批量化采購提供了必要條件。

圖3 典型的分線盒配置圖

2 分線盒配置方案改進

2.1 種類改進、增強包絡(luò)性

在工程設(shè)計、采購、安裝過程中,均采用名稱代表該類箱盒,比如8CR70A代表了帶按鈕、1進3出、安裝于普通環(huán)境、帶接地回路的照明分線盒。由于種類多,在設(shè)計階段,設(shè)計人員需根據(jù)負荷種類、配線方式在布置圖上體現(xiàn)分線盒名稱、采購以及施工階段。一方面,供應(yīng)商需要對每類分線盒進行備庫存,這就占用大量資金;另一方面,在現(xiàn)場出庫入庫時也很繁瑣。

為了解決上述問題,并縮減箱盒種類,從工程實際出發(fā)進行優(yōu)化。① 減少燈具種類,將全部燈具更換為帶接地的一類燈具;② 擴大分線盒的尺寸,將部分1進3出設(shè)備與1進5出合并;③ 將特殊環(huán)境如易爆、耐火環(huán)境,優(yōu)化最大尺寸的分線盒,通過在盒內(nèi)增加功能元件,實現(xiàn)其向下包絡(luò),達到縮減種類的目的。

通過上述改進,分線盒種類由原來的30種縮減了1/3,最終剩余20種。通過增加包絡(luò)性,在工程建設(shè)材料成本上稍有增加(設(shè)備尺寸變大,費用略增),但大大提高設(shè)計、采購、安裝效率,降低了人工成本、進度成本。

2.2 引入敲落孔,方便現(xiàn)場裝配

電纜進入分線盒中需要通過格蘭將其鎖緊。生產(chǎn)企業(yè)在出廠時一般將格蘭安裝于分線盒兩側(cè),以成套產(chǎn)品提供給用戶。但對于核電廠,該方案會產(chǎn)生較大問題。因為核電廠的大部分廠房較高(高達4～8 m),安裝人員在高處操作便利性差,同時分線盒往往穿插于橋架、電纜、燈具交匯處,布線較麻煩,很難調(diào)整分線盒進線電纜方向。格蘭安裝位置固定,進線電纜又難以調(diào)節(jié),對安裝造成極大困難。

為解決上述問題,方便現(xiàn)場安裝,分線盒在出廠時采用敲落孔形式(不降低性能的前提下)。帶有敲落孔的分線盒如圖4所示。

敲落孔分布在分線盒的四個面。安裝階段,安裝人員先根據(jù)現(xiàn)場實際情況,確定采用敲落孔的位置及數(shù)量,然后將敲落孔敲掉,安裝格蘭并引入電纜,極大提高了分線盒使用的便利性。

圖4 帶有敲落孔的分線盒

2.3 調(diào)整端子型號以及導(dǎo)軌方向,方便現(xiàn)場配線

分線盒尺寸不大,主要用來連接電纜,因此在安裝階段有較多電纜需要在盒內(nèi)連接。分線盒原方案配置SAK系列端子,占用一定空間,現(xiàn)更換為WDU系列,在滿足分線尺寸要求的同時盡量釋放盒內(nèi)空間,同時調(diào)整端子導(dǎo)軌安裝方向,為內(nèi)部分線提供便利。

2.4 改進安裝工具

格蘭在鎖緊電纜時需要用到鎖緊工具。安裝工具對比如圖5所示。改進后工具主要由格蘭固定和施加扭矩兩部分組成?？紤]到核電廠使用的格蘭大部分為M32、M25,所以格蘭固定部分只對M32、M25兩種規(guī)格設(shè)計,其他尺寸采用原安裝工具鎖定。扭矩部分設(shè)計成可旋轉(zhuǎn),方便在各個角度施加力矩,更適用于在電纜交錯的復(fù)雜環(huán)境。經(jīng)現(xiàn)場驗證,改進后的使用效果顯著,大大提升安裝效率。

圖5 安裝工具對比

2.5 改進防火區(qū)域分線盒

核電廠用防火區(qū)域分線盒內(nèi)部均標(biāo)配了陶瓷端子。但陶瓷端子間無法使用連接片,因此無法實現(xiàn)端子的并聯(lián)。標(biāo)配設(shè)備圖如圖6所示。陶瓷端子無法壓接多根導(dǎo)線,因此無法實現(xiàn)箱盒的一進多出的擴展功能。

圖6 標(biāo)配設(shè)備圖

有些企業(yè)的陶瓷端子可以使用連接片,并滿足耐火溫度及時限的要求,符合相應(yīng)VDE標(biāo)準(zhǔn)。對該分線盒進行了改造,增加了安裝底板,解決固定孔位不匹配問題,成功實現(xiàn)了陶瓷端子的并聯(lián)、擴展。改進后設(shè)備圖如圖7所示。

圖7 改進后設(shè)備圖

3 結(jié) 語

經(jīng)過上述改進,極大方便了核電廠照明分線盒的設(shè)計、采購、施工工作,節(jié)約了人工成本與進度成本。同時,分線盒配置方案的逐步改進,為核電廠的批量化、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)帶來極大便利,也為成套企業(yè)進入核電廠領(lǐng)域供應(yīng)設(shè)備提供指引,以降低其投入成本。

[1] 郭靜.紅沿河核電典型材料大氣腐蝕及防護對策研究[N/OL].中國腐蝕與防護網(wǎng).[2013-09-04].http:∥www.ecorr.org/test/fuwuanli/2013/0904/6629.html.

[2] 廣東核電培訓(xùn)中心.900 MW壓水堆核電站系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京:原子能出版社,2005.

[3] 徐偉群,史昶彬.淺析分線盒防護系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)[J].江蘇通信,2013(1):31-32.

[4] 鄭海龍,李想.綠色照明在海陽核電廠的應(yīng)用[J].照明工程學(xué)報,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

張瑞明(1986—),男,工程師,從事低壓電器方面的工作。

TU 271

B

1674-8417(2014)10-0061-05

2014-09-15

劉良軍(1973—),男,工程師,從事設(shè)備安裝的工作。

雷亞清(1984—),男工程師,從事設(shè)備采購的工作。