核電廠應急柴油發(fā)電機組1E級勵磁系統(tǒng)設(shè)計探究

黃鵬 周園 張峰

摘 要：核電廠應急柴油發(fā)電機組可在核電廠失去廠外電源的情況下，提供充足、可靠的電力。在設(shè)計基準事件出現(xiàn)以后，應急柴油發(fā)電機組也可以在保證核反應堆安全停堆的基礎(chǔ)上，減輕事故后果?，F(xiàn)階段核電站應急交流電源系統(tǒng)為1E級系統(tǒng)。該文對核電廠應急柴油發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)的設(shè)計總體要求與具體設(shè)計措施進行了探究。

關(guān)鍵詞：核電廠 應急柴油發(fā)電機 勵磁系統(tǒng)

中圖分類號：TM623.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）02（b）-0094-02

核電應急柴油發(fā)電機組是核電站獨立運行與安全運行的保障因素。一般情況下，核電應急柴油發(fā)電機組主要由柴油機、發(fā)電機、機械輔助系統(tǒng)、電氣輔助系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)和控制和保護系統(tǒng)等多種系統(tǒng)構(gòu)成。核電廠應急柴油發(fā)電機組可以有效地避免核反應堆反射性物質(zhì)泄漏及環(huán)境污染等重大安全事故的出現(xiàn)。隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展，核電廠柴油發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計問題也得到了人們的關(guān)注。對核電廠應急柴油發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)進行研究，可以為核電廠的正常運轉(zhuǎn)提供保障。

1 核電廠應急柴油發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計的總體要求

1.1 應急柴油發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的性能要求

現(xiàn)階段核電廠每一個核反應堆都應用有2套獨立的應急柴油發(fā)電機組。機組中的關(guān)鍵控制系統(tǒng)和關(guān)鍵儀器儀表都備有2套以上[1]。核電廠應急柴油發(fā)電機組的冗余設(shè)計可以被看作是核反應堆的安全性的保障因素。根據(jù)核反應堆的實際情況，不同核電站柴油發(fā)電機組的技術(shù)要求存在一定差異，但是不同機組的事故工況運行參數(shù)與極限工況運行參數(shù)具有一致性。為保證應急柴油發(fā)電機組的實際應用效果，機組及與之相關(guān)的勵磁系統(tǒng)均要具有良好的起動性能。在接收到應急啟動信號以后，應急柴油發(fā)電機組需要在12s以內(nèi)達到額定轉(zhuǎn)速與額定電壓。在自動啟動以后，應急柴油發(fā)電機組也需要按照既定帶載順序，自動帶上各個負荷組。在自動帶載結(jié)束以后，值班室值班人員可以根據(jù)機組的實際情況，手動接入一些非緊要的負載。在發(fā)電機組加載運行期間，勵磁系統(tǒng)負載短電壓需要達到額定電壓的80%以上，在階躍負載時間間隔的60%以內(nèi)，母線電壓需要恢復到額定電壓的90%。

1.2 應急柴油發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的設(shè)計要求與鑒定要求

現(xiàn)階段核電站應急交流電源系統(tǒng)為1E級系統(tǒng)。此種系統(tǒng)不僅需要滿足常規(guī)電氣穩(wěn)態(tài)參數(shù)與瞬態(tài)性能參數(shù)，也需要滿足單一故障準則與獨立性準則。就勵磁系統(tǒng)的設(shè)計情況而言，勵磁系統(tǒng)設(shè)計過程需要注意以下內(nèi)容：一是不同序列的安全級設(shè)備與電路之間的隔離要求；二是安全級設(shè)備、安全級設(shè)備電路、非安全級設(shè)備及非安全級設(shè)備線路之間的隔離要求。在勵磁系統(tǒng)設(shè)計過程中注重實體分隔與電氣隔離，可以為安全級電氣設(shè)備與電路的獨立性提供保障。勵磁系統(tǒng)的鑒定要求與運行老化鑒定試驗、抗震試驗等鑒定試驗有關(guān)，讓勵磁系統(tǒng)設(shè)備滿足1E級設(shè)備的鑒定要求，可以為該系統(tǒng)在實際應用環(huán)境下的安全功能提供保障。

1.3 三代核電技術(shù)下的新要求

隨著核電技術(shù)的不斷發(fā)展，三代核電技術(shù)下的新要求也開始得到了人們的關(guān)注。根據(jù)三代核電的新要求，全面故障模式開始應用于設(shè)備可利用率預估。設(shè)備可利用率的估算值可以被看作是核電站可用率的計算依據(jù)。電廠設(shè)計的經(jīng)濟性的分析評估，有助于后續(xù)設(shè)備檢查與維護工作的開展。隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化控制設(shè)計系統(tǒng)也開始應用于應急柴油發(fā)電機組勵磁設(shè)計。數(shù)字化控制模塊的應用，有助于豐富勵磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能與保護功能，進而在對系統(tǒng)的可用性進行強化的基礎(chǔ)上，降低人為失誤發(fā)生率。在數(shù)字化技術(shù)應用以后，EMC試驗考核也成為了較為重要的考核方式。根據(jù)核反應堆的實際運行情況，EMC試驗主要包含有抗擾度試驗與發(fā)射試驗等內(nèi)容[2]。

2 核電廠應急柴油發(fā)電機組1E級勵磁系統(tǒng)的設(shè)計措施

2.1 1E級勵磁系統(tǒng)的系統(tǒng)功能分析

1E級勵磁系統(tǒng)的系統(tǒng)功能可以分為1E級系統(tǒng)功能與非1E級系統(tǒng)功能。1E級系統(tǒng)功能可以為核反應堆在失去廠外電的工況下的停堆功能提供保障。電壓調(diào)節(jié)功能與程序帶載功能可以被看作是1E級系統(tǒng)功能的主要組成部分。非1E級功能為與核電廠安全停堆無關(guān)的功能，功率因數(shù)調(diào)節(jié)功能、無功調(diào)節(jié)功能與勵磁保護功能是非1E級功能的主要內(nèi)容。

2.2 1E級勵磁系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)

勵磁系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)是核電廠應急柴油發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)的使用功能與性能要求的重要影響因素。根據(jù)核電廠的應急柴油發(fā)電機組的實際情況，勵磁系統(tǒng)中需要包含有發(fā)電機無刷勵磁系統(tǒng)，繼電器控制系統(tǒng)及對外信號系統(tǒng)等內(nèi)容。

2.3 1E級勵磁系統(tǒng)的整體設(shè)計方案

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)為無刷勵磁，永磁機（PMG）為自動電壓調(diào)節(jié)器提供勵磁電源。自動電壓調(diào)節(jié)器通過采集發(fā)電機電壓互感器、電流互感器的電氣信號，控制輸出至發(fā)電機主勵磁機定子的勵磁電流。

2.4 自動電壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計

自動電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的應用，可以為勵磁系統(tǒng)設(shè)計的實效性提供保障。自動電壓調(diào)節(jié)器在應急工況下可以在勵磁系統(tǒng)中發(fā)揮電壓自動調(diào)節(jié)功能。自動電壓調(diào)節(jié)器所采用的控制方式以發(fā)電機端電壓閉環(huán)控制為主。此種控制方式可以借助PID調(diào)節(jié)，調(diào)整勵磁回路輸出的勵磁電流。閉環(huán)控制方案在勵磁系統(tǒng)設(shè)計中的應用，可以為核電廠應急運行是的電壓精度提供保障，閉環(huán)控制的精度誤差在±0.5%以內(nèi)。根據(jù)核電站安全級設(shè)備電路的設(shè)計要求，在自動電壓調(diào)節(jié)器應用于勵磁系統(tǒng)設(shè)計以后，設(shè)計人員也需要在輔助調(diào)節(jié)器與自動電壓調(diào)節(jié)器之間安裝隔離器件。AVR板在勵磁調(diào)節(jié)中發(fā)揮著較為重要的作用。AVR板所產(chǎn)生的輸出信號可以為極端電壓的穩(wěn)定性提供保障，與之相關(guān)的功率整流功能離不開二極管整流橋、IGBT驅(qū)動板等設(shè)備的共同作用。

3 結(jié)語

冗余系統(tǒng)設(shè)計是勵磁系統(tǒng)設(shè)計中的重要內(nèi)容。雙通道冗余系統(tǒng)的應用，可以為不同通道之間的自動無擾動切換提供保障，也可以讓勵磁系統(tǒng)滿足隔離準則的要求。在勵磁系統(tǒng)設(shè)計方面，電壓調(diào)節(jié)、復合加載、同期并網(wǎng)與無功分配等功能在應急柴油發(fā)電系統(tǒng)中的作用也需要得到設(shè)計者的關(guān)注。勵磁系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計，可以為整個勵磁系統(tǒng)的可靠性提供保障。系統(tǒng)性能參數(shù)的優(yōu)化，也有助于系統(tǒng)可用性的提升。數(shù)字技術(shù)在勵磁系統(tǒng)中的應用，也有助于勵磁系統(tǒng)自身性能的提升。

參考文獻

[1] 李彬，陳仕明，劉云峰.核電廠應急柴油發(fā)電機組某雙穩(wěn)態(tài)繼電器失效分析及改進研究[J].內(nèi)燃機與配件，2018（20）：210-212.

[2] 張憲超.應急柴油發(fā)電機組的運行方式探析[J].科技經(jīng)濟導刊，2017（23）：65.