核電廠6.6kV應(yīng)急電源系統(tǒng)控制邏輯分析及優(yōu)化

陸彥飛

（福建福清核電有限公司 福建福清 350318）

核電廠6.6kV應(yīng)急電源系統(tǒng)控制邏輯分析及優(yōu)化

陸彥飛

（福建福清核電有限公司 福建福清 350318）

LHA/LHB交流應(yīng)急電源系統(tǒng)是重要的安全系統(tǒng)，在核電站出現(xiàn)失去場(chǎng)外電源及反應(yīng)堆冷卻劑事件的情況下，由LHA/LHB為安全廠用設(shè)備供電。本文通過DCS中的邏輯組態(tài)，進(jìn)行分析，明確LHA/LHB由上游母線及應(yīng)急柴油機(jī)供電時(shí)電源切換、帶卸載的邏輯功能，并根據(jù)調(diào)試過程的經(jīng)驗(yàn)，通過邏輯優(yōu)化，降低人因失誤，提高系統(tǒng)的可靠性以及穩(wěn)定運(yùn)行的安全性。

核電廠；應(yīng)急電源；邏輯優(yōu)化；DCS

1 引言

LHA/LHB為6.6kV交流應(yīng)急電源母線，在核電廠正常運(yùn)行時(shí)為重要的專設(shè)安全廠用設(shè)備供電，如SEC、RRI等重要負(fù)荷。在核電站的運(yùn)行中承擔(dān)重要的安全角色。在正常工況下，LHA由廠用母線LGB供電，若在事故工況并失去廠外電源時(shí)，切換由應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)供電。尤其在福島核事故之后，保障應(yīng)急電源在事故狀態(tài)的可用性尤為重要，因此分析掌握LHA/LHB母線電源控制邏輯、電源切換邏輯、以及由柴油帶載時(shí)的帶卸載邏輯也至關(guān)重要。

2 應(yīng)急電源系統(tǒng)系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介

如圖1應(yīng)急電源系統(tǒng)配電結(jié)構(gòu)圖所示。核電廠在機(jī)組故障及失去廠外電源的情況下（如圖2應(yīng)急柴油機(jī)啟動(dòng)邏輯）通過電源切換回路能使LHA/LHB的供電電源從正常廠用配電盤切換到應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組上，切換同時(shí)，對(duì)廠用負(fù)荷進(jìn)行掃負(fù)荷和重新帶負(fù)荷。LHA向A列安全廠用設(shè)備供電，LHB向B列安全廠用設(shè)備供電。由于LHA、LHB供電結(jié)構(gòu)及負(fù)荷基本相同，下文所述僅以A列為例。

圖1 應(yīng)急電源系統(tǒng)配電結(jié)構(gòu)圖

圖2 應(yīng)急柴油機(jī)啟動(dòng)邏輯

如圖1，在正常運(yùn)行時(shí)（正常電源斷路器001JA閉合），即LHA由LGB供電（LGB由廠發(fā)電機(jī)經(jīng)廠變及外電網(wǎng)經(jīng)輔助變供電），在應(yīng)急工況（應(yīng)急電源斷路器002JA或后備電源斷路器003JA供電），即LHA切換由LHP應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)供電，或者由另一個(gè)后備應(yīng)急電源0LHS經(jīng)LHT系統(tǒng)供電。為了后備電源供電的安全性以及LHA母線供電電源的唯一性，LHP與LHS共用一臺(tái)斷路器（即若要投入使用LHS，需將002JA搖出后推入003JA盤柜中）。

3 LHA邏輯在DCS1E級(jí)與NC間的通訊與控制

LHA的內(nèi)部邏輯組態(tài)可以分為兩部分：①NC邏輯；②1E邏輯。其中開關(guān)切換及其它部分1E和NC同時(shí)存在，KIC以及BUP的操作命令會(huì)互送1E和NC，最終通過邏輯表決和優(yōu)選送出，進(jìn)行動(dòng)作執(zhí)行。報(bào)警邏輯以及帶卸載邏輯在1E程序中運(yùn)行，報(bào)警信號(hào)以及帶卸載工步通過網(wǎng)絡(luò)FDSI傳輸至KCP機(jī)柜，最終在KIC上進(jìn)行顯示。其控制及信號(hào)流程見圖3。

圖3 1E及NC間的通訊與控制

4 重要邏輯分析

4.1 柴油發(fā)電機(jī)電源斷路器控制邏輯分析

圖4 手動(dòng)開關(guān)選擇邏輯

手動(dòng)001JA與002JA開關(guān)選擇邏輯，如圖4開關(guān)選擇邏輯所示。選擇操作被設(shè)計(jì)成相互冗余的兩部分，分NC部分和1E部分。其中若選擇在KIC上使用001KG_002JA閉合002JA時(shí)，信號(hào)分兩路進(jìn)行傳輸：一路直接在KCP側(cè)AO輸出，并經(jīng)過隔離器通過硬接線接入1E機(jī)柜中進(jìn)行邏輯處理；另一路進(jìn)入KCP卡件后在NC側(cè)執(zhí)行邏輯處理，最終KCP機(jī)柜及1E機(jī)柜邏輯處理后的信號(hào)，同時(shí)接入PLM機(jī)柜進(jìn)行邏輯優(yōu)選表決，而后輸出合閘命令。

在DCS機(jī)柜的傳輸中，NC至1E側(cè)，以及1E送NC信號(hào)，均采用硬接線進(jìn)行中間傳輸，這樣保證了信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)效性，使NC能快速的接收到1E送達(dá)的信號(hào)。

4.2 卸載指令和程序在進(jìn)行中雙穩(wěn)記憶

當(dāng)LHA應(yīng)急或手動(dòng)需要LHP應(yīng)急柴油機(jī)供電時(shí)（母線低電壓、手動(dòng)選擇002JA供電都會(huì)導(dǎo)致LHP應(yīng)急啟動(dòng)，當(dāng)柴油機(jī)應(yīng)急啟動(dòng)后，建頻建壓即電壓頻率達(dá)到額定值時(shí)，會(huì)產(chǎn)生001JA跳閘信號(hào)），當(dāng)應(yīng)急柴油機(jī)啟動(dòng)電壓頻率達(dá)到額定值后，001JA跳閘，跳閘至控制程序收到開反饋后，即圖5中的001JA Open pos.，將觸發(fā)卸載指令Load Shedding Order。

圖5 卸載指令集程序進(jìn)行雙穩(wěn)記憶

由圖5可以看出卸載程序進(jìn)程指令（帶載指令）Program in process，至少存在0.9s，在0.9s內(nèi)進(jìn)行帶載邏輯。當(dāng)LHA切由應(yīng)急柴油機(jī)供電，執(zhí)行0s工步帶載邏輯，即0s工步所帶負(fù)荷在LHA母線失電后，不跳閘，柴油機(jī)啟動(dòng)后直接向其供電，如圖6中的SEC001PO、SEC003PO、RCV004PO等。

4.3 帶卸載邏輯

如圖6所示，在產(chǎn)生卸載指令后，卸載指令被延時(shí)5s（即產(chǎn)生跳閘信號(hào)），跳閘信號(hào)保持5s。在電氣盤柜內(nèi)，由于關(guān)命令一直存在5s，即5工步所卸載負(fù)荷，將被停止5s，若所卸負(fù)荷在接受卸載指令前，由于自動(dòng)控制在合閘位，若合閘命令之前被保持，在5s后將恢復(fù)到自動(dòng)控制中。

圖6 5s卸載/帶載指令

5 電源開關(guān)切換邏輯分析與總結(jié)

5.1 自動(dòng)切換

在應(yīng)急母線上探測(cè)到的低電壓（持續(xù)時(shí)間0.9s）是起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)的條件之一。一旦柴油發(fā)電機(jī)處于準(zhǔn)備好狀態(tài)（即電壓和頻率在限值范圍內(nèi)），而且低電壓持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)于7.9s，則正常電源斷路器001JA跳閘，切除選定的專設(shè)安全廠用設(shè)備，經(jīng)過001JA與002JA之間聯(lián)鎖的延時(shí)后，應(yīng)急電源斷路器閉合，被切除的廠用電設(shè)備又重新起動(dòng)。

5.2 手動(dòng)切換

從正常電源向應(yīng)急電源的切換可以從控制室KIC或BUP手動(dòng)進(jìn)行從柴油發(fā)電機(jī)向正常電源的切換自動(dòng)切換在應(yīng)急母線上探測(cè)到的低電壓（持續(xù)5s），跳開應(yīng)急電源斷路器002JA，并且使正常電源斷路器001JA在經(jīng)過001JA與002JA之間聯(lián)鎖的延時(shí)后閉合。

5.3 開關(guān)切換邏輯總結(jié)

（1）柴油機(jī)起動(dòng)不成功或沒有處于準(zhǔn)備好狀態(tài)，低電壓持續(xù)時(shí)間小于7.9s。正常電源斷路器001JA仍在閉合狀態(tài)。正常電源一旦恢復(fù)，起動(dòng)柴油機(jī)和閉合斷路器002JA的程序就立即中止。

（2）柴油機(jī)起動(dòng)不成功或沒有處于準(zhǔn)備好狀態(tài)，低電壓持續(xù)時(shí)間7.9s但小于20s。正常電源斷路器001JA仍在閉合狀態(tài)。正常電源一旦恢復(fù)，則：必須按下柴油機(jī)停機(jī)操作按鈕，以使該起動(dòng)程序完全廢止。

（3）應(yīng)急廠用配電裝置由正常電源供電時(shí)（斷路器001JA在閉合狀態(tài)）出現(xiàn)過電流，則：正常電源斷路器001JA跳閘；發(fā)出起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)的信號(hào)（失壓起動(dòng)）；不發(fā)出切換信號(hào)。就地消除故障后，從控制室手動(dòng)重新關(guān)合001JA或002JA電源斷路器母線重新帶電。

（4）應(yīng)急廠用配電裝置由柴油發(fā)電機(jī)供電時(shí)（斷路器002JA閉合）出現(xiàn)過電流，則：應(yīng)急電源斷路器002JA跳閘；不發(fā)出切換信號(hào)。就地消除故障后，從控制室手動(dòng)重新關(guān)合001JA或002JA電源斷路器，使母線重新帶電。

6 調(diào)試過程中的經(jīng)驗(yàn)反饋與邏輯優(yōu)化

6.1 非同期并網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)及誤啟動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)

圖7 002JA合閘命令

如圖7邏輯所示，在產(chǎn)生002JA合閘記憶信號(hào)后（即002JAClos.Pos.Memory為1），此時(shí)應(yīng)急柴油機(jī)啟動(dòng)，建頻建壓后將產(chǎn)生合閘允許（即002JA Clos authority為1），并使001JA跳閘成功（即001JA Open Pos.為1），若由于電氣盤柜或航空插頭損壞的情況將造成開關(guān)同時(shí)送出開反饋和關(guān)反饋，會(huì)造成應(yīng)急柴油機(jī)非同期并網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)。改進(jìn)措施：將002JA的合閘狀態(tài)反饋取非后再與以上信號(hào)相與，將是更安全的措施。

6.2 繼電器邏輯與軟件掃描周期

如圖8，當(dāng)LGB母線失壓0.9后將啟動(dòng)應(yīng)急柴油機(jī)，但當(dāng)LHA母線失壓時(shí)，即下圖中在GEW開關(guān)站正常，一旦Voltage presence為0時(shí)將產(chǎn)生應(yīng)急啟動(dòng)柴油機(jī)信號(hào)，在柴油機(jī)就地控柜內(nèi)接受該啟動(dòng)信號(hào)并啟動(dòng)柴油機(jī)的為繼電器搭建的組合邏輯，并且該啟動(dòng)信號(hào)由柴油機(jī)就地控制柜的PLC軟件采集送至就地Panel記錄和顯示，若啟動(dòng)信號(hào)為脈寬很窄的脈沖信號(hào)，將有可能發(fā)生：該脈沖信號(hào)可以激勵(lì)繼電器動(dòng)作啟動(dòng)柴油機(jī)，而無法被PLC所拾取的情況。改進(jìn)措施：在LHA邏輯或就地控制柜內(nèi)邏輯增加將短脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)殚L(zhǎng)脈沖邏輯或卡件。

圖8 應(yīng)急柴油機(jī)啟動(dòng)信號(hào)

7 結(jié)論

通過本文的介紹與分析，充分了解LHA/LHB系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、控制邏輯、設(shè)計(jì)原理與思想，了解了電源開關(guān)的切換過程及帶卸載過程。并就將調(diào)試、試驗(yàn)以及運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)，通過部分邏輯的優(yōu)化，對(duì)一些外界擾動(dòng)及人員誤操作形成邏輯閉鎖，降低人因及機(jī)械故障引起的失誤，調(diào)高系統(tǒng)的可靠性。

[1]《6.6kV交流應(yīng)急電源系統(tǒng)手冊(cè)》.中國(guó)核電工程有限公司，2009，3，C版.

[2]Description of Diesel I&C EDG.KRIKO Engineering GmbH.2011，3.

[3]李德佳.核電站應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)分析和調(diào)試，電力設(shè)備，2003，6（24）：161～164.

TM621

A

1004-7344（2016）17-0074-03

2016-6-1

陸彥飛（1986-），男，漢族，陜西勉縣人，大學(xué)本科，從事核電廠儀控調(diào)試維修工作。