核應急柴油發電機組電氣系統國產化設計

顏鵬 施曉敏 張峰

摘 要： 在核電站當中，應急柴油發電機組將負責為其提供應急交流電源，以此有效核電站各設備實現持續正常運行。而為了能夠確保核應急柴油發電機組電氣系統具有較高的使用性能與安全性能，同時符合當前我國核電站對于應急柴油發電機組的實際運行情況。本文將以核電站中的應急柴油發電機組作為主要研究對象，著重圍繞核應急柴油發電機組電氣系統國產化設計進行簡要分析研究。

關鍵詞： 核電站;應急柴油發電機組;電氣系統;國產化設計

引言：

根據新時期我國發展核電提出的相關要求，可知實現核應急柴油發電機組電氣系統國產化設計，開發出成套具有較高復雜技術接口且可使用多種標準的，國產專業核應急柴油發電機組電氣系統，是確保核電站實現正常穩定運行以及推動我國核電事業實現長效發展的重中之重。因此研究核應急柴油發電機組電氣系統國產化設計具有較高的現實意義。

一、核應急柴油發電機組的組成分析

通過結合相關規定要求可知，在核電站應急柴油發電機組電氣系統中，主要包括直流電源與交流配電系統、勵磁調壓系統、電壓與轉速調節系統、遠程監控系統等等。其中發電機控制以及勵磁系統等則是電氣系統中極為重要的組成物項[1]。在進行核應急柴油發電機組及其電氣系統的國產化設計中，需要在切實遵循國家相關標準要求，在適用條款與技術準則的正確指導下，合理開展相應設計工作并注重電路的安全性與獨立性。

二、核應急柴油發電機組電氣系統的國產化設計

（一）發電機設計

以某核電站為例，該核電站在設計應急柴油發電機時，在嚴格遵循相關標準要求下選擇使用無刷交流同步發電機，此種發電機本身自帶風扇，可以有效幫助發電機完成風冷式冷卻，同時在發電機的內部還安裝了可以有效防止出現發電機冷凝現象的電加熱器[2]。在發電機組內部安裝了一套可以實現自潤滑的軸承，鉑電阻溫度傳感器則被設計安裝在該核電站應急柴油發電機組的軸承上。為充分發揮核應急柴油發電機組的應有效用，整體使用無刷勵磁方式。也就是通過將永磁式發電機安裝于主發電機軸上，搭配使用旋轉主勵磁機，進而構成整個核應急柴油發電機的勵磁系統。

（二）監控系統設計

由于核電廠對于安全性的要求極高，因此在進行核應急柴油發電機組電氣系統國產化設計時，需要將提高系統設計的安全性擺放在首要位置。為此，本文在實際開展設計工作時，針對核電站柴油發電機組中的啟動與停車控制回路，選擇運用具有較高安全性和獨立性的繼電器，用以有效完成此類安全等級控制回路的邏輯搭建。而針對包括警報信號輸出、預加熱單元等其他非安全級控制回路，則選擇同一采用PLC控制模式。通過在PLC中輸入各種模擬量信號，在通訊接口的作用下使得HMI可以實時接收各模擬量信號，在合理運用可視化技術下，操作人員可以直接通過液晶顯示屏了解核應急柴油發電機組電氣系統的各項真實情況，包括水溫、液位等等。在此基礎上，操作人員可以根據實際需要進行記錄機組、空壓機等設備的啟動與暫停操作。

（三）速度調節與勵磁調壓系統設計

在核應急柴油發電機組電氣系統的速度調節系統設計中，考慮到傳統速度調節系統在實際運行的過程中，一旦某一路轉速信號出現異常情況，則比較容易導致整個系統失去有效控制的問題，本文在對其進行國產化設計時選擇使用兩路轉速信號輸入，用以完成對閉環速度調節系統冗余設計。而在勵磁調壓系統設計中，除了使用旋轉主勵磁機以及永磁式發電機之外，本文還專門為核應急柴油發電機組勵磁調壓系統，設計安裝兩個雙通道自動電壓調節器，在保障其中一個AVR可以實現正常工作的同時，另一個AVR可以有效作為備用。值得注意的是，設計運用在勵磁調壓系統中的雙通道自動電壓調節器，不僅擁有強大的自動調節電壓的功能，還保留了傳統手動調節電壓功能。操作人員可以根據實際需要隨時切換所需電壓調節模式。在為電壓調節系統設置必要保護后，還將配有專門鑰匙的機械連鎖裝置設計安裝在勵磁回路當中，進而有效提升工作人員在機組維修時的安全性。

（四）電氣保護與中壓系統設計

在核應急柴油發電機組電氣系統當中，因安全級以及非安全級對于保護的需求存在較大差異，故而本文將采用差異化設計的方式，使用搭建繼電器實現對安全級的機械保護，而通過使用PLC程序控制實現對非安全級的機械保護。具體來說，在核應急柴油發電機組電氣保護當中，針對非安全級保護，設計采用綜保裝置用以切實完成發電機過壓保護輸出等工作，選用具有較高獨立性和安全性的電壓繼電器進行安全級欠壓保護回路[3]。當核電站處于應急運行狀態時，除滑油低壓與欠壓等保護停機將自動運行之外，其他所有保護只負責發出報警信息。

在中壓系統中，設計在發電機中安裝電壓與電流互感器，此舉可以為電氣保護、核應急發電機的電壓與電流測量提供所需相應信號，同時安裝在發電機上的電壓與電流互感器也可以為同期并網提供所需相應信號。

三、鑒定試驗

通過采用本文的設計方式對核電站應急柴油發電機組及其電氣系統進行國產化設計，根據機組啟動性能的試驗結果可知，兩套獨立啟動系統在依次對機組進行作用后，機組可以實現連續五次正常啟動，且到達額定電壓與額定頻率的時間均不超過12s，與國家相關標準規定相符合。而在檢驗發電機組啟動以及帶載的可靠性時，根據最終的試驗結果可知，當啟動命令準確傳輸至核應急柴油發電機組之后，其達到額定電壓以及額定頻率的時間嚴格控制在15s以內。在突加50%額定負載后連續100次對機組進行試驗，所有試驗全部成功。

結束語：

通過本文的分析研究可知，試驗驗證本文所設計的核電站應急柴油發電機組及其電氣系統各項功能運行正常，與國家規定技術要求相吻合。設計人員在實際進行核應急柴油發電機組電氣系統國產化設計時，還需要充分結合具體核電站工況及其對應急柴油發電機組與電氣系統的相關要求，在嚴格遵循國家設計指導規范下主動運用先進的設計理念與設計手段，以便可以更好地完成核應急柴油發電機組電氣系統國產化設計工作。

參考文獻

[1]黃超，胡雙進，張力，丁伯才，劉宙鋒.海洋核動力平臺柴油發電機應用概要[J].船電技術，2018，38（10）：51-52+55.

[2]楊發慧，張玉興，劉榮，周莉娜，楊浩.12PC2-6B應急柴油發電機組國產化研制[J].中國核電，2017，10（04）：505-512.

[3]張言濱，劉云峰，張益林，李彬，陳仕明.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（08）：121-122.