基于3KEYMASTER軟件的核電站6.6kV系統(tǒng)仿真研究

羅朋+劉鴻+吳先榮+吳帆

摘 要： 核電站的全范圍模擬機(jī)中電氣系統(tǒng)數(shù)量龐大，系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口之間的傳輸要保證實(shí)時(shí)準(zhǔn)確。為了實(shí)現(xiàn)核電站中的6.6kV系統(tǒng)的準(zhǔn)確仿真模擬，以陽江核電站為研究對(duì)象，通過在3KEYMASTER仿真平臺(tái)上搭建與實(shí)際機(jī)組相一致的6.6kV系統(tǒng)，并添加了故障仿真模型。研究表明，在3KEYMASTER仿真平臺(tái)上搭建的6.6kV仿真系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞： 核電站； 3KEYMASTER； 6.6kV； 全范圍模擬機(jī)

中圖分類號(hào)：TM743 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2016）04-06-03

Research on the simulation of 6.6kV system in nuclear power plant

based on 3KEYMASTER software

Luo Peng， Liu Hong， Wu Xianrong， Wu Fan

（China Nuclear Power Simulation Technology Co.，Ltd， Shenzhen， Guangdong 518031， China）

Abstract： There are a large number of electrical systems in the Full Scope Simulator， the transmission of system data between interfaces should be ensured real-time and accurate. In order to achieve accurate simulation of the 6.6kV system， YangJiang nuclear power plant is taken as the research object. On 3KEYMASTER simulation platform， the 6.6kV system is built consistent with the actual machine set， and the fault simulation is taken into account. The research shows that 6.6kV simulation system on 3KEYMASTER simulation platform can meet the requirements of the design.

Key words： nuclear power plant（NPP）； 3KEYMASTER； 6.6kV； full scope simulator（FSS）

0 引言

根據(jù)我國核電中長期發(fā)展規(guī)劃，到2020年核電運(yùn)行裝機(jī)容量將達(dá)到4000萬kW[1]。為了確保機(jī)組安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，核電廠全范圍模擬機(jī)在操作人員持照資格考試、事故處理、運(yùn)行規(guī)程驗(yàn)證、應(yīng)急處理能力培訓(xùn)等方面發(fā)揮了重要作用。該模擬機(jī)采用在壓水堆核電站具有一定代表性的美國Western Service Corporation公司的3KEYMASTER仿真平臺(tái)軟件[2]，其具有開放性結(jié)構(gòu)、完全以對(duì)象為導(dǎo)向、具備在線修改模型能力等優(yōu)點(diǎn)。核電站的6.6kV系統(tǒng)是廠用電里的重要系統(tǒng)，其保證核電站在正常或事故工況下，向電廠的附屬設(shè)備提供安全可靠的電源[3]。

為了在該仿真平臺(tái)上搭建準(zhǔn)確的核電站6.6kV仿真模型，本文給出了其搭建方法，并對(duì)系統(tǒng)中設(shè)置故障的參數(shù)模型進(jìn)行了分析研究。

1 模擬機(jī)開發(fā)過程中對(duì)電氣系統(tǒng)的要求

核電站電氣系統(tǒng)數(shù)量比較多，一般可分為發(fā)變組系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、高壓接線系統(tǒng)、廠用電系統(tǒng)及直流系統(tǒng)等幾大類[4]。涉及到的模型有發(fā)電機(jī)模型、勵(lì)磁系統(tǒng)模型、原動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型、變壓器模型、靜態(tài)負(fù)荷模型和電動(dòng)機(jī)模型，模型之間相同對(duì)象可以通過設(shè)置相同的名字等方法連接，各個(gè)模型中的對(duì)象通過不同類型的連接線連接。模擬機(jī)對(duì)電氣系統(tǒng)的要求主要有三條：①對(duì)當(dāng)前模塊修改時(shí)不必對(duì)其他未改動(dòng)的模塊進(jìn)行重建；②電氣模型應(yīng)通過求解數(shù)學(xué)方程模擬真實(shí)的功能；③設(shè)備的動(dòng)態(tài)特性也應(yīng)有仿真模擬。為了達(dá)到更高的模擬精度，還需對(duì)系統(tǒng)的重要性設(shè)定模擬范圍和規(guī)則，如表1所示。

2 核電站6.6kV建模過程

用仿真平臺(tái)建模過程中，首先要確定建模對(duì)象，根據(jù)設(shè)計(jì)院針對(duì)陽江核電站的設(shè)計(jì)圖紙和詳細(xì)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)搭建模型。除此之外，還需要有電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，主要是電機(jī)的電壓、頻率、極數(shù)、轉(zhuǎn)速、滿負(fù)荷電流、額定功率和啟動(dòng)時(shí)間等。然后在3KEYMASTER仿真平臺(tái)上根據(jù)單線圖搭建模型，添加相應(yīng)的Type和Tasks，在Drawing中先添加電氣控制模塊、設(shè)置設(shè)備連接點(diǎn)再進(jìn)行連接如圖1所示。由于這里只是搭建6.6kV系統(tǒng)，因此電源暫時(shí)采用一個(gè)邊界點(diǎn)，即外部電網(wǎng)來代替，如圖2所示。在搭建好的模型中輸入設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)參數(shù)表中采用不同的顏色來代替。在顯示的參數(shù)中，對(duì)象參數(shù)采用不同的顏色[5]，各個(gè)參數(shù)顏色代表的含義如表2所示。最后對(duì)搭建好的模型保存工況，運(yùn)行后檢查模型搭建的正確性。

3 故障測(cè)試分析

在6.6kV電氣系統(tǒng)中，主要有母線電壓失電故障、母線電壓過低故障、進(jìn)線或母線PT故障、系統(tǒng)絕緣電阻低故障、廠變進(jìn)線電壓過低故障等。限于篇幅，本文僅對(duì)母線電壓失電故障進(jìn)行分析。

3KEYMASTER軟件中集成了具有動(dòng)態(tài)顯示功能，電氣系統(tǒng)中母線、各個(gè)開關(guān)、用電設(shè)備的狀態(tài)都可以顯示。如果開關(guān)的顏色為綠色則表示斷開狀態(tài)，如果是紅色則表示閉合狀態(tài)。故障仿真可以根據(jù)電氣系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)顯示界面很方便地查看系統(tǒng)中的故障。引起母線電壓失電故障的原因有很多，均可以通過相應(yīng)的保護(hù)使母線電源側(cè)的斷路器跳閘。為了模擬母線電壓失電故障，在仿真平臺(tái)上搭建了專門的邏輯模型，將該段母線與6.6kV系統(tǒng)母線的名字設(shè)置成相同，使其連接在一起。負(fù)載的設(shè)置常用兩種，一種是以有功和無功功率的方式表示；一種是以電阻和電抗的形式表示。由于母線斷電是因?yàn)槌^了斷路器的保護(hù)電流而斷開，后一種方式不能直觀反應(yīng)功率的變化，因此在本文中采用第一種方式。通過設(shè)置有功功率和無功功率的變化使母線電壓失電，6.6kV系統(tǒng)所在的負(fù)載為電動(dòng)機(jī)和通過降壓變壓器降到380V給其他設(shè)備供電。這里設(shè)置無功功率為100MVA，在此功率下的電流大于斷路器的保護(hù)電流，因此符合所需的要求。故障仿真如圖3所示。

在圖3中，MF為故障設(shè)置開關(guān)，此時(shí)需要通過邏輯將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，斷路器開關(guān)的閉合和復(fù)位，增設(shè)一個(gè)非門邏輯。

4 仿真模型及其驗(yàn)證

在搭建的6.6kV系統(tǒng)的仿真模型中，在滿功率負(fù)荷下部分設(shè)備的部分參數(shù)數(shù)據(jù)對(duì)照表如表1所示。表1中，V1代表6.6kV的母線電壓；V2代表380V的母線電壓；f為頻率。

由表1可知，仿真計(jì)算值與設(shè)計(jì)值在滿負(fù)荷功率運(yùn)行下，數(shù)值誤差很小。

5 結(jié)束語

為了確保核電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，本文以陽江核電站為模擬對(duì)象，針對(duì)6.6kV系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬，通過在3KEYMASTER仿真平臺(tái)上搭建6.6kV系統(tǒng)并添加了故障仿真模型。研究表明，在3KEYMASTER仿真平臺(tái)上搭建的6.6kV仿真系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 王寧.核電機(jī)組電氣設(shè)計(jì)分析[J].中國核電，2010.3（4）：

308-315.

[2] 林克軍，張瀟，駱邦其等.反應(yīng)堆設(shè)計(jì)軟件與仿真系統(tǒng)的耦合[J].

系統(tǒng)仿真技術(shù)，2014.10（3）：268-272

[3] 廣東核電培訓(xùn)中心.900MW壓水堆核電站系統(tǒng)與設(shè)備[M].

原子能出版社，2007.

[4] 齊宏偉，王峰，裴宜星.電站模擬機(jī)電氣系統(tǒng)建模特點(diǎn)淺析[J].

計(jì)算機(jī)時(shí)代，2013.2：11-13

[5] 趙宇，吳帆，王峰等.核電廠模擬機(jī)電氣系統(tǒng)建模與仿真[J].系

統(tǒng)仿真技術(shù)，2012.8（3）：226-232