HAD 102／13-2021 标准规范下载简介

HAD 102／13-2021 核动力厂电力系统设计.pdf

核动力厂电力系统设计

（2）在电气故障情况下承受短时过电流； （3）在设计基准中的稳态、短时和瞬态运行工况下不会损 害配电设备。 3.16.2电气保护配置及配合应达到可接受的水平以防止电 气故障导致其安全功能的丧失。安全级电力系统的保护装置应作 为安全级电力系统的一部分。数字化保护装置应按其执行的安全 功能进行验证。 3.16.3应止确选择并合理整定保护装置，以防止配电系统主 回路和分支回路的设备、母线和电缆在过载和故障条件下损坏。 所有主回路和分支回路应有过载和短路保护，并应对接地故障进 行监测并在适当情况下给予保护。 3.16.4多重序列的保护应保持独立。当系统发生异常会导致 运行设备的降质或故障时，电气保护系统应及时将发生异常的部 分系统切除。 3.16.5保护装置应该具备以下功能： （1）在检测到不可接受的状态时，保护装置应动作于开关 装置并快速断开故障电流，以避免对系统设备造成危害并最大限 度地减少扰动； （2）在电力系统各种运行方式下，当发生短路和过载时， 呆护装置的动作应具备选择性； （3）核动力厂的开关设备应具有适当的保护措施，以尽量 减少潜在燃弧故障对开关设备造成的损坏，确保设备安全和运行 维护人员人身安全； （4）提供保护动作的指示和标识，记录和分析保护装置的

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112工艺管道安装施工方案动作或试验结果； （5）监测保护装置控制电源的可用性

3.17.1应在控制室配置适当的仪表和控制设备，以监测和控 制厂外和厂内电力系统。 3.17.2应提供足够的监测信息以评价安全级电力系统的可 用性，这些信息包括： (1）断路器位置; （2）母线电压和电流； （3）备用电源的电压、电流和频率。 3.17.3应在主控室中显示安全级电力系统设备的不可用或 旁通状态。对于频繁处于不可用或旁通状态的设备，其状态应在 主控室中自动显示。安全级电力系统不可用或旁通状态的报警应 由断电逻辑实现。 3.17.4电力系统的所有安全动作应可自动启动。当满足下列 要求时，安全动作也可采用手动操作： （1）运行人员能从安全级电力系统的传感器和设备获得充 分而明确的信息，以便对需要采取安全措施的必要性做出合理的 判断； （2）运行人员有足够的时间评价核动力厂的状况并完成所 需的操作； （3）运行人员有足够的控制手段来执行所需的操作； （4）执行操作的运行人员之间的通信系统足以确保这些操

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作的正确执行； （5）为运行人员提供执行安全操作的书面程序和培训。 3.17.5手动启动安全动作为防止自动控制系统的失效提供 了一种后备方法，同时可支持长期的事故后操作。手动启动安全 动作应可在系统级和设备级实施。 3.17.6厂内电力系统的控制需包括以下功能： （1）当正常厂外电源不可用时，应将特定负载自动切换到 厂外辅助（备用）电源； （2）当优先电源和主发电机异常且未恢复时，安全级电力 系统应自动启动和接入备用电源，并按照规定顺序带载； （3）替代交流电源宜采用手动方式接入系统； （4）当止常电源恢复供电时，安全级电力系统宜能同期恢 复到正常电源供电； （5）在正常运行或停堆模式下，备用电源可手动切换至试 验、维护和维修状态。

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4.2.1在选择核动力厂厂址时，应进行电网稳定性评价。当 电网稳定性不良时，可以考虑改善电网稳定性的措施，或在可能 的情况下，选择另一个具有较高电网稳定性的厂址。

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4.2.2电网的稳定性与许多因素有关，包括：高峰和非高峰 运行期间的系统发电容量和备用发电容量；旋转备用发电容量、 发电机组的数量和容量及其特性；与邻近电力系统之间联络线的 数量及其特性；输电线路的数量及其特性，包括其保护继电器和 断路器的特性。 4.2.3在增添新发电容量和设计电力系统网络时所采用的原 则对电网的稳定性有直接的影响。例如，应按负荷潮流研究和稳 定性分析来确定某特定系统的最佳机组容量及为保持系统稳定 所需要的旋转备用容量。还应考虑电网其他扰动的可能影响，这 些扰动可能导致系统电压和频率严重起伏并可能影响大电气设 备（如反应堆冷却剂泵）的性能。 4.2.4特别重要的是存在电网失去最大容量的发电机组造成 电网不稳定输电而导致整个系统崩溃并因此而断开所考虑的电 一的厂外电源的可能性。一些电网当发电容量不足时通常采用卸 去次要用户负荷的方法以维持系统频率稳定。如果频率降低过多 作为最终手段，使主发电机与电网解列。由于这些因素对电网的 稳定性有影响，当为特定的电力系统选择核电机组时，应对其仔 细考虑。

4.3核动力厂和电网间的接口及

4.3.1为保证核动力厂的安全运行和安全停机，电网公司和 核动力厂营运单位需基于保证核安全、保证核动力厂供电安全的 共同目标，建立特别的沟通配合机制。 4.3.2核动力厂营运单位应将计划进行的以下活动告知电网 公司，如停机、改造和维护，以及对核动力厂设计、配置、运行

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限值、电气保护系统或性能修改等可能影响电网向核动力厂供电 能力的活动。 4.3.3电网公司应将计划进行的以下活动告知核动力营运 单位，如电网的停电、改造和维护等可能影响核动力厂广外电源 可用性和可靠性的活动。 4.3.4核动力厂营运单位应与电网公司就电气保护和自动化 方案进行配合，在电网发生故障时，应最大限度地保证核动力厂 和电网的可用性。

4.4.1应采取合理的开关站设计，以防止单台设备故障导致 句安全级负荷供电的多回厂外电源同时故障。 4.4.2开关站的控制电源应为开关站专用。主开关站和辅助 （备用）电源开关站不应共用控制电源。

5.1.1在核动力厂各种运行模式下，均应保证电源系统的电 压和频率波动不降低任何安全系统设备的性能。备用电源的电压 和频率波动范围应在原动机和所供电负载的设计基准之内，不应 影响正在启动、已加载或运行中的设备。在备用电源加载期间， 允许出现电压和频率的短时偏差超出范围，但需确保电压和频率 在下一个负载带载前恢复至可接受范围。 5.1.2应系统性地识别由优先电源或厂内电源故障引发的安

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全级母线电压和频率的稳态波动和暂态过程，应分析电力系统所 有的运行模式以及对称性和非对称性故障，并确认保护配置的合 理性。 5.1.3应监测优先电源的异常状态（例如过电压、低电压、 超频或低频）。当优先电源的异常状态超出设计要求的规定限值 时，应自动断开受影响的安全级母线相应的电源回路。 5.1.4为减少用电设备在电源切换期间经受的冲击，可延时 投入厂外辅助（备用）电源，事故分析的结论应支持延时投入上 述电源的合理性。

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5.3备用电源（应急电源）

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备电源作为安全级电力系统的补充电源，以降低安全级电力系统 失电的风险。 5.3.3每列安全级电力系统宜配置一套备用电源，应避免多 台发电机并列运行。如果每列安全级电力系统采用多个电源，应 正明该配置方案是安全可靠的。 5.3.4在各种设计工况下，备用电源均应具备足够的容量和 能力来启动对应序列的全部负载并保持连续供电，包括以下运行 工况： （1）负载处于惰转运行状态； （2）发电机处于允许的电压和频率范围下限或上限运行时 导致负载特性的改变； （3）环境条件变化导致发动机降容运行。 5.3.5在应急运行模式下，备用电源应在设计规定的电压和 频率范围内运行。 5.3.6备用电源应具备在设计基准要求的时间周期内持续运 行且无需停机维护的能力，且应具备在24小时内以10%的过载 率持续运行2小时的能力。 5.3.7当安全级母线失去优先电源和主发电机电源时，备用 电源应能自动启动。即使安全级母线未失电，备用电源也可由应 急信号触发而自动启动。 5.3.8备用电源的实际启动和接入时间应与安全分析中明确 的启动时间相匹配。 5.3.9厂内燃油及其他消耗品（如润滑油）应足够支持备用 电源运行至厂外电源恢复。

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5.3.10备用电源的运行不应依赖与其不同序列的动力和控 制电源。 5.3.11只有当优先电源和主发电机均不可用时，厂内备用电 源才能投入。 5.3.12只有满足本导则4.2节的相关要求时，安全级电力系 统才能向非安全级负载供电。安全级电力系统与非安全级负载之 间的隔离装置应作为安全级电力系统的一部分。 5.3.13备用电源应能自动卸载所有非安全级负载，非安全级 负载不宜自动加载。在备用电源的加卸载程序中，非安全级负载 的加载取决于备用电源是否有足够容量来启动和运行。 5.3.14当安全级电力系统母线由备用电源切回优先电源供 电时，应采用手动操作方式。当某一列安全级母线切回优先电源 共电后，应确认其对应的备用电源已恢复至正常备用工况，才能 充许其他序列母线切回优先电源。禁止多列安全级母线同时从备 用电源切回优先电源供电。 5.3.15应明确核动力厂运行期间备用电源的定期试验方法。 在一列备用电源试验期间，应确保其余列备用电源仍能够执行安 全功能。试验程序不应破坏安全级电力系统的独立性，也不应弓 入产生共因故障的可能性。应考虑每一个跳闻功能和旁通功能的 独立试验方法。 5.3.16为保证多重性和独立性，安全级备用电源的支持系统 （如通风系统、冷却水泵及润滑系统）应由本列电源供电。 5.3.17备用电源的辅助及支持系统的容量应满足电厂安全

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5.4.1每组蓄电池应至少设有一套充电器，为了提高系统运 行的灵活性和可用性，可配置备用充电器。 5.4.2每套充电器应具有足够的容量以满足以下要求： （1）在正常运行中保持蓄电池处于充满状态； （2）在可接受的时间内将蓄电池从完全放电状态恢复到充 满状态，同时可满足最大的持续负荷和间断负荷组合的供电需求 5.4.3充电器应能够在不连接蓄电池的情况下直接为负荷供 电，但不宜在这种模式下长期运行。充电器为负荷直接供电时的 输出性能需满足负载运行要求。 5.4.4充电器的交流侧和直流侧应设置开关元件。 5.4.5在充电器不可用的情况下，每套蓄电池应能满足所有 设计基准工况条件下的负载要求，并考虑设计裕量、温度效应和 老化效应等因素。 5.4.6蓄电池间应配置通风设施，以保持可燃气体浓度低于 限值，并应设置氢气探测报警装置。如需配置机械通风，蓄电池 室的通风系统应由与蓄电池相同序列的电源供电。 5.4.7为证明蓄电池的可用性并检测其异常情况，蓄电池应 进行定期试验和检查。

5.5安全级交流不间断电源

5.5.1安全级交流不间断电源系统应向需要不间断供电的安 全重要负荷提供电源。 5.5.2每列安全级交流不间断电源系统应由安全级直流电源

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系统供电的逆变电源、对应的交流电源以及用于这两个电源之间 自动切换的设备组成。 5.5.3交流不间断电源系统的电气特性和供电连续性应满足 负荷要求。 5.5.4交流不间断电源系统的设计应满足负荷以及负荷间相 互作用的特性和设计要求。例如，逆变器应确保本身以及负荷弓 起的谐波电压不会导致系统功能异常。

5.6.1每列备用电源应当配置独立的保护和监测系统，并符 合以下规定： （1）在安全级母线上设置两级不同延时的低电压保护，第 级用来监测安全级母线是否失去厂外电源，第二级用来监测安 全级母线电压的异常程度； （2）当监测到优先电源出现不可接受的过电压时，应自动 将其与安全级母线断开，过电压保护的整定值和延时设定应与设 备的过电压能力相配合； （3）应避免电动机起动或其他瞬态导致优先电源意外断升： （4）应监测安全级母线三相电压和频率，信号送至主控室。 5.6.2在备用电源的任何运行模式下，防止备用电源本体遭 受破坏的保护均应投入跳闸，例超速保护和发电机差动保护。 5.6.3在备用电源应急运行期间，用于应对5.6.2所述故障之 外的保护装置跳闸功能应旁路（或采用符合逻辑投入），但在备 用电源正常运行和试验期间应保持可用。

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5.6.4当备用电源使用专用蓄电池时，应监视其异常及失效 伏态，使其与其他安全级蓄电池具有同等可用的状态。 5.6.5备用电源的所有保护动作报警均应在主控室显示。 5.6.6安全级交流电力系统的低电压和延时整定值应根据安 全级用电负荷的需求电压来确定。 5.6.7用于备用电源启动、接入、运行以及保护的控制系统 应由同列的直流系统供电。 5.6.8安全级直流电源系统和交流不间断电源系统应配置欠 压报警。 5.6.9不接地的直流电源系统应配置接地监测系统，并在系 统对地阻抗值降低至可能发生故障之前发出警报。 5.6.10应监测直流系统蓄电池熔丝或断路器的状态。 5.6.11直流系统的充电器应具有防止反向电流的措施，具有 限流功能或过载保护，以及具有输出超压保护。 5.6.12蓄电池充电器应避免直流侧与交流侧的瞬态互相影 向，尤其当充电器作为逆变器的电源时，充电器应具有相应的保 护功能，以保证在交流电源侧故障和发电机甩负荷至孤岛运行期 间保持直流电压运行在允许的范围内。 5.6.13直流配电系统和交流不间断电源系统应满足保护配 合要求。

5.1在全厂断电工况下，若核动力厂还需要交流电源驱动的 负载才能将核动力广带入可控状态，则应在核动力厂内或广区附

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6.9为应对全厂断电工况，除替代交流电源以外，还可考虑 采用移动电源或其他场外临时电源用于恢复必需的电力供应，设 计上应考虑其接入厂内电力系统的条件。 6.10用于缓解堆芯融化事故后果所必需的设备应能够由任 何可用的电源供电。

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统设计相关导则的要求。 7.4应对电力系统设计及分析工作中使用的工具进行认证， 且应基于试验数据或运行经验论证数学模型的有效性。 7.5应采取适当的设计措施，来保证在下述试验实施过程中 机组处于安全状态： （1）预运行试验程序，用于证明系统在正常和应急工况下 的可运行程度，证明系统满足设计要求，确认多重安全级电力系 统之间互相独立； （2）运行期间的试验程序，用于充分保障系统处于就绪状 态并随时可按需投入运行； （3）定期试验程序，用于证明系统的连续运行能力，并监 测和识别系统或系统中设备的异常情况。 7.6在系统投运前或在重大修改后，应确认安全级电力系统 序列的独立性。通常采用如下验证：所有的厂内电力系统及其序 列可以成功运行，且不会被其他序列电源的部分或全部功能失效 所影响。

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附录A 电力系统的纵深防御

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注1：本处应用于厂内的电力系统仅为苯例说明，并非在对应的目标下唯一可用

A.2纵深防御的第一层次

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A.4纵深防御的第三层次

A.4.1厂内备用电源 A.4.1.1核动力厂的安全级电力系统通常从主发电机、优先 电源、厂内备用电源或者替代交流电源获得电源。 A.4.1.2需定期对备用电源的可用性进行验证，对备用电源 吕动能力的试验应不会对其长期正常运行造成负面的影响。 A.4.1.3对备用电源的启动能力和负载能力的验证通常被作 为一个整体的试验和分析，以用于匹配设计基准事故

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A.5纵深防御的第四层次

A.5.1替代交流电源 A.5.1.1应考虑全厂断电情况下核动力厂充许失去所有交流 电源的持续时间，并应能在此时间内连接到一个替代交流电源。 A.5.1.2有必要采取预防措施来保证替代交流电源在发生外 部灾害时是可用的，并能在规定的时间内接入核动力厂。 A.5.1.3替代交流电源应该尽可能独立于其他为安全级电力 系统供电的电源。

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附录 B 用于设计验证的电力系统分析

为证明核动力厂电力系统的设计裕量及可靠性，在设计阶段 需开展必要的分析研究，这些分析可通过试验或运行经验进行检 查和验证。本附录中提出了电力系统设计中一些关键的分析内容

B.1.1潮流分析是电力系统分析的重要部分，可以评价系统 在正常运行状态和应急运行状态下的能力并建立边界条件。可用 计算机软件实现潮流分析，仿真实际的电力系统稳态运行状况， 并评价母线电压、功率因数、有功潮流、无功潮流及损耗。采用 多种工况开展潮流分析有助于确保电力系统的设计满足性能标 准。潮流分析通常用来评价如下内容： （1）元件或回路加载情况； （2）母线电压幅值和功率因数； （3）有功潮流和无功潮流； （4）电力系统损耗； （5）变压器分接头设置； （6）系统运行的边界条件； （7）母线切换方案； （8）回路配置优化； （9）假设工况下的实际电压波动； （10）指导设备技术规格书编制。 B.1.2 在潮流分析中，通常采用如下总体性设计准则:

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（1）在所有考虑的运行工况下，所有母线的稳态压降在土5% 额定电压范围内； （2）在负荷加载工况下，暂态电压波动允许大于5%； （3）在任何假设运行工况下，电气回路不能过载： （4）在所有的运行工况下，无功潮流均在特定的限值之内。 B.1.3在潮流分析中通常研究如下内容： （1）最大及最小负载的极端运行工况，以检验厂内电源和 厂外电源在正常运行工况及停堆工况下的适应性； （2）偶然性工况。比如线路停运，厂外电源的变压器和发 电机停运，同时厂内辅助系统（包括事故后用以缓解放射性后果 的设备）处于最大或最小负载； （3）核动力厂运行参数的优化。比如变压器分接头、发电 机励磁特性、无功补偿装置及电缆选型； （4）大型电动机启动。在额定电压直接启动时，大部分交 流电动机的启动电流比正常满载电流大数倍，过大的启动电流会 导致端电压的降落，并可能由于过低启动转矩导致电动机启动失 败，导致低电压继电器的非必要动作或连接在系统中的其他投运 电动机的停运。电动机启动分析有助于选择最佳的启动方式、适 当的电动机设计及适当的系统设计，使电动机启动的影响降低至 最小。

短路电流计算提供了电力系统在故障状态下的电流和电压 这些信息可以用来：

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（1）确定断路器在最大故障电流水平下的开断要求； （2）校验继电保护系统设计的合理性、灵敏性和及时性。 短路电流计算需考虑所有在运电源的故障贡献，包括大型异 步电动机。当厂内或户外电源系统有重大变化或重大修正时，需 重新进行短路电流计算，并且应周期性地开展评价。

B.3电气保护配合分析

B.3.1保护配合分析可确定故障发生后各时间段内流过电力 系统的电流幅值，并且评价系统保护装置的选型及设置。目的是 为电力变压器、开关柜、电动机控制中心、配电盘和其他电气设 备提供必要的保护，并保证回路在过载工况或短路工况下有选择 性地快速断开，从而将有必要隔离的设备范围最小化。 B.3.2保护继电器是用来快速驱动用于隔离系统故障的设备， 防止设备的损坏，并以对系统扰动最小的方式，保证电力系统不 受影响部分的连续供电。保护继电器应能区分正常运行工况、异 常运行工况和故障工况，并为它们提供特定的保护功能。继电保 护配合计算需考虑继电器的运行特性、电气设备的止常运行及耐 受特性，并为达到电力系统的高可靠性而设置最优的继电器定值 B.3.3针对不同的电气元件及运行状况，保护系统应提供相 应的保护功能。 B.3.4典型的保护分析包括： (1）过载保护； (2）过流保护； （3）接地故障保护； （4）最大负载电流下的保护配合；

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（5）最小短路电流下的灵敏度校验； （6）各类保护设备的特性配合： （7）最大电动机启动电流及时间的配合： （8）变压器励磁涌流配合； （9）冉加速电流的配合： （10）主后备的配合； （11）热稳定能力的配合； （12）电动机安全堵转限值的配合。 B.3.5设计过程中需要特别考虑接地故障保护，因故障电流 的幅值决定于系统的接地方式大理石、花岗石干挂施工方案及工艺，直接接地系统或低阻接地系统可 能会有高水平的接地故障电流，这些高水平电流通常会要求快速 的脱扣以将故障从系统中清除。高阻接地故障的检测较为困难， 因为继电器需要测量幅值较小且伴有不平衡电流的接地故障电 流，不平衡电流一般由线路相位及配置、负荷不平衡引起

B.4电压丧失及电压异常分析

为应对优先电源电压异常对安全母线的供电的影响，对安全 重要的设备可设置两种低电压保护方案： （1）如果电网电压突然大幅下降，且不能恢复到正常运行 范围，可通过延时动作将广内母线从电网中隔离，同时触发广内 备用电源的自动启动信号； （2）安全重要设备的低电压保护应可适应系统持续低电压 达数秒并随后恢复至正常运行范围的电压异常。电压异常工况通 常发生在由电力不足导致的输电系统过载时，电力不足通常由丧

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B.5.1电力系统在经受严重的大扰动后的恢复能力对核动力 厂的可靠及安全运行十分重要。影响电力系统暂态稳定的参数包 括： （1）同步电机的参数； （2）主变压器的阻抗： （3）汽轮发电机的转动惯量： （4）输电线路的参数； （5）断路器和继电器特性； （6）系统地理接线； （7）励磁系统、系统稳定器和发电机调速器特性： (8） 系统接地方式;

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（9）自动重合闸、单极开关、甩负荷和系统惯量。 B.5.2典型的暂态稳定分析内容包括： （1）根据发电机稳态、暂态及次暂态参数建模； （2）三相故障或线路接地故障的暂态仿真； （3）电动机及负载的转矩、滑差、电流及加速曲线的建模： （4）模拟发电机启动和电动机启动： （5）断路器脱扣和闭合、隔离开关的打开和闭合及基于设 定值的继电器动作的建模； （6）在假定扰动后，发电机和电动机转速、电流、电压和 功率曲线的绘制。

新幸福家园基坑支护施工方案B.6雷电防护系统和系统接地分析

B.6.1雷电防护系统用来保护建构筑物不因雷击损坏，为了 防止设备损坏和人员伤害，雷电流需通过低阻抗路径快速向大地 释放。 B.6.2外部雷电防护装置包括接闪器、弓引下线和接地装置， 内部雷电防护装置包括等电位连接、与外部雷电防护装置的电气 绝缘和浪涌保护器