陳國忠 韓醒之 李文聽

摘 ?要：應急柴油發(fā)電機組是核電站內(nèi)的應急交流電源，需要由監(jiān)測控制系統(tǒng)實時監(jiān)控機組狀態(tài)參數(shù)，并對機組設備完成自動化控制，本文基于西門子PLC技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)完成了機組監(jiān)測控制系統(tǒng)的開發(fā)，并詳細闡述了系統(tǒng)設計結(jié)構(gòu)和特點，最后將系統(tǒng)應用于應急柴油機組鑒定試驗和出廠試驗中，系統(tǒng)性能測試結(jié)果良好。

關(guān)鍵詞：核電廠;應急柴油發(fā)電機組;監(jiān)測控制系統(tǒng)

中圖分類號：TM623 ???文獻標識碼：A?????文章編號：1671-2064（2019）17-0000-00

1概述

應急柴油發(fā)電機組作為核電站中的應急交流電源，在正常情況下，應時刻保持在熱備用狀態(tài)，為應急啟動做好準備。當核電廠外部交流電源全部失去時，需要機組能夠獨立、自動、快速啟動并在規(guī)定時間內(nèi)按預設程序帶載，以確保反應堆安全停堆，避免核事故^?[1][2]。

監(jiān)測控制系統(tǒng)作為應急柴油機組的重要組成部分，負責監(jiān)測應急柴油機組的性能參數(shù)和工作狀態(tài)，以保證機組處于熱備用狀態(tài)并滿足隨時進行應急啟動的要求。系統(tǒng)還負責通過預設的邏輯或控制命令完成機組的自動化控制，以保證機組能夠按要求快速、自動啟動^?[3][4]。

傳統(tǒng)的應急柴油發(fā)電機組監(jiān)測控制系統(tǒng)大多由繼電器和常規(guī)儀表組成，功能單一，接線復雜，故障率高，可靠性及可追溯性差。現(xiàn)在投入使用的應急柴油發(fā)電機組大多為多參數(shù)復雜系統(tǒng)，需通過機組監(jiān)測控制系統(tǒng)將機組各主要參數(shù)進行有機結(jié)合并形成友好、便捷的顯示、操作界面。針對此情況和要求，本系統(tǒng)基于西門子PLC技術(shù)與虛擬儀器技術(shù)相結(jié)合的方式完成核電站應急柴油機組監(jiān)測控制系統(tǒng)的開發(fā)，并將其應用于“華龍一號”海外項目核電站應急柴油發(fā)電機組中。

2系統(tǒng)設計

2.1 設計原則

2.1.1安全分級和質(zhì)量鑒定

應急柴油發(fā)電機組監(jiān)測控制系統(tǒng)由1E和NC級設備組成。凡是與柴油機組應急啟動和應急運行相關(guān)的設備，其分級為1E級，其他設備則為NC級。1E級設備抗震類別為1類，質(zhì)保等級為QA1并滿足K3類鑒定要求。

2.1.2功能分配

與機組應急啟動和應急運行相關(guān)的控制保護功能，采用1E級設備實現(xiàn)。與機組應急啟動和應急運行不相關(guān)的控制保護、信息顯示和報警等功能采用NC級設備實現(xiàn)。

2.1.3電氣隔離

當1E級設備與NC級設備之間存在信號交換時，按照GB/T 13286的相關(guān)要求，對1E級和NC級設備之間信號進行隔離。本系統(tǒng)采用繼電器、斷路器、電流互感器、光-電耦合器等作為電氣隔離裝置，所有隔離裝置布置在1E級機柜中。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

應急柴油發(fā)電機組監(jiān)測控制系統(tǒng)通過檢測系統(tǒng)的重要運行參數(shù)（例如轉(zhuǎn)速、壓力和溫度等），為機組各類設備提供控制、保護及信息監(jiān)測手段，以保證柴油發(fā)電機組安全、可靠和經(jīng)濟地運行，分為3個層次，詳見圖1。

工藝系統(tǒng)接口層：包括各類傳感器、電磁閥、電動機等，主要功能為采集工藝參數(shù)及根據(jù)自動化系統(tǒng)來的控制指令，控制工藝過程

自動控制和保護層：主要包括機組監(jiān)測站、控制站等，用于完成數(shù)據(jù)處理、邏輯控制及通信等功能。

操作和信息管理層：主要完成信息顯示和故障報警并為操縱員手動控制提供手段，主要由觸摸屏、必要的硬件操作開關(guān)等組成。

2.3系統(tǒng)組成及特點

應急柴油發(fā)電機組監(jiān)測控制系統(tǒng)主要由機組控制柜、機組監(jiān)測柜、啟停閥箱、轉(zhuǎn)速控制箱、端子箱、儀表架及現(xiàn)場儀表等組成。

機組控制柜主要處理與機組應急啟動和應急運行相關(guān)的控制保護功能，通過鑒定過的繼電器邏輯實現(xiàn)，即使在非1E設備失效的情況下，仍可獨立地對機組進行啟?？刂?。該控制柜為1E級，主要功能有機組應急啟/?？刂啤⑺俣瓤刂?、燃油輸送泵控制、冷卻風機控制等。

機組監(jiān)測柜主要處理與機組應急啟動和應急運行無關(guān)的控制保護、信息顯示和報警等功能，采用西門子S7-300通用控制器作為主控制器，選用ET200M完成I/O模塊的拓展，并通過以太網(wǎng)、光纖、DP電纜分別與上位機、機組控制柜、發(fā)電機保護裝置進行通訊。該控制柜為NC級，主要功能有機組試驗啟/?？刂啤⒀a水泵控制、發(fā)電機空間加熱器控制、機組狀態(tài)參數(shù)顯示和報警等。

每套機組設置一套獨立的診斷裝置，采用高速采集模塊對模擬量和開關(guān)量信號進行采集，開關(guān)量分辨率不低于1.0ms，模擬量采樣頻率達到1kHz。裝置對轉(zhuǎn)速、電流、電壓等參數(shù)進行高速采樣，在收到啟動信號后自動生成啟動時電壓、轉(zhuǎn)速、啟動時間的曲線，在加載、甩負荷試驗期間，生成機組運行狀態(tài)信息的變化曲線。對機組出現(xiàn)的保護停機等現(xiàn)象，自動分析機組跳閘原因及故障出現(xiàn)的次序。

機組速度控制系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速傳感器、調(diào)速器、執(zhí)行器等主要部件及調(diào)節(jié)連桿、連接電纜等附件組成，調(diào)速器選用WOODWARD公司2301A產(chǎn)品，執(zhí)行器選用WOODWARD公司PGG-EG-58產(chǎn)品，執(zhí)行器具有球頭備份功能，確保在調(diào)速器故障情況下，機組仍能可靠運行。

每臺機組有兩套互相獨立的啟動回路，每個回路均能單獨完成在15秒內(nèi)連續(xù)啟動5次柴油機。當機組發(fā)出試驗啟動命令時，可選擇A列、B列單獨啟動或A列、B列同時啟動，當機組發(fā)出應急啟動命令時候，機組直接雙列啟動。

機組應急運行時僅投入超速和失電壓保護，通過三取二邏輯實現(xiàn)，其他保護（例如滑油壓力低、高溫水溫度高、排氣溫度高等）都被閉鎖，僅發(fā)出報警，只有在試驗運行下這些保護才被投入。