秦山第二核電廠KRG系統(tǒng)供電介紹及故障處理與改進(jìn)

王小波

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

KRG 模擬控制系統(tǒng)可以說(shuō)是核電廠的大腦和神經(jīng)，它對(duì)一回路所有系統(tǒng)及二回路一些重要控制系統(tǒng)起著控制和保護(hù)作用，將來(lái)自工藝過(guò)程系統(tǒng)的保護(hù)、控制儀表的測(cè)量信號(hào)處理后，輸出特定的控制、報(bào)警信號(hào)。

KRG 模擬信號(hào)的處理及信號(hào)的輸出是通過(guò)機(jī)柜中所用的SPEC 200 卡件來(lái)完成的，而卡件工作需要的±15VDC 電源是由機(jī)柜內(nèi)部電源機(jī)箱，將上游電源母線(xiàn)提供的220VAC 轉(zhuǎn)換成±15VDC，并通過(guò)電源分配組件將±15VDC 電源分配給機(jī)柜中每層卡件。若KRG 系統(tǒng)電源供電、轉(zhuǎn)換、分配鏈中的任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都會(huì)導(dǎo)致SPEC 200 卡件失電，給機(jī)組帶來(lái)擾動(dòng)，甚至?xí)?dǎo)致停機(jī)、停堆風(fēng)險(xiǎn)[1]。

1 KRG系統(tǒng)電源組成

KRG 系統(tǒng)電源由保護(hù)組機(jī)柜電源、控制組機(jī)柜電源組成，其電源由上游22VAC 母線(xiàn)提供。

1.1 保護(hù)機(jī)柜電源

保護(hù)機(jī)柜分為ⅠP 組、ⅡP 組、ⅢP 組和Ⅳ組，其中每一組由4 個(gè)機(jī)柜組成。4 個(gè)保護(hù)組相互之間是實(shí)體和電氣隔離的。分別放置在4 個(gè)不同的房間ⅠP（W609/649），ⅡP（W607/647），ⅢP（W603/643），ⅣP（W602/642）。4 個(gè)保護(hù)組分別由LNA,LNB,LNC,LND 對(duì)保護(hù)機(jī)柜中的電源轉(zhuǎn)換機(jī)箱提供220VAC 電源。

1.2 控制機(jī)柜電源

控制機(jī)柜分為1C 組、2C 組、3C 組、4C 組、5C 組，其中1C 組由4 個(gè)機(jī)柜組成，2C 組有5 個(gè)機(jī)柜組成，3C 組有3 個(gè)機(jī)柜組成，4C 組有4 個(gè)機(jī)柜組成，5C 組有4 個(gè)機(jī)柜組成。控制組中的5 個(gè)子組放置在同一房間中（L609/L649）。5 個(gè)控制子組均由LNE 對(duì)控制機(jī)柜中的電源轉(zhuǎn)換機(jī)箱提供220VAC 電源。公用機(jī)柜（9KRG154AR）放置在9L650 房間，由LNF 對(duì)該機(jī)柜中的電源轉(zhuǎn)換機(jī)箱提供220VAC 電源。每個(gè)控制子組都與保護(hù)組在電氣和實(shí)體上是隔離的。

2 KRG機(jī)柜電源分配

2.1 保護(hù)組電源分配

保護(hù)組電源分配如圖1 所示，LNA,LNB,LNC,LND 配電盤(pán)向保護(hù)組提供220VAC 電源。它們也為PAMS 記錄儀提供220VAC 電源（LNA 供給PAMS1、LND 供給PAMS2），在220VAC 電源完全喪失的情況下，1 臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組（LLS 系統(tǒng)）將通過(guò)LNE360CR 提供保護(hù)機(jī)柜和PAMS 記錄儀所需的電源。

2.2 控制組電源分配

控制組電源分配如圖2 所示，控制組電源包括220VAC（LNE）配電盤(pán)及48VDC 配電盤(pán)。220VAC 配電盤(pán)有5 個(gè)引出饋線(xiàn)，分別供給5 個(gè)子組，另有一路220VAC 配電盤(pán)（LNF）向公用機(jī)柜（9KRG154AR）供電。

圖2 控制組機(jī)柜電源分配Fig.2 Control group cabinet power distribution

48VDC 電源分配如圖3 所示，48VDC 配電盤(pán)有一路饋線(xiàn)供電到KRG143AR，再?gòu)钠浞峙涞狡渌嚓P(guān)的機(jī)柜。

2.3 應(yīng)急電源分配

應(yīng)急電源分配如圖4 所示，220VAC 配電箱（LNE360CR）提供應(yīng)急供電電源。當(dāng)失去LNE 電源時(shí)，保護(hù)組的所有組件以及控制組的重要通道組件由應(yīng)急電源裝置供電，該裝置通過(guò)LNE360CR 由LLS 供電。當(dāng)喪失LLS 電源時(shí)，通過(guò)控制組機(jī)柜中的應(yīng)急電源裝置的蓄電池向控制組的重要通道供電30min。

2.4 機(jī)柜內(nèi)電源分配

圖3 48VDC電源分配Fig.3 48VDC Power distribution

機(jī)柜內(nèi)電源分配以保護(hù)機(jī)柜為例，如圖5 所示。每一機(jī)柜最下層是多組件箱電源組件（2ARPS 系列），其交流輸入（220VAC）接在機(jī)柜后面帶保險(xiǎn)絲的端子排上，電源組件的直流輸出（±15VDC）是通過(guò)它的并聯(lián)輸出端（PARALLEL）先接至機(jī)柜的直流母線(xiàn)銅排，然后再接往機(jī)柜各層的電源分配組件（2AX+DP10）。各組件箱直流母線(xiàn)排以（保護(hù)或控制）組為單位，全部并聯(lián)。因此，如果要切除機(jī)柜的直流電源，單單切斷該機(jī)柜的交流電源是不夠的，而要切斷該組所有并接在直流母線(xiàn)排上的電源組件的交流輸入電源。這樣，由該直流母線(xiàn)排供電的這組機(jī)柜的直流電源將全部切除。

單組件箱電源（2AX+PS9B）通常被安放在組件箱的最右側(cè)，為所在組件箱中的組件提供±15VDC 電源，即為一些需單獨(dú)供電的組件提供±15VDC 電源[2]。

3 KRG系統(tǒng)運(yùn)行期間電源故障及應(yīng)對(duì)策略

3.1 KRG機(jī)柜電源分配卡件故障及應(yīng)對(duì)策略

在2 號(hào)機(jī)組運(yùn)行期間，工作人員在檢查處理水位差計(jì)2CRF421LP 水位1 發(fā)現(xiàn)顯示異常故障。由于主控2CRF001EN 中2CRF441/442MP（與2CRF421/422LP 相關(guān)）無(wú)輸出，于是到2KRG152AR 機(jī)柜進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)該柜第6層組件箱失電。該組件箱電源分配卡件面板電源指示燈不亮且同一機(jī)柜其他電源分配卡件工作正常，且主控?zé)o相關(guān)AA,LA 報(bào)警及其他異常。

3.1.1 故障分析及處理

圖4 應(yīng)急電源分配Fig.4 Emergency power distribution

圖5 機(jī)柜內(nèi)電源分配Fig.5 Power distribution in the cabinet

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，得出電源分配卡件故障以及可能存在接線(xiàn)松動(dòng)。對(duì)該卡件及接線(xiàn)進(jìn)行檢查，考慮到檢查過(guò)程中要拔出電源分配卡件，而這一操作有可能導(dǎo)致其他電源分配卡件失電。對(duì)整個(gè)機(jī)柜的掉電情況作了分析，認(rèn)為整個(gè)機(jī)柜的掉電會(huì)在主控產(chǎn)生報(bào)警以及影響監(jiān)視。將快速接線(xiàn)端子取下，拔出電源分配卡件，檢查設(shè)置后，將新的電源分配卡件裝入恢復(fù)。恢復(fù)該機(jī)柜正常供電，電源分配卡件面板指示燈亮，主控記錄儀中該通道顯示正常，由此判定確實(shí)是電源卡件故障。

對(duì)換下來(lái)的電源分配卡件進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)電源分配卡件+15V 至COM 端保險(xiǎn)絲（F1）燒斷，-15V 至COM端保險(xiǎn)絲（F2）變色發(fā)黃。對(duì)拆下來(lái)的電子元器件進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)電容C1 導(dǎo)通，且外殼有破裂跡象。C1 導(dǎo)通，+15V 電源與COM 端短路，產(chǎn)生短路電流，熔斷保險(xiǎn)絲F1，從而使電源分配卡件無(wú)法為組件箱供電。

3.1.2 后續(xù)預(yù)防性工作

針對(duì)保險(xiǎn)絲燒毀導(dǎo)致電源分配卡件的故障，利用大修對(duì)1 號(hào)機(jī)組181 塊電源分配卡件進(jìn)行了外觀檢查。其中保護(hù)柜檢查76 塊，有28 塊卡件保險(xiǎn)絲變色，對(duì)其中變色嚴(yán)重的6 塊卡件用備件庫(kù)中的卡件進(jìn)行了更換。控制柜檢查105 塊，有42 塊卡件保險(xiǎn)絲變色，對(duì)其中變色嚴(yán)重的23塊卡件進(jìn)行了更換。（由于備件庫(kù)中2AX+DP10 數(shù)量不夠，緊急采購(gòu)了同一型號(hào)保險(xiǎn)絲對(duì)換下來(lái)的卡件進(jìn)行更換保險(xiǎn)絲工作。保護(hù)柜考慮到核安全的要求未更換過(guò)保險(xiǎn)絲。）

3.2 1KRG125AR 機(jī)柜電源故障及應(yīng)對(duì)策略

在208 大修期間，在日常巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)1KRG125AR機(jī)柜部UPS 斷電，并且雙路電源分配卡件中的一路喪失電源。

3.2.1 故障分析及處理過(guò)程

首先檢查發(fā)現(xiàn)主電源LNE 端子排5A 的保險(xiǎn)絲燒毀，于是更換新保險(xiǎn)絲，上電后仍然燒毀。于是根據(jù)KRG125AR 機(jī)柜內(nèi)部供電線(xiàn)路圖（見(jiàn)圖6），將下游負(fù)載逐個(gè)脫開(kāi)，進(jìn)行上電，最終將故障定位在UPS 故障導(dǎo)致供電喪失，并且導(dǎo)致LNE 5A 保險(xiǎn)絲燒毀。

根據(jù)機(jī)柜內(nèi)部供電簡(jiǎn)圖可以看出，主電源、副電源通過(guò)ST2 進(jìn)行選擇后的輸出及蓄電池都需要通過(guò)UPS，然后才給電源機(jī)箱提供220VAC 電源。若UPS 故障，KRG 電源機(jī)箱將喪失電源，從而導(dǎo)致由KRG125AR 機(jī)柜提供給雙路電源分配卡件的一路電源喪失。卡件電源由同一控制子組其他KRG 機(jī)柜的±15VDC 直流母排提供。

由于UPS 沒(méi)有備件，并且2#機(jī)組處于大修期間，于是辦理TSD 將2#機(jī)組的UPS 拆下，更換在1#機(jī)組上。通過(guò)緊急采購(gòu)，將新備件安裝在2#機(jī)組上。將UPS 更換上后，對(duì)主電源、副電源及蓄電池進(jìn)行切換，切換開(kāi)關(guān)功能正常，供電正常。

3.2.2 后續(xù)預(yù)防性工作

在KRG 系統(tǒng)中，由于UPS 只用于125AR 機(jī)柜及T1 試驗(yàn)裝置中，并且運(yùn)行至今由于UPS 故障導(dǎo)致供電喪、供電輸出不穩(wěn)定，UPS 續(xù)航能力達(dá)不到主電源喪失后持續(xù)供電30min 的能力。對(duì)T1 試驗(yàn)裝置中的UPS 進(jìn)行了更換，確保了T1 試驗(yàn)裝置在主電喪失后能將試驗(yàn)完成，因此降低了給機(jī)組帶來(lái)的瞬態(tài)。

圖6 KRG125AR機(jī)柜內(nèi)部電源接線(xiàn)簡(jiǎn)圖Fig.6 Schematic diagram of the internal power supply wiring of the KRG125AR cabinet

4 KRG電源預(yù)防性工作及改進(jìn)策略

4.1 KRG電源機(jī)箱預(yù)防性工作

KRG 電源機(jī)箱中使用最多的是電解電容，而電解電容使用壽命為10 年左右。本廠使用的KRG 電源機(jī)箱大多為2000 年出廠，從最近幾年KRG 系統(tǒng)因設(shè)備中的電子元器件故障及老化帶來(lái)的缺陷有上升的趨勢(shì)。為了降低因電源機(jī)箱中電解電容老化失效引起機(jī)柜掉電，而導(dǎo)致保護(hù)與控制通道失效帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，決定在大修期間對(duì)電源機(jī)箱進(jìn)行更換。

4.1.1 更換過(guò)程中遇到的問(wèn)題及處理

核級(jí)15V 電源機(jī)箱，更換后主控觸發(fā)保護(hù)機(jī)柜15V 電源失電報(bào)警。經(jīng)就地檢查測(cè)量該機(jī)箱15V 電源正常輸出，而測(cè)量機(jī)箱9/10 號(hào)端子，測(cè)得報(bào)警繼電器斷開(kāi)，從而主控出現(xiàn)15V 電源失電報(bào)警。近一步檢查發(fā)現(xiàn)該機(jī)箱型號(hào)為N-2ARPS05-B5，而現(xiàn)場(chǎng)使用的型號(hào)為N-2ARPS05-B5-0。通過(guò)與生產(chǎn)廠家聯(lián)系得知：N-2ARPS05-B5 與N-2ARPS05-B5-0 的區(qū)別就在于報(bào)警繼電器在電源機(jī)箱在通電與斷電狀態(tài)下，報(bào)警輸出端子（TB3 9-10）狀態(tài)不一致。經(jīng)過(guò)與上福工作人員商議，更改內(nèi)部接線(xiàn)后報(bào)警功能與現(xiàn)場(chǎng)使用一致，并將機(jī)箱銘牌上的型號(hào)改為N-2ARPS05-B5-0。

圖7 控制子組機(jī)柜電源接線(xiàn)圖Fig.7 Control sub-group cabinet power wiring diagram

表1 2ARPS05-B5型號(hào)對(duì)照表Table 1 2ARPS05-B5 Model comparison table

圖8 控制子組備用電源輻射連接圖Fig.8 Control subgroup backup power radiation connection diagram

4.1.2 更換過(guò)程中的良好實(shí)踐在更換1P 4 個(gè)柜子的時(shí)候，斷電更換前測(cè)量COM 與+15V、-15V 之間電壓分別為14.9V、14.8V，更換完成后測(cè)量COM 與+15V、-15V 之間電壓分別為14.23V、14.24V。4 個(gè)電源機(jī)箱出力均勻，但是與更換前后電壓輸出相差較大，并且不滿(mǎn)足卡件供電14.25V 的要求。按照以前的方法是一個(gè)人來(lái)反復(fù)調(diào)整4 個(gè)電源機(jī)箱的出力情況，由于將一個(gè)機(jī)柜出力調(diào)高后會(huì)引起另外3 個(gè)機(jī)柜的出力下降。為使得輸出電壓保持不變，后來(lái)分析后決定采用4 個(gè)人，每人用一塊萬(wàn)用表測(cè)量監(jiān)測(cè)電壓，然后同時(shí)調(diào)整，經(jīng)過(guò)幾次調(diào)整后，4 個(gè)機(jī)柜的出力均勻，使整個(gè)機(jī)柜的輸出電壓也得到了提升。這不僅節(jié)省了工作時(shí)間，也保證了4 臺(tái)電源機(jī)箱平穩(wěn)出力[3]。

4.2 KRG控制組機(jī)柜供電改進(jìn)策略

4.2.1 目前1、2號(hào)機(jī)組控制柜供電方式

目 前1、2 號(hào) 機(jī) 組 除KRG125AR 外， 采 用 的 是2ARPS15-B 型電源機(jī)箱，主要電源由LNE 提供。上游LNE提供的220VAC 接入每個(gè)控制子組中的2 號(hào)柜，然后采用環(huán)形連接方式（見(jiàn)圖7）。將220VAC 電壓接入其他子組中的機(jī)柜電源端子，這樣的供電方式在LNE 電源喪失后會(huì)使控制機(jī)柜內(nèi)信號(hào)處理卡件失電，從而存在機(jī)組停機(jī)、停堆的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2.2 擴(kuò)建3、4號(hào)機(jī)組控制柜供電方式

秦二廠3、4 號(hào)機(jī)組采用的是雙路供電方式給控制組機(jī)柜供電，將LNE 作為主電源，另外LNQ 為1C、2C 提供220VAC 后備電源，LNR 為3C、4C、5C 提供220VAC 后備電源。備用電源的連接方式采用輻射型連接（見(jiàn)圖8），即220VAC 先進(jìn)入每組柜子的1 號(hào)柜，再由1 號(hào)柜連接到該組其它柜子。其通過(guò)將2ARPS15-B 電源機(jī)箱紅線(xiàn)區(qū)域內(nèi)增加ST1-B 組件，通過(guò)ST1-B 組件實(shí)現(xiàn)主副電源之間的切換（見(jiàn)圖9）。

4.2.3 1、2號(hào)機(jī)組KRG控制柜電源改進(jìn)需要做的工作

1）需要電氣專(zhuān)業(yè)計(jì)算用電負(fù)荷，給出備用電源。

圖9 2ARPS15-B電源機(jī)箱面板圖Fig.9 2ARPS15-B power chassis panel diagram

2）在2ARPS15-B 電源機(jī)柜前增加ST1-B 組件。

3）將機(jī)柜內(nèi)電源分配組件AX+DP10，改為雙路電源分配組件AX+DP10-ACT，并增加相應(yīng)15VDC 母線(xiàn)至雙路電源分配組件的接線(xiàn)。

以上1、2 號(hào)機(jī)組KRG 控制柜電源改進(jìn)需要做的工作具有很強(qiáng)的可行性，KRG 控制機(jī)柜雙路電源互為備用，可以有效地保障KRG 機(jī)柜工作的可靠性，從而保障了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

依靠及時(shí)分析、正確地應(yīng)對(duì)KRG 系統(tǒng)電源部分的故障及缺陷，保證了KRG 系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，使得機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的功能更加完善、穩(wěn)定，可靠性不斷提高。KRG 系統(tǒng)自安裝調(diào)試至今，已穩(wěn)定可靠運(yùn)行20 多年時(shí)間。作為為KRG 系統(tǒng)中卡件提供電源的電源轉(zhuǎn)換組件、電源分配組件及上游的供電電源發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，為電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要保障。秦山第二核電廠KRG 模擬控制系統(tǒng)的電源部分的故障及應(yīng)對(duì)策略具有一定代表性，對(duì)同類(lèi)模擬控制系統(tǒng)的問(wèn)題分析和處理有重要的參考價(jià)值。