陳 杰，張立群

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

0 引言

應(yīng)急柴油機(jī)作為電廠應(yīng)急電源，在內(nèi)外電源失去時(shí)啟動(dòng)，為電廠重要設(shè)備和系統(tǒng)提供應(yīng)急電源，從而確保反應(yīng)堆的緊急安全停堆，以及防止重要設(shè)備因廠用電系統(tǒng)的失電而造成的損失。設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺(tái)作為驗(yàn)證工具是通過仿真的方式實(shí)施設(shè)計(jì)方案，基于全范圍、高精度、實(shí)時(shí)的核電站工藝系統(tǒng)模型及仿真數(shù)字化儀控系統(tǒng)，在核電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成、調(diào)試等階段對(duì)設(shè)計(jì)驗(yàn)證、功能測(cè)試、邏輯預(yù)演、數(shù)值仿真測(cè)試發(fā)揮著重要作用[1]。

在停電事故時(shí)，應(yīng)急柴油機(jī)的供電容量將決定能否正常供電，重要設(shè)備是否能正常加載。為了更準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)應(yīng)急柴油機(jī)負(fù)荷容量，本文基于華龍一號(hào)設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺(tái)[2]模擬了不同工況下的電氣系統(tǒng)負(fù)荷，對(duì)應(yīng)急柴油機(jī)供電容量進(jìn)行仿真驗(yàn)證并得到了相應(yīng)的曲線，對(duì)實(shí)際的應(yīng)急柴油機(jī)容量提供了參考意義。

1 驗(yàn)證方案

為了準(zhǔn)確得到應(yīng)急柴油機(jī)加載過程中的各設(shè)備的實(shí)際負(fù)荷，需要準(zhǔn)確計(jì)算出各泵及電機(jī)的功率。

1.1 泵功率計(jì)算

1）依據(jù)泵的性能曲線中的流量——揚(yáng)程曲線，標(biāo)定仿真模型中泵的流量揚(yáng)程曲線，并參考系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)調(diào)試泵所在管路的流量特性，使泵所在管路流量滿足設(shè)計(jì)要求。

2）在驗(yàn)證平臺(tái)導(dǎo)入泵性能曲線中的流量——泵額定輸入功率曲線，讀取仿真模型中泵的流量，即可得到泵的輸入功率。

1.2 電機(jī)功率計(jì)算

1）依據(jù)電機(jī)的負(fù)載，即泵的輸入功率，通過平臺(tái)中導(dǎo)入的電機(jī)特性曲線中的P1——P2/PN曲線，即可得到電機(jī)的輸入功率。若缺少P1——P2/PN曲線，可將效率——負(fù)載倍數(shù)曲線導(dǎo)入驗(yàn)證平臺(tái)，由電機(jī)負(fù)載得到電機(jī)的效率，然后利用負(fù)載除以電機(jī)效率，即可得到電機(jī)的輸入功率。

2）利用導(dǎo)入驗(yàn)證平臺(tái)的功率因素——負(fù)載倍數(shù)曲線，由電機(jī)的負(fù)載得到電機(jī)的功率因數(shù)，利用電機(jī)的輸入功率除以功率因數(shù)，即可得到電機(jī)的視在功率。

3）電機(jī)啟動(dòng)電流計(jì)算：通過導(dǎo)入啟動(dòng)電流倍數(shù)——轉(zhuǎn)速曲線或者啟動(dòng)電流倍數(shù)——轉(zhuǎn)差率曲線，讀取仿真模型中電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即可得到電機(jī)的啟動(dòng)電流。

依據(jù)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組加載程序中列出的工況，通過在設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺(tái)插入故障的方式進(jìn)入該工況。在驗(yàn)證平臺(tái)仿真運(yùn)行[3]中，可以獲取每個(gè)時(shí)間序列各電機(jī)的功率、電流等參數(shù)。通過仿真獲得的參數(shù)，可驗(yàn)證應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的供電容量是否合適。

2 仿真測(cè)試驗(yàn)證

為了驗(yàn)證自動(dòng)加載過程中應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的容量，在設(shè)計(jì)驗(yàn)證平臺(tái)上進(jìn)行應(yīng)急柴油機(jī)組加載程序及加載負(fù)荷容量的測(cè)試。首先，需在驗(yàn)證平臺(tái)上，對(duì)應(yīng)急柴油機(jī)帶載邏輯進(jìn)行驗(yàn)證；其次，對(duì)負(fù)荷容量進(jìn)行驗(yàn)證，選取典型工況（失電+安注下應(yīng)急負(fù)荷的加載）。

2.1 應(yīng)急柴油機(jī)帶載邏輯驗(yàn)證

在仿真驗(yàn)證平臺(tái)上裝載100%功率工況運(yùn)行，通過插入失電故障，驗(yàn)證應(yīng)急柴油機(jī)帶載邏輯，其仿真過程和結(jié)果見表1。

通過表1可以得知，在失電工況時(shí)，在驗(yàn)證平臺(tái)上對(duì)應(yīng)急柴油機(jī)帶載邏輯進(jìn)行驗(yàn)證的結(jié)果是正確的。

2.2 失電+安注下應(yīng)急負(fù)荷的加載

在驗(yàn)證平臺(tái)上運(yùn)行100%功率工況，插入一回路二環(huán)路熱段150 mm破口故障，安注啟動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定流量后，存儲(chǔ)安注工況；在驗(yàn)證平臺(tái)上運(yùn)行此安注工況，60 s后插入失去主外電和輔變失電故障，應(yīng)急柴油機(jī)帶載后，記錄各電機(jī)的輸入功率、視在功率，其仿真結(jié)果見表2。

其電機(jī)的功率、電流曲線和EMA總視在功率曲線的仿真曲線圖，如圖1、圖2所示（選取0 s加載RSI001PO及EMA總視在功率）。

表1 邏輯驗(yàn)證Table 1 Logic verification

表2 EMA序列Table 2 EMA Sequence

圖1 0s 加載RSI001PO Fig.1 0s Loading RSI001PO

圖2 EMA中壓電動(dòng)機(jī)視在功率之和Fig.2 Sum of apparent power of EMA medium voltage motor

由圖1和圖2可得知，在安注故障疊加失電故障后，應(yīng)急柴油機(jī)按照加載程序自動(dòng)加載，A列負(fù)荷容量在1 min 52 s時(shí)達(dá)到峰值，為3589 kVA，在2 min 50 s時(shí)達(dá)到穩(wěn)定，為3546.2 kVA。

3 結(jié)束語

本仿真驗(yàn)證基于全范圍、高精度、實(shí)時(shí)的核電站設(shè)計(jì)仿真驗(yàn)證平臺(tái)，采用成熟的建模軟件對(duì)應(yīng)急柴油機(jī)的電氣負(fù)荷進(jìn)行仿真建模。為了更準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)應(yīng)急柴油機(jī)的容量，通過在驗(yàn)證平臺(tái)上先后驗(yàn)證應(yīng)急柴油機(jī)的帶載邏輯，并選取兩種事故工況對(duì)容量進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明：

1）驗(yàn)證平臺(tái)上應(yīng)急柴油機(jī)的加載邏輯與設(shè)計(jì)對(duì)比是準(zhǔn)確無誤的，表明這種驗(yàn)證方式是合適且可行的。

2）驗(yàn)證平臺(tái)上不同事故工況下的應(yīng)急柴油機(jī)容量帶載不同，供電容量并不是負(fù)載的累加，對(duì)應(yīng)急柴油機(jī)的容量設(shè)計(jì)提供了一定的參考意義。