核應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組電氣系統(tǒng)國產(chǎn)化設(shè)計(jì)

顏鵬 施曉敏 張峰

摘 要： 在核電站當(dāng)中，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組將負(fù)責(zé)為其提供應(yīng)急交流電源，以此有效核電站各設(shè)備實(shí)現(xiàn)持續(xù)正常運(yùn)行。而為了能夠確保核應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組電氣系統(tǒng)具有較高的使用性能與安全性能，同時(shí)符合當(dāng)前我國核電站對于應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況。本文將以核電站中的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組作為主要研究對象，著重圍繞核應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組電氣系統(tǒng)國產(chǎn)化設(shè)計(jì)進(jìn)行簡要分析研究。

關(guān)鍵詞： 核電站;應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組;電氣系統(tǒng);國產(chǎn)化設(shè)計(jì)

引言：

根據(jù)新時(shí)期我國發(fā)展核電提出的相關(guān)要求，可知實(shí)現(xiàn)核應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組電氣系統(tǒng)國產(chǎn)化設(shè)計(jì)，開發(fā)出成套具有較高復(fù)雜技術(shù)接口且可使用多種標(biāo)準(zhǔn)的，國產(chǎn)專業(yè)核應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組電氣系統(tǒng)，是確保核電站實(shí)現(xiàn)正常穩(wěn)定運(yùn)行以及推動我國核電事業(yè)實(shí)現(xiàn)長效發(fā)展的重中之重。因此研究核應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組電氣系統(tǒng)國產(chǎn)化設(shè)計(jì)具有較高的現(xiàn)實(shí)意義。

一、核應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的組成分析

通過結(jié)合相關(guān)規(guī)定要求可知，在核電站應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組電氣系統(tǒng)中，主要包括直流電源與交流配電系統(tǒng)、勵(lì)磁調(diào)壓系統(tǒng)、電壓與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等等。其中發(fā)電機(jī)控制以及勵(lì)磁系統(tǒng)等則是電氣系統(tǒng)中極為重要的組成物項(xiàng)[1]。在進(jìn)行核應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組及其電氣系統(tǒng)的國產(chǎn)化設(shè)計(jì)中，需要在切實(shí)遵循國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，在適用條款與技術(shù)準(zhǔn)則的正確指導(dǎo)下，合理開展相應(yīng)設(shè)計(jì)工作并注重電路的安全性與獨(dú)立性。

二、核應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組電氣系統(tǒng)的國產(chǎn)化設(shè)計(jì)

（一）發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)

以某核電站為例，該核電站在設(shè)計(jì)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)時(shí)，在嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求下選擇使用無刷交流同步發(fā)電機(jī)，此種發(fā)電機(jī)本身自帶風(fēng)扇，可以有效幫助發(fā)電機(jī)完成風(fēng)冷式冷卻，同時(shí)在發(fā)電機(jī)的內(nèi)部還安裝了可以有效防止出現(xiàn)發(fā)電機(jī)冷凝現(xiàn)象的電加熱器[2]。在發(fā)電機(jī)組內(nèi)部安裝了一套可以實(shí)現(xiàn)自潤滑的軸承，鉑電阻溫度傳感器則被設(shè)計(jì)安裝在該核電站應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的軸承上。為充分發(fā)揮核應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的應(yīng)有效用，整體使用無刷勵(lì)磁方式。也就是通過將永磁式發(fā)電機(jī)安裝于主發(fā)電機(jī)軸上，搭配使用旋轉(zhuǎn)主勵(lì)磁機(jī)，進(jìn)而構(gòu)成整個(gè)核應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)。

（二）監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于核電廠對于安全性的要求極高，因此在進(jìn)行核應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組電氣系統(tǒng)國產(chǎn)化設(shè)計(jì)時(shí)，需要將提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全性擺放在首要位置。為此，本文在實(shí)際開展設(shè)計(jì)工作時(shí)，針對核電站柴油發(fā)電機(jī)組中的啟動與停車控制回路，選擇運(yùn)用具有較高安全性和獨(dú)立性的繼電器，用以有效完成此類安全等級控制回路的邏輯搭建。而針對包括警報(bào)信號輸出、預(yù)加熱單元等其他非安全級控制回路，則選擇同一采用PLC控制模式。通過在PLC中輸入各種模擬量信號，在通訊接口的作用下使得HMI可以實(shí)時(shí)接收各模擬量信號，在合理運(yùn)用可視化技術(shù)下，操作人員可以直接通過液晶顯示屏了解核應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組電氣系統(tǒng)的各項(xiàng)真實(shí)情況，包括水溫、液位等等。在此基礎(chǔ)上，操作人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行記錄機(jī)組、空壓機(jī)等設(shè)備的啟動與暫停操作。

（三）速度調(diào)節(jié)與勵(lì)磁調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在核應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組電氣系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，考慮到傳統(tǒng)速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行的過程中，一旦某一路轉(zhuǎn)速信號出現(xiàn)異常情況，則比較容易導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失去有效控制的問題，本文在對其進(jìn)行國產(chǎn)化設(shè)計(jì)時(shí)選擇使用兩路轉(zhuǎn)速信號輸入，用以完成對閉環(huán)速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)。而在勵(lì)磁調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，除了使用旋轉(zhuǎn)主勵(lì)磁機(jī)以及永磁式發(fā)電機(jī)之外，本文還專門為核應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁調(diào)壓系統(tǒng)，設(shè)計(jì)安裝兩個(gè)雙通道自動電壓調(diào)節(jié)器，在保障其中一個(gè)AVR可以實(shí)現(xiàn)正常工作的同時(shí)，另一個(gè)AVR可以有效作為備用。值得注意的是，設(shè)計(jì)運(yùn)用在勵(lì)磁調(diào)壓系統(tǒng)中的雙通道自動電壓調(diào)節(jié)器，不僅擁有強(qiáng)大的自動調(diào)節(jié)電壓的功能，還保留了傳統(tǒng)手動調(diào)節(jié)電壓功能。操作人員可以根據(jù)實(shí)際需要隨時(shí)切換所需電壓調(diào)節(jié)模式。在為電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)置必要保護(hù)后，還將配有專門鑰匙的機(jī)械連鎖裝置設(shè)計(jì)安裝在勵(lì)磁回路當(dāng)中，進(jìn)而有效提升工作人員在機(jī)組維修時(shí)的安全性。

（四）電氣保護(hù)與中壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在核應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組電氣系統(tǒng)當(dāng)中，因安全級以及非安全級對于保護(hù)的需求存在較大差異，故而本文將采用差異化設(shè)計(jì)的方式，使用搭建繼電器實(shí)現(xiàn)對安全級的機(jī)械保護(hù)，而通過使用PLC程序控制實(shí)現(xiàn)對非安全級的機(jī)械保護(hù)。具體來說，在核應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組電氣保護(hù)當(dāng)中，針對非安全級保護(hù)，設(shè)計(jì)采用綜保裝置用以切實(shí)完成發(fā)電機(jī)過壓保護(hù)輸出等工作，選用具有較高獨(dú)立性和安全性的電壓繼電器進(jìn)行安全級欠壓保護(hù)回路[3]。當(dāng)核電站處于應(yīng)急運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，除滑油低壓與欠壓等保護(hù)停機(jī)將自動運(yùn)行之外，其他所有保護(hù)只負(fù)責(zé)發(fā)出報(bào)警信息。

在中壓系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)在發(fā)電機(jī)中安裝電壓與電流互感器，此舉可以為電氣保護(hù)、核應(yīng)急發(fā)電機(jī)的電壓與電流測量提供所需相應(yīng)信號，同時(shí)安裝在發(fā)電機(jī)上的電壓與電流互感器也可以為同期并網(wǎng)提供所需相應(yīng)信號。

三、鑒定試驗(yàn)

通過采用本文的設(shè)計(jì)方式對核電站應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組及其電氣系統(tǒng)進(jìn)行國產(chǎn)化設(shè)計(jì)，根據(jù)機(jī)組啟動性能的試驗(yàn)結(jié)果可知，兩套獨(dú)立啟動系統(tǒng)在依次對機(jī)組進(jìn)行作用后，機(jī)組可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)五次正常啟動，且到達(dá)額定電壓與額定頻率的時(shí)間均不超過12s，與國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定相符合。而在檢驗(yàn)發(fā)電機(jī)組啟動以及帶載的可靠性時(shí)，根據(jù)最終的試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)啟動命令準(zhǔn)確傳輸至核應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組之后，其達(dá)到額定電壓以及額定頻率的時(shí)間嚴(yán)格控制在15s以內(nèi)。在突加50%額定負(fù)載后連續(xù)100次對機(jī)組進(jìn)行試驗(yàn)，所有試驗(yàn)全部成功。

結(jié)束語：

通過本文的分析研究可知，試驗(yàn)驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)的核電站應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組及其電氣系統(tǒng)各項(xiàng)功能運(yùn)行正常，與國家規(guī)定技術(shù)要求相吻合。設(shè)計(jì)人員在實(shí)際進(jìn)行核應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組電氣系統(tǒng)國產(chǎn)化設(shè)計(jì)時(shí)，還需要充分結(jié)合具體核電站工況及其對應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組與電氣系統(tǒng)的相關(guān)要求，在嚴(yán)格遵循國家設(shè)計(jì)指導(dǎo)規(guī)范下主動運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)手段，以便可以更好地完成核應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組電氣系統(tǒng)國產(chǎn)化設(shè)計(jì)工作。

參考文獻(xiàn)

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