張波

摘 要：本文介紹了一種基于PLC控制以及的同步發(fā)電機(jī)同步控制方法，解決了在不帶調(diào)速裝置情況下的發(fā)電機(jī)組同步控制問題，并給出了并車電組選擇方法以及控制邏輯，簡化了控制過程，提高了并車成功率，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：棒電源；電動發(fā)電機(jī)組；同步控制；并車電阻

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）07-0076-02

1 概述

核電站的控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)電源系統(tǒng)（簡稱棒電源系統(tǒng)），是由兩列電動發(fā)電機(jī)組構(gòu)成，每一列電動發(fā)電機(jī)組由一臺交流異步電動機(jī)作為原動機(jī)，通過傳動軸帶動一臺同步發(fā)電機(jī)向下游負(fù)載供電。其主要功能是向控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行供電，其系統(tǒng)單線圖如圖1所示。

從圖1可以看出，棒電源系統(tǒng)由兩列獨立的電動發(fā)電機(jī)組組成，原動機(jī)為380VAC交流異步電動機(jī)，發(fā)電機(jī)由原動機(jī)帶動發(fā)電，向下游負(fù)載提供電源。其正常的運行工況需要兩列電動發(fā)電機(jī)組先在沒有任何外部負(fù)載的條件下進(jìn)行空載并車，帶待兩列電動發(fā)電機(jī)組正常并列運行后，在投入負(fù)載系統(tǒng)，進(jìn)入正常運行階段，因此要求棒電源系統(tǒng)在沒有外部負(fù)載條件下的并車操作成為該系統(tǒng)必須解決的一個問題。本文提出了一種基于PLC控制策略，增加專用并車電阻的方式實現(xiàn)電動發(fā)電機(jī)組的空載（不連接棒電源系統(tǒng)的實際負(fù)載）并車，對原有的并車方式進(jìn)行改進(jìn)，取得了良好的效果。

2 原有并車方式

由于棒電源機(jī)組的原動機(jī)為三相交流異步電動機(jī)，未設(shè)置調(diào)速裝置的情況下固有轉(zhuǎn)速相同，而且兩列電動發(fā)電機(jī)組無法在同一時刻完成啟動，從而導(dǎo)致兩列電動發(fā)電機(jī)組的輸出電壓長時間無法滿足并車條件，從而不能順利完成并車以滿足運行條件。因此在電動發(fā)電機(jī)組不帶其他負(fù)載的情況下，由于無法通過調(diào)速的方式實現(xiàn)兩列發(fā)電機(jī)的同步，在以往核電廠實際運行過程中，兩列電動發(fā)電機(jī)組機(jī)組的空載并車有兩種解決辦法：（1）首先啟動兩列電動發(fā)電機(jī)組后，接著手動停止其中一臺MG機(jī)組的電動機(jī)，等待一定時間后，再次啟動；（2）首先啟動兩臺MG機(jī)組后，接著由程序控制其中一臺MG機(jī)組的電動機(jī)的自動啟停。上述兩種方法本質(zhì)相同，都是采用一臺發(fā)電機(jī)組正常運行，待并車組在通過啟停上游電源開關(guān)，在待并車組加減速過程中制造并車條件從而實現(xiàn)空載并車，但其成功率非常低且時間不可控，存在時間機(jī)會成本及人力成本。同時該方式需要在短時間內(nèi)頻繁啟停待并車組，在機(jī)組的長期使用過程中存在降低機(jī)組壽命的風(fēng)險。

3 發(fā)電機(jī)的并車條件分析

兩列發(fā)電機(jī)的并列運行需要滿足的條件如表1所示。

只有當(dāng)上述條件全部滿足的情況下才能完成正常的并車。

在兩列電動發(fā)電機(jī)組完成啟動達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，進(jìn)入空載運行工況以后，其波形、相序、電壓、頻率均保持一致，相位差保持穩(wěn)定，據(jù)此進(jìn)行棒電源系統(tǒng)并車條件分析，可以得出下表2的分析結(jié)果。

通過上表的分析可以看出，并車需要滿足的5個條件有4個已經(jīng)滿足，唯一不一定滿足的是相位條件。不一定滿足并車條件，其主要參數(shù)關(guān)系如下所示：

（1）U待-U主≤±5%；

（2）f待=f主；

（3）Ф待-Ф主≤±10°的概率為1/18（Ф待-Ф主取值范圍為0～±180°）。

4 并車方案設(shè)計

為了在沒有調(diào)速裝置的情況下滿足并車的全部條件，需要將其中的一臺機(jī)組進(jìn)行加速或減速，使兩臺機(jī)組出現(xiàn)頻差，以在某個時間點兩臺機(jī)組出現(xiàn)同步條件。由于原動機(jī)頻率50Hz是無法提升，因此本方案中考慮將已經(jīng)連接至母線發(fā)電機(jī)進(jìn)行加載減速，加載后該發(fā)電機(jī)組頻率略微降低，但兩臺機(jī)組頻差不超過0.1Hz，在兩臺機(jī)組一快一慢的情況下由自動同期裝置選擇同步點實現(xiàn)兩臺機(jī)組的同步，合理設(shè)置同期裝置的參數(shù)，可以同時滿足電壓、頻率以及相位的并車條件，實現(xiàn)雙機(jī)組的同步。

對于圖2所示的并車接線原理圖，本方案的工作原理為：首先啟動一臺發(fā)電機(jī)，在發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定后閉合一臺發(fā)電機(jī)的輸出斷路器，是一臺發(fā)電機(jī)處于電網(wǎng)的在線狀態(tài)；接著啟動另一臺發(fā)電機(jī)，在發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定后發(fā)出閉合該臺發(fā)電機(jī)輸出斷路器的指令，此時同步檢測器檢測兩臺發(fā)電機(jī)輸出電壓的相位。如果相位一致，同步檢測器向PLC發(fā)出同步信號，PLC閉合未在線的發(fā)電機(jī)輸出斷路器，達(dá)到并車。如果不一致，則通過操作屏上的“空載并機(jī)”按鈕，在電網(wǎng)上接入并機(jī)電阻，并機(jī)電組消耗在線發(fā)電機(jī)功率，對在線發(fā)電機(jī)起制動作用，在一定范圍內(nèi)降低在線發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，為后啟動的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速高于在線發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而使兩臺機(jī)組相位能在一定時間段內(nèi)能達(dá)到一致。

5 并車電阻選擇

并車電阻阻值過小，會導(dǎo)致頻差過小，長時間不能達(dá)到并車條件，阻值過大，頻差太大，同步裝置無法及時捕捉同步點而導(dǎo)致無法同步，因此并車電阻的選擇是實現(xiàn)高效并車的關(guān)鍵。

本方案中的發(fā)電機(jī)，其空載頻率為49.95Hz（驅(qū)動電源為50Hz，由于采用異步電動機(jī)，存在一定的轉(zhuǎn)差率，因此其實際空載頻率約為49.95Hz），額定同步轉(zhuǎn)速為1485rpm，即額定負(fù)載條件下頻率為49.5Hz，因此該發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)σ計算公式如下：

由此可以計算出在49.85Hz時需要的有功功率為：

在49.90Hz時需要的有功功率為：

在項目的實際實施過程中，利用已有控制系統(tǒng)的有限空間，在發(fā)電機(jī)下游出線斷路器屏內(nèi)增加了專用并車電阻，根據(jù)計算結(jié)果，選取的并車電阻阻值為5kW×3=15kW，讓先并入母線的發(fā)電機(jī)連接并車電阻，此時其頻率會略低于未并入母線的發(fā)電機(jī)頻率，由于雙列機(jī)組具有一定的頻差且滿足頻差條件，此時由于頻差的存在，在固定時間內(nèi)就會滿足相位差條件從而滿足全部并車條件，實現(xiàn)雙機(jī)組的并車。

6 結(jié)語

在項目實施之前，空載并車試驗需連續(xù)多次反復(fù)啟停MG機(jī)組，并車試驗時間可能花費大量時間，還不一定能達(dá)到預(yù)期效果，同時連需反復(fù)啟停發(fā)電機(jī)組也存在降低機(jī)組壽命的風(fēng)險。該方案實施后，在正常的空載并車試驗中，當(dāng)機(jī)組并車指令發(fā)出后，在1min之內(nèi)可以并車成功，一次性并車成功率可達(dá)100%，且機(jī)柜內(nèi)的溫升小于2K，不會導(dǎo)致機(jī)柜內(nèi)的溫升過高，達(dá)到了很好的效果。

該并車方案在提高并車成功率的同時避免了了反復(fù)啟停機(jī)組降低機(jī)組壽命的風(fēng)險，大大提高了工作效率。同時此方案可以推廣至沒有調(diào)速裝置的且需要空載并車的發(fā)電機(jī)組的并車控制中。

參考文獻(xiàn)

[1]尹小龍，等.基于電動發(fā)電機(jī)組的核電站棒電源系統(tǒng)設(shè)計[J].電機(jī)控制與應(yīng)用，2015，第7期（第42卷 總第307期）：67-70.