基于一種安全級數字化平臺的EDG電控系統方案

李濤

摘要：根據核電站應急柴油發電機組（EDG）系統要求提出了數字化EDG電控系統核心控制單元安全級控制柜和非安全級控制柜的設計與實現方案，包括系統設計、硬件配置、供電設計和接地設計等內容，并介紹了數字化EDG電控系統相比傳統繼電器控制方案的優勢。

關鍵詞：核電站;柴油機;數字化電控;安全級;冗余設計

中圖分類號：TL362+.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）22-0201-02

0? 引言

EDG安裝于核電站柴油機廠房內，主要用于核電站應急供電系統。作為EDG的中樞大腦，一套可靠、及時和安全的數字化電控系統方案設計是十分必要的。一種基于某安全級數字化平臺的EDG電控系統順應而出，其核心控制單元為安全級控制柜（1E級控制柜）和非安全級控制柜（N1E級控制柜）。

1? 系統方案的設計與實現

1.1 系統功能結構

數字化EDG電控系統核心部分為安全級數字化系統和非安全級數字化系統，分別布置在兩個獨立的機柜內，相互間采用光纖鏈路模塊隔離，實現了安全級和非安全級功能的電信號和物理隔離。同時，通過對機組數模信號的采集和可視化的顯示界面實現了模擬信號和數字信號的在線監測和趨勢分析。

1.2 系統總體設計概述

系統設置2個現場控制站，如圖1所示。1E級控制柜1個，配置1對冗余控制器，實現1E級控制功能;N1E級控制柜1個，配置1對冗余控制器，實現N1E級控制、HMI和故障錄波等功能。系統網絡主要由通信模塊、網關、網絡交換機等組成。主控模塊和I/O模塊之間采用S-LINK1總線進行通信，通信模塊I以及I/O模塊和擴展模塊之間通過S-LINK2總線進行通信。系統通過網關與上位機通信，遵從TCP/IP協議。其中1E級控制柜的主控與上位機之間為單向通信，N1E級控制柜的主控與上位機之間為雙向通信。為了最大程度保證系統穩定性，系統主控模塊采用冗余設計;網絡中擴展模塊、通信模塊I冗余配置。

1.3 供電設計

數字化EDG電控系統上游有一個專門的配電柜給各個機柜供電。配電柜提供220VAC和24V DC電源。本原理樣機的設計中，只取配電柜220VAC電源。220VAC經過脈沖抑制器和交流濾波器向機柜內部供電。為保證系統供電的穩定性，1E級控制柜和N1E級控制柜同樣配置冗余的220VAC轉24VDC電源模塊，24VDC電源轉換模塊選用型號為CP10.242的PULS電源，具備并聯均流及20ms以上掉電保持的能力。為確保供電安全，每個PULS電源模塊的進線和出線均配置獨立的空開。

1E級控制柜和N1E級控制柜供電設計分別如圖2和圖3所示。

1.4 接地設計

接地分系統地、保護地和屏蔽地。系統地提供直流電壓的參考地，主要連接機箱背板的接地線、供電模塊的負端;保護地主要連接機柜的外殼、強電接地;屏蔽地連接信號的屏蔽層。屏蔽地和保護地在柜內短接后輸出到柜外電氣接地點，系統地單獨輸出到柜外電氣接地點。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，接地系統的接線設置銅排連接線片。系統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。系統接地電阻小于0.1Ω。

2? 數字化EDG電控系統優勢

2.1 電控系統更穩定、更可靠

為了最大程度保證系統穩定性，系統采用冗余設計原則：①系統主控模塊采用冗余設計;②網絡中擴展模塊、通信模塊I冗余配置;③系統24VDC工作電源采用冗余設計。

采用主控和通信雙冗余的方式，提高系統邏輯控制和通信交互的可靠性。若想通過傳統繼電器搭建雙冗余系統需增加一倍繼電器，大大提高了成本的同時也將面臨更多的潛在故障點。而數字化系統只需增加一個主控模塊，控制邏輯在軟件內實現。實現安全級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，失效風險更大。

使用FPGA搭建控制的系統不僅穩定性更高，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不可用風險，開發的數字化部件的故障率≤0.01%，遠遠低于繼電器的故障率。

2.2 診斷、維修更方便

數字化系統可實現系統自檢，繼電器搭建的電控系統需延故障點查線尋找故障;數字化系統當某個功能失效時，可直接替換相應模塊即可，有助于縮短維修時間。

3? 結語

數字化電控系統是核電站EDG電控系統的發展趨勢，國內核電站EDG中絕大多數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，實現了半數字化。隨著智能核電概念的提出，安全、穩定、可靠的數字化電控系統將逐步取代原有的控制方式。

參考文獻：

[1]張言濱，劉云峰，張益林，等.新型的核電站應急柴油發電機組電氣保護方案[J].電工技術，2017，38（8A）：121-122.

[2]姜燕成.核電廠應急柴油發電機軸瓦磨損事故的處理[J].電力安全技術，2020，22（03）：38-40.

[3]滕飛，劉廣山.核電站應急柴油發電機組調速系統設計[J].電工技術，2020（10）：103-104.