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    核電廠6.6kV應(yīng)急電源系統(tǒng)控制邏輯分析及優(yōu)化

    2016-08-16 03:28:21陸彥飛
    大科技 2016年17期
    關(guān)鍵詞:廠用柴油機(jī)斷路器

    陸彥飛

    (福建福清核電有限公司 福建福清 350318)

    核電廠6.6kV應(yīng)急電源系統(tǒng)控制邏輯分析及優(yōu)化

    陸彥飛

    (福建福清核電有限公司 福建福清 350318)

    LHA/LHB交流應(yīng)急電源系統(tǒng)是重要的安全系統(tǒng),在核電站出現(xiàn)失去場外電源及反應(yīng)堆冷卻劑事件的情況下,由LHA/LHB為安全廠用設(shè)備供電。本文通過DCS中的邏輯組態(tài),進(jìn)行分析,明確LHA/LHB由上游母線及應(yīng)急柴油機(jī)供電時(shí)電源切換、帶卸載的邏輯功能,并根據(jù)調(diào)試過程的經(jīng)驗(yàn),通過邏輯優(yōu)化,降低人因失誤,提高系統(tǒng)的可靠性以及穩(wěn)定運(yùn)行的安全性。

    核電廠;應(yīng)急電源;邏輯優(yōu)化;DCS

    1 引言

    LHA/LHB為6.6kV交流應(yīng)急電源母線,在核電廠正常運(yùn)行時(shí)為重要的專設(shè)安全廠用設(shè)備供電,如SEC、RRI等重要負(fù)荷。在核電站的運(yùn)行中承擔(dān)重要的安全角色。在正常工況下,LHA由廠用母線LGB供電,若在事故工況并失去廠外電源時(shí),切換由應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)供電。尤其在福島核事故之后,保障應(yīng)急電源在事故狀態(tài)的可用性尤為重要,因此分析掌握LHA/LHB母線電源控制邏輯、電源切換邏輯、以及由柴油帶載時(shí)的帶卸載邏輯也至關(guān)重要。

    2 應(yīng)急電源系統(tǒng)系統(tǒng)功能簡介

    如圖1應(yīng)急電源系統(tǒng)配電結(jié)構(gòu)圖所示。核電廠在機(jī)組故障及失去廠外電源的情況下(如圖2應(yīng)急柴油機(jī)啟動邏輯)通過電源切換回路能使LHA/LHB的供電電源從正常廠用配電盤切換到應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組上,切換同時(shí),對廠用負(fù)荷進(jìn)行掃負(fù)荷和重新帶負(fù)荷。LHA向A列安全廠用設(shè)備供電,LHB向B列安全廠用設(shè)備供電。由于LHA、LHB供電結(jié)構(gòu)及負(fù)荷基本相同,下文所述僅以A列為例。

    圖1 應(yīng)急電源系統(tǒng)配電結(jié)構(gòu)圖

    圖2 應(yīng)急柴油機(jī)啟動邏輯

    如圖1,在正常運(yùn)行時(shí)(正常電源斷路器001JA閉合),即LHA由LGB供電(LGB由廠發(fā)電機(jī)經(jīng)廠變及外電網(wǎng)經(jīng)輔助變供電),在應(yīng)急工況(應(yīng)急電源斷路器002JA或后備電源斷路器003JA供電),即LHA切換由LHP應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)供電,或者由另一個(gè)后備應(yīng)急電源0LHS經(jīng)LHT系統(tǒng)供電。為了后備電源供電的安全性以及LHA母線供電電源的唯一性,LHP與LHS共用一臺斷路器(即若要投入使用LHS,需將002JA搖出后推入003JA盤柜中)。

    3 LHA邏輯在DCS1E級與NC間的通訊與控制

    LHA的內(nèi)部邏輯組態(tài)可以分為兩部分:①NC邏輯;②1E邏輯。其中開關(guān)切換及其它部分1E和NC同時(shí)存在,KIC以及BUP的操作命令會互送1E和NC,最終通過邏輯表決和優(yōu)選送出,進(jìn)行動作執(zhí)行。報(bào)警邏輯以及帶卸載邏輯在1E程序中運(yùn)行,報(bào)警信號以及帶卸載工步通過網(wǎng)絡(luò)FDSI傳輸至KCP機(jī)柜,最終在KIC上進(jìn)行顯示。其控制及信號流程見圖3。

    圖3 1E及NC間的通訊與控制

    4 重要邏輯分析

    4.1 柴油發(fā)電機(jī)電源斷路器控制邏輯分析

    圖4 手動開關(guān)選擇邏輯

    手動001JA與002JA開關(guān)選擇邏輯,如圖4開關(guān)選擇邏輯所示。選擇操作被設(shè)計(jì)成相互冗余的兩部分,分NC部分和1E部分。其中若選擇在KIC上使用001KG_002JA閉合002JA時(shí),信號分兩路進(jìn)行傳輸:一路直接在KCP側(cè)AO輸出,并經(jīng)過隔離器通過硬接線接入1E機(jī)柜中進(jìn)行邏輯處理;另一路進(jìn)入KCP卡件后在NC側(cè)執(zhí)行邏輯處理,最終KCP機(jī)柜及1E機(jī)柜邏輯處理后的信號,同時(shí)接入PLM機(jī)柜進(jìn)行邏輯優(yōu)選表決,而后輸出合閘命令。

    在DCS機(jī)柜的傳輸中,NC至1E側(cè),以及1E送NC信號,均采用硬接線進(jìn)行中間傳輸,這樣保證了信號傳輸?shù)膶?shí)效性,使NC能快速的接收到1E送達(dá)的信號。

    4.2 卸載指令和程序在進(jìn)行中雙穩(wěn)記憶

    當(dāng)LHA應(yīng)急或手動需要LHP應(yīng)急柴油機(jī)供電時(shí)(母線低電壓、手動選擇002JA供電都會導(dǎo)致LHP應(yīng)急啟動,當(dāng)柴油機(jī)應(yīng)急啟動后,建頻建壓即電壓頻率達(dá)到額定值時(shí),會產(chǎn)生001JA跳閘信號),當(dāng)應(yīng)急柴油機(jī)啟動電壓頻率達(dá)到額定值后,001JA跳閘,跳閘至控制程序收到開反饋后,即圖5中的001JA Open pos.,將觸發(fā)卸載指令Load Shedding Order。

    圖5 卸載指令集程序進(jìn)行雙穩(wěn)記憶

    由圖5可以看出卸載程序進(jìn)程指令(帶載指令)Program in process,至少存在0.9s,在0.9s內(nèi)進(jìn)行帶載邏輯。當(dāng)LHA切由應(yīng)急柴油機(jī)供電,執(zhí)行0s工步帶載邏輯,即0s工步所帶負(fù)荷在LHA母線失電后,不跳閘,柴油機(jī)啟動后直接向其供電,如圖6中的SEC001PO、SEC003PO、RCV004PO等。

    4.3 帶卸載邏輯

    如圖6所示,在產(chǎn)生卸載指令后,卸載指令被延時(shí)5s(即產(chǎn)生跳閘信號),跳閘信號保持5s。在電氣盤柜內(nèi),由于關(guān)命令一直存在5s,即5工步所卸載負(fù)荷,將被停止5s,若所卸負(fù)荷在接受卸載指令前,由于自動控制在合閘位,若合閘命令之前被保持,在5s后將恢復(fù)到自動控制中。

    圖6 5s卸載/帶載指令

    5 電源開關(guān)切換邏輯分析與總結(jié)

    5.1 自動切換

    在應(yīng)急母線上探測到的低電壓(持續(xù)時(shí)間0.9s)是起動柴油發(fā)電機(jī)的條件之一。一旦柴油發(fā)電機(jī)處于準(zhǔn)備好狀態(tài)(即電壓和頻率在限值范圍內(nèi)),而且低電壓持續(xù)時(shí)間長于7.9s,則正常電源斷路器001JA跳閘,切除選定的專設(shè)安全廠用設(shè)備,經(jīng)過001JA與002JA之間聯(lián)鎖的延時(shí)后,應(yīng)急電源斷路器閉合,被切除的廠用電設(shè)備又重新起動。

    5.2 手動切換

    從正常電源向應(yīng)急電源的切換可以從控制室KIC或BUP手動進(jìn)行從柴油發(fā)電機(jī)向正常電源的切換自動切換在應(yīng)急母線上探測到的低電壓(持續(xù)5s),跳開應(yīng)急電源斷路器002JA,并且使正常電源斷路器001JA在經(jīng)過001JA與002JA之間聯(lián)鎖的延時(shí)后閉合。

    5.3 開關(guān)切換邏輯總結(jié)

    (1)柴油機(jī)起動不成功或沒有處于準(zhǔn)備好狀態(tài),低電壓持續(xù)時(shí)間小于7.9s。正常電源斷路器001JA仍在閉合狀態(tài)。正常電源一旦恢復(fù),起動柴油機(jī)和閉合斷路器002JA的程序就立即中止。

    (2)柴油機(jī)起動不成功或沒有處于準(zhǔn)備好狀態(tài),低電壓持續(xù)時(shí)間7.9s但小于20s。正常電源斷路器001JA仍在閉合狀態(tài)。正常電源一旦恢復(fù),則:必須按下柴油機(jī)停機(jī)操作按鈕,以使該起動程序完全廢止。

    (3)應(yīng)急廠用配電裝置由正常電源供電時(shí)(斷路器001JA在閉合狀態(tài))出現(xiàn)過電流,則:正常電源斷路器001JA跳閘;發(fā)出起動柴油發(fā)電機(jī)的信號(失壓起動);不發(fā)出切換信號。就地消除故障后,從控制室手動重新關(guān)合001JA或002JA電源斷路器母線重新帶電。

    (4)應(yīng)急廠用配電裝置由柴油發(fā)電機(jī)供電時(shí)(斷路器002JA閉合)出現(xiàn)過電流,則:應(yīng)急電源斷路器002JA跳閘;不發(fā)出切換信號。就地消除故障后,從控制室手動重新關(guān)合001JA或002JA電源斷路器,使母線重新帶電。

    6 調(diào)試過程中的經(jīng)驗(yàn)反饋與邏輯優(yōu)化

    6.1 非同期并網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)及誤啟動風(fēng)險(xiǎn)

    圖7 002JA合閘命令

    如圖7邏輯所示,在產(chǎn)生002JA合閘記憶信號后(即002JAClos.Pos.Memory為1),此時(shí)應(yīng)急柴油機(jī)啟動,建頻建壓后將產(chǎn)生合閘允許(即002JA Clos authority為1),并使001JA跳閘成功(即001JA Open Pos.為1),若由于電氣盤柜或航空插頭損壞的情況將造成開關(guān)同時(shí)送出開反饋和關(guān)反饋,會造成應(yīng)急柴油機(jī)非同期并網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)。改進(jìn)措施:將002JA的合閘狀態(tài)反饋取非后再與以上信號相與,將是更安全的措施。

    6.2 繼電器邏輯與軟件掃描周期

    如圖8,當(dāng)LGB母線失壓0.9后將啟動應(yīng)急柴油機(jī),但當(dāng)LHA母線失壓時(shí),即下圖中在GEW開關(guān)站正常,一旦Voltage presence為0時(shí)將產(chǎn)生應(yīng)急啟動柴油機(jī)信號,在柴油機(jī)就地控柜內(nèi)接受該啟動信號并啟動柴油機(jī)的為繼電器搭建的組合邏輯,并且該啟動信號由柴油機(jī)就地控制柜的PLC軟件采集送至就地Panel記錄和顯示,若啟動信號為脈寬很窄的脈沖信號,將有可能發(fā)生:該脈沖信號可以激勵繼電器動作啟動柴油機(jī),而無法被PLC所拾取的情況。改進(jìn)措施:在LHA邏輯或就地控制柜內(nèi)邏輯增加將短脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)殚L脈沖邏輯或卡件。

    圖8 應(yīng)急柴油機(jī)啟動信號

    7 結(jié)論

    通過本文的介紹與分析,充分了解LHA/LHB系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、控制邏輯、設(shè)計(jì)原理與思想,了解了電源開關(guān)的切換過程及帶卸載過程。并就將調(diào)試、試驗(yàn)以及運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié),通過部分邏輯的優(yōu)化,對一些外界擾動及人員誤操作形成邏輯閉鎖,降低人因及機(jī)械故障引起的失誤,調(diào)高系統(tǒng)的可靠性。

    [1]《6.6kV交流應(yīng)急電源系統(tǒng)手冊》.中國核電工程有限公司,2009,3,C版.

    [2]Description of Diesel I&C EDG.KRIKO Engineering GmbH.2011,3.

    [3]李德佳.核電站應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)分析和調(diào)試,電力設(shè)備,2003,6(24):161~164.

    TM621

    A

    1004-7344(2016)17-0074-03

    2016-6-1

    陸彥飛(1986-),男,漢族,陜西勉縣人,大學(xué)本科,從事核電廠儀控調(diào)試維修工作。

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