顏鵬 施曉敏 張峰

摘 要： 在核電站當中，應急柴油發(fā)電機組將負責為其提供應急交流電源，以此有效核電站各設(shè)備實現(xiàn)持續(xù)正常運行。而為了能夠確保核應急柴油發(fā)電機組電氣系統(tǒng)具有較高的使用性能與安全性能，同時符合當前我國核電站對于應急柴油發(fā)電機組的實際運行情況。本文將以核電站中的應急柴油發(fā)電機組作為主要研究對象，著重圍繞核應急柴油發(fā)電機組電氣系統(tǒng)國產(chǎn)化設(shè)計進行簡要分析研究。

關(guān)鍵詞： 核電站;應急柴油發(fā)電機組;電氣系統(tǒng);國產(chǎn)化設(shè)計

引言：

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

一、核應急柴油發(fā)電機組的組成分析

通過結(jié)合相關(guān)規(guī)定要求可知，在核電站應急柴油發(fā)電機組電氣系統(tǒng)中，主要包括直流電源與交流配電系統(tǒng)、勵磁調(diào)壓系統(tǒng)、電壓與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)、遠程監(jiān)控系統(tǒng)等等。其中發(fā)電機控制以及勵磁系統(tǒng)等則是電氣系統(tǒng)中極為重要的組成物項[1]。在進行核應急柴油發(fā)電機組及其電氣系統(tǒng)的國產(chǎn)化設(shè)計中，需要在切實遵循國家相關(guān)標準要求，在適用條款與技術(shù)準則的正確指導下，合理開展相應設(shè)計工作并注重電路的安全性與獨立性。

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

（一）發(fā)電機設(shè)計

以某核電站為例，該核電站在設(shè)計應急柴油發(fā)電機時，在嚴格遵循相關(guān)標準要求下選擇使用無刷交流同步發(fā)電機，此種發(fā)電機本身自帶風扇，可以有效幫助發(fā)電機完成風冷式冷卻，同時在發(fā)電機的內(nèi)部還安裝了可以有效防止出現(xiàn)發(fā)電機冷凝現(xiàn)象的電加熱器[2]。在發(fā)電機組內(nèi)部安裝了一套可以實現(xiàn)自潤滑的軸承，鉑電阻溫度傳感器則被設(shè)計安裝在該核電站應急柴油發(fā)電機組的軸承上。為充分發(fā)揮核應急柴油發(fā)電機組的應有效用，整體使用無刷勵磁方式。也就是通過將永磁式發(fā)電機安裝于主發(fā)電機軸上，搭配使用旋轉(zhuǎn)主勵磁機，進而構(gòu)成整個核應急柴油發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)。

（二）監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

由于核電廠對于安全性的要求極高，因此在進行核應急柴油發(fā)電機組電氣系統(tǒng)國產(chǎn)化設(shè)計時，需要將提高系統(tǒng)設(shè)計的安全性擺放在首要位置。為此，本文在實際開展設(shè)計工作時，針對核電站柴油發(fā)電機組中的啟動與停車控制回路，選擇運用具有較高安全性和獨立性的繼電器，用以有效完成此類安全等級控制回路的邏輯搭建。而針對包括警報信號輸出、預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可以實時接收各模擬量信號，在合理運用可視化技術(shù)下，操作人員可以直接通過液晶顯示屏了解核應急柴油發(fā)電機組電氣系統(tǒng)的各項真實情況，包括水溫、液位等等。在此基礎(chǔ)上，操作人員可以根據(jù)實際需要進行記錄機組、空壓機等設(shè)備的啟動與暫停操作。

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

在核應急柴油發(fā)電機組電氣系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計中，考慮到傳統(tǒng)速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在實際運行的過程中，一旦某一路轉(zhuǎn)速信號出現(xiàn)異常情況，則比較容易導致整個系統(tǒng)失去有效控制的問題，本文在對其進行國產(chǎn)化設(shè)計時選擇使用兩路轉(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。而在勵磁調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)計中，除了使用旋轉(zhuǎn)主勵磁機以及永磁式發(fā)電機之外，本文還專門為核應急柴油發(fā)電機組勵磁調(diào)壓系統(tǒng)，設(shè)計安裝兩個雙通道自動電壓調(diào)節(jié)器，在保障其中一個AVR可以實現(xiàn)正常工作的同時，另一個AVR可以有效作為備用。值得注意的是，設(shè)計運用在勵磁調(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)實際需要隨時切換所需電壓調(diào)節(jié)模式。在為電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)置必要保護后，還將配有專門鑰匙的機械連鎖裝置設(shè)計安裝在勵磁回路當中，進而有效提升工作人員在機組維修時的安全性。

（四）電氣保護與中壓系統(tǒng)設(shè)計

在核應急柴油發(fā)電機組電氣系統(tǒng)當中，因安全級以及非安全級對于保護的需求存在較大差異，故而本文將采用差異化設(shè)計的方式，使用搭建繼電器實現(xiàn)對安全級的機械保護，而通過使用PLC程序控制實現(xiàn)對非安全級的機械保護。具體來說，在核應急柴油發(fā)電機組電氣保護當中，針對非安全級保護，設(shè)計采用綜保裝置用以切實完成發(fā)電機過壓保護輸出等工作，選用具有較高獨立性和安全性的電壓繼電器進行安全級欠壓保護回路[3]。當核電站處于應急運行狀態(tài)時，除滑油低壓與欠壓等保護停機將自動運行之外，其他所有保護只負責發(fā)出報警信息。

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

三、鑒定試驗

通過采用本文的設(shè)計方式對核電站應急柴油發(fā)電機組及其電氣系統(tǒng)進行國產(chǎn)化設(shè)計，根據(jù)機組啟動性能的試驗結(jié)果可知，兩套獨立啟動系統(tǒng)在依次對機組進行作用后，機組可以實現(xiàn)連續(xù)五次正常啟動，且到達額定電壓與額定頻率的時間均不超過12s，與國家相關(guān)標準規(guī)定相符合。而在檢驗發(fā)電機組啟動以及帶載的可靠性時，根據(jù)最終的試驗結(jié)果可知，當啟動命令準確傳輸至核應急柴油發(fā)電機組之后，其達到額定電壓以及額定頻率的時間嚴格控制在15s以內(nèi)。在突加50%額定負載后連續(xù)100次對機組進行試驗，所有試驗全部成功。

結(jié)束語：

通過本文的分析研究可知，試驗驗證本文所設(shè)計的核電站應急柴油發(fā)電機組及其電氣系統(tǒng)各項功能運行正常，與國家規(guī)定技術(shù)要求相吻合。設(shè)計人員在實際進行核應急柴油發(fā)電機組電氣系統(tǒng)國產(chǎn)化設(shè)計時，還需要充分結(jié)合具體核電站工況及其對應急柴油發(fā)電機組與電氣系統(tǒng)的相關(guān)要求，在嚴格遵循國家設(shè)計指導規(guī)范下主動運用先進的設(shè)計理念與設(shè)計手段，以便可以更好地完成核應急柴油發(fā)電機組電氣系統(tǒng)國產(chǎn)化設(shè)計工作。

參考文獻

[1]黃超，胡雙進，張力，丁伯才，劉宙鋒.海洋核動力平臺柴油發(fā)電機應用概要[J].船電技術(shù)，2018，38（10）：51-52+55.

[2]楊發(fā)慧，張玉興，劉榮，周莉娜，楊浩.12PC2-6B應急柴油發(fā)電機組國產(chǎn)化研制[J].中國核電，2017，10（04）：505-512.

[3]張言濱，劉云峰，張益林，李彬，陳仕明.新型的核電站應急柴油發(fā)電機組電氣保護方案[J].電工技術(shù)，2017（08）：121-122.