李濤

摘要：根據(jù)核電站應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組（EDG）系統(tǒng)要求提出了數(shù)字化EDG電控系統(tǒng)核心控制單元安全級(jí)控制柜和非安全級(jí)控制柜的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件配置、供電設(shè)計(jì)和接地設(shè)計(jì)等內(nèi)容，并介紹了數(shù)字化EDG電控系統(tǒng)相比傳統(tǒng)繼電器控制方案的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：核電站;柴油機(jī);數(shù)字化電控;安全級(jí);冗余設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TL362+.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）22-0201-02

0? 引言

EDG安裝于核電站柴油機(jī)廠房?jī)?nèi)，主要用于核電站應(yīng)急供電系統(tǒng)。作為EDG的中樞大腦，一套可靠、及時(shí)和安全的數(shù)字化電控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)是十分必要的。一種基于某安全級(jí)數(shù)字化平臺(tái)的EDG電控系統(tǒng)順應(yīng)而出，其核心控制單元為安全級(jí)控制柜（1E級(jí)控制柜）和非安全級(jí)控制柜（N1E級(jí)控制柜）。

1? 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

數(shù)字化EDG電控系統(tǒng)核心部分為安全級(jí)數(shù)字化系統(tǒng)和非安全級(jí)數(shù)字化系統(tǒng)，分別布置在兩個(gè)獨(dú)立的機(jī)柜內(nèi)，相互間采用光纖鏈路模塊隔離，實(shí)現(xiàn)了安全級(jí)和非安全級(jí)功能的電信號(hào)和物理隔離。同時(shí)，通過(guò)對(duì)機(jī)組數(shù)模信號(hào)的采集和可視化的顯示界面實(shí)現(xiàn)了模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的在線監(jiān)測(cè)和趨勢(shì)分析。

1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)概述

系統(tǒng)設(shè)置2個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站，如圖1所示。1E級(jí)控制柜1個(gè)，配置1對(duì)冗余控制器，實(shí)現(xiàn)1E級(jí)控制功能;N1E級(jí)控制柜1個(gè)，配置1對(duì)冗余控制器，實(shí)現(xiàn)N1E級(jí)控制、HMI和故障錄波等功能。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要由通信模塊、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等組成。主控模塊和I/O模塊之間采用S-LINK1總線進(jìn)行通信，通信模塊I以及I/O模塊和擴(kuò)展模塊之間通過(guò)S-LINK2總線進(jìn)行通信。系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)關(guān)與上位機(jī)通信，遵從TCP/IP協(xié)議。其中1E級(jí)控制柜的主控與上位機(jī)之間為單向通信，N1E級(jí)控制柜的主控與上位機(jī)之間為雙向通信。為了最大程度保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，系統(tǒng)主控模塊采用冗余設(shè)計(jì);網(wǎng)絡(luò)中擴(kuò)展模塊、通信模塊I冗余配置。

1.3 供電設(shè)計(jì)

數(shù)字化EDG電控系統(tǒng)上游有一個(gè)專門的配電柜給各個(gè)機(jī)柜供電。配電柜提供220VAC和24V DC電源。本原理樣機(jī)的設(shè)計(jì)中，只取配電柜220VAC電源。220VAC經(jīng)過(guò)脈沖抑制器和交流濾波器向機(jī)柜內(nèi)部供電。為保證系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性，1E級(jí)控制柜和N1E級(jí)控制柜同樣配置冗余的220VAC轉(zhuǎn)24VDC電源模塊，24VDC電源轉(zhuǎn)換模塊選用型號(hào)為CP10.242的PULS電源，具備并聯(lián)均流及20ms以上掉電保持的能力。為確保供電安全，每個(gè)PULS電源模塊的進(jìn)線和出線均配置獨(dú)立的空開。

1E級(jí)控制柜和N1E級(jí)控制柜供電設(shè)計(jì)分別如圖2和圖3所示。

1.4 接地設(shè)計(jì)

接地分系統(tǒng)地、保護(hù)地和屏蔽地。系統(tǒng)地提供直流電壓的參考地，主要連接機(jī)箱背板的接地線、供電模塊的負(fù)端;保護(hù)地主要連接機(jī)柜的外殼、強(qiáng)電接地;屏蔽地連接信號(hào)的屏蔽層。屏蔽地和保護(hù)地在柜內(nèi)短接后輸出到柜外電氣接地點(diǎn)，系統(tǒng)地單獨(dú)輸出到柜外電氣接地點(diǎn)。接地銅排的厚度大于6mm，寬度大于25mm;為確保接地引線連接可靠，接地銅排直接攻絲與連接螺絲相連，接地系統(tǒng)的接線設(shè)置銅排連接線片。系統(tǒng)接地分干線截面積不小于16mm2，接地干線截面積不小于25mm2，接地總干線截面積不小于50mm2。系統(tǒng)接地電阻小于0.1Ω。

2? 數(shù)字化EDG電控系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

2.1 電控系統(tǒng)更穩(wěn)定、更可靠

為了最大程度保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，系統(tǒng)采用冗余設(shè)計(jì)原則：①系統(tǒng)主控模塊采用冗余設(shè)計(jì);②網(wǎng)絡(luò)中擴(kuò)展模塊、通信模塊I冗余配置;③系統(tǒng)24VDC工作電源采用冗余設(shè)計(jì)。

采用主控和通信雙冗余的方式，提高系統(tǒng)邏輯控制和通信交互的可靠性。若想通過(guò)傳統(tǒng)繼電器搭建雙冗余系統(tǒng)需增加一倍繼電器，大大提高了成本的同時(shí)也將面臨更多的潛在故障點(diǎn)。而數(shù)字化系統(tǒng)只需增加一個(gè)主控模塊，控制邏輯在軟件內(nèi)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)安全級(jí)和非安全的交互只需兩根光纖，繼電器搭建則需幾百根硬接線，失效風(fēng)險(xiǎn)更大。

使用FPGA搭建控制的系統(tǒng)不僅穩(wěn)定性更高，而且可完全取代繼電器的使用，從源頭上避免了因繼電器失效引起的EDG不可用風(fēng)險(xiǎn)，開發(fā)的數(shù)字化部件的故障率≤0.01%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于繼電器的故障率。

2.2 診斷、維修更方便

數(shù)字化系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自檢，繼電器搭建的電控系統(tǒng)需延故障點(diǎn)查線尋找故障;數(shù)字化系統(tǒng)當(dāng)某個(gè)功能失效時(shí)，可直接替換相應(yīng)模塊即可，有助于縮短維修時(shí)間。

3? 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字化電控系統(tǒng)是核電站EDG電控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)核電站EDG中絕大多數(shù)還采用繼電器搭建的控制方案;少部分引入了繼電器+PLC的控制方案，實(shí)現(xiàn)了半數(shù)字化。隨著智能核電概念的提出，安全、穩(wěn)定、可靠的數(shù)字化電控系統(tǒng)將逐步取代原有的控制方式。

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