秦山第二核電廠KRG系統(tǒng)供電介紹及故障處理與改進

王小波

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

KRG 模擬控制系統(tǒng)可以說是核電廠的大腦和神經(jīng)，它對一回路所有系統(tǒng)及二回路一些重要控制系統(tǒng)起著控制和保護作用，將來自工藝過程系統(tǒng)的保護、控制儀表的測量信號處理后，輸出特定的控制、報警信號。

KRG 模擬信號的處理及信號的輸出是通過機柜中所用的SPEC 200 卡件來完成的，而卡件工作需要的±15VDC 電源是由機柜內部電源機箱，將上游電源母線提供的220VAC 轉換成±15VDC，并通過電源分配組件將±15VDC 電源分配給機柜中每層卡件。若KRG 系統(tǒng)電源供電、轉換、分配鏈中的任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都會導致SPEC 200 卡件失電，給機組帶來擾動，甚至會導致停機、停堆風險[1]。

1 KRG系統(tǒng)電源組成

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

1.1 保護機柜電源

保護機柜分為ⅠP 組、ⅡP 組、ⅢP 組和Ⅳ組，其中每一組由4 個機柜組成。4 個保護組相互之間是實體和電氣隔離的。分別放置在4 個不同的房間ⅠP（W609/649），ⅡP（W607/647），ⅢP（W603/643），ⅣP（W602/642）。4 個保護組分別由LNA,LNB,LNC,LND 對保護機柜中的電源轉換機箱提供220VAC 電源。

1.2 控制機柜電源

控制機柜分為1C 組、2C 組、3C 組、4C 組、5C 組，其中1C 組由4 個機柜組成，2C 組有5 個機柜組成，3C 組有3 個機柜組成，4C 組有4 個機柜組成，5C 組有4 個機柜組成。控制組中的5 個子組放置在同一房間中（L609/L649）。5 個控制子組均由LNE 對控制機柜中的電源轉換機箱提供220VAC 電源。公用機柜（9KRG154AR）放置在9L650 房間，由LNF 對該機柜中的電源轉換機箱提供220VAC 電源。每個控制子組都與保護組在電氣和實體上是隔離的。

2 KRG機柜電源分配

2.1 保護組電源分配

保護組電源分配如圖1 所示，LNA,LNB,LNC,LND 配電盤向保護組提供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 臺汽輪發(fā)電機組（LLS 系統(tǒng)）將通過LNE360CR 提供保護機柜和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）配電盤及48VDC 配電盤。220VAC 配電盤有5 個引出饋線，分別供給5 個子組，另有一路220VAC 配電盤（LNF）向公用機柜（9KRG154AR）供電。

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

48VDC 電源分配如圖3 所示，48VDC 配電盤有一路饋線供電到KRG143AR，再從其分配到其它相關的機柜。

2.3 應急電源分配

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

2.4 機柜內電源分配

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

機柜內電源分配以保護機柜為例，如圖5 所示。每一機柜最下層是多組件箱電源組件（2ARPS 系列），其交流輸入（220VAC）接在機柜后面帶保險絲的端子排上，電源組件的直流輸出（±15VDC）是通過它的并聯(lián)輸出端（PARALLEL）先接至機柜的直流母線銅排，然后再接往機柜各層的電源分配組件（2AX+DP10）。各組件箱直流母線排以（保護或控制）組為單位，全部并聯(lián)。因此，如果要切除機柜的直流電源，單單切斷該機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排上的電源組件的交流輸入電源。這樣，由該直流母線排供電的這組機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，為所在組件箱中的組件提供±15VDC 電源，即為一些需單獨供電的組件提供±15VDC 電源[2]。

3 KRG系統(tǒng)運行期間電源故障及應對策略

3.1 KRG機柜電源分配卡件故障及應對策略

在2 號機組運行期間，工作人員在檢查處理水位差計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）無輸出，于是到2KRG152AR 機柜進行檢查，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柜其他電源分配卡件工作正常，且主控無相關AA,LA 報警及其他異常。

3.1.1 故障分析及處理

圖4 應急電源分配Fig.4 Emergency power distribution

圖5 機柜內電源分配Fig.5 Power distribution in the cabinet

根據(jù)現(xiàn)場故障現(xiàn)象進行分析，得出電源分配卡件故障以及可能存在接線松動。對該卡件及接線進行檢查，考慮到檢查過程中要拔出電源分配卡件，而這一操作有可能導致其他電源分配卡件失電。對整個機柜的掉電情況作了分析，認為整個機柜的掉電會在主控產生報警以及影響監(jiān)視。將快速接線端子取下，拔出電源分配卡件，檢查設置后，將新的電源分配卡件裝入恢復。恢復該機柜正常供電，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，由此判定確實是電源卡件故障。

對換下來的電源分配卡件進行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)電源分配卡件+15V 至COM 端保險絲（F1）燒斷，-15V 至COM端保險絲（F2）變色發(fā)黃。對拆下來的電子元器件進行測量，發(fā)現(xiàn)電容C1 導通，且外殼有破裂跡象。C1 導通，+15V 電源與COM 端短路，產生短路電流，熔斷保險絲F1，從而使電源分配卡件無法為組件箱供電。

3.1.2 后續(xù)預防性工作

針對保險絲燒毀導致電源分配卡件的故障，利用大修對1 號機組181 塊電源分配卡件進行了外觀檢查。其中保護柜檢查76 塊，有28 塊卡件保險絲變色，對其中變色嚴重的6 塊卡件用備件庫中的卡件進行了更換。控制柜檢查105 塊，有42 塊卡件保險絲變色，對其中變色嚴重的23塊卡件進行了更換。（由于備件庫中2AX+DP10 數(shù)量不夠，緊急采購了同一型號保險絲對換下來的卡件進行更換保險絲工作。保護柜考慮到核安全的要求未更換過保險絲。）

3.2 1KRG125AR 機柜電源故障及應對策略

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

3.2.1 故障分析及處理過程

首先檢查發(fā)現(xiàn)主電源LNE 端子排5A 的保險絲燒毀，于是更換新保險絲，上電后仍然燒毀。于是根據(jù)KRG125AR 機柜內部供電線路圖（見圖6），將下游負載逐個脫開，進行上電，最終將故障定位在UPS 故障導致供電喪失，并且導致LNE 5A 保險絲燒毀。

根據(jù)機柜內部供電簡圖可以看出，主電源、副電源通過ST2 進行選擇后的輸出及蓄電池都需要通過UPS，然后才給電源機箱提供220VAC 電源。若UPS 故障，KRG 電源機箱將喪失電源，從而導致由KRG125AR 機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 機柜的±15VDC 直流母排提供。

由于UPS 沒有備件，并且2#機組處于大修期間，于是辦理TSD 將2#機組的UPS 拆下，更換在1#機組上。通過緊急采購，將新備件安裝在2#機組上。將UPS 更換上后，對主電源、副電源及蓄電池進行切換，切換開關功能正常，供電正常。

3.2.2 后續(xù)預防性工作

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

圖6 KRG125AR機柜內部電源接線簡圖Fig.6 Schematic diagram of the internal power supply wiring of the KRG125AR cabinet

4 KRG電源預防性工作及改進策略

4.1 KRG電源機箱預防性工作

KRG 電源機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 電源機箱大多為2000 年出廠，從最近幾年KRG 系統(tǒng)因設備中的電子元器件故障及老化帶來的缺陷有上升的趨勢。為了降低因電源機箱中電解電容老化失效引起機柜掉電，而導致保護與控制通道失效帶來的風險，決定在大修期間對電源機箱進行更換。

4.1.1 更換過程中遇到的問題及處理

核級15V 電源機箱，更換后主控觸發(fā)保護機柜15V 電源失電報警。經(jīng)就地檢查測量該機箱15V 電源正常輸出，而測量機箱9/10 號端子，測得報警繼電器斷開，從而主控出現(xiàn)15V 電源失電報警。近一步檢查發(fā)現(xiàn)該機箱型號為N-2ARPS05-B5，而現(xiàn)場使用的型號為N-2ARPS05-B5-0。通過與生產廠家聯(lián)系得知：N-2ARPS05-B5 與N-2ARPS05-B5-0 的區(qū)別就在于報警繼電器在電源機箱在通電與斷電狀態(tài)下，報警輸出端子（TB3 9-10）狀態(tài)不一致。經(jīng)過與上福工作人員商議，更改內部接線后報警功能與現(xiàn)場使用一致，并將機箱銘牌上的型號改為N-2ARPS05-B5-0。

圖7 控制子組機柜電源接線圖Fig.7 Control sub-group cabinet power wiring diagram

表1 2ARPS05-B5型號對照表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 更換過程中的良好實踐在更換1P 4 個柜子的時候，斷電更換前測量COM 與+15V、-15V 之間電壓分別為14.9V、14.8V，更換完成后測量COM 與+15V、-15V 之間電壓分別為14.23V、14.24V。4 個電源機箱出力均勻，但是與更換前后電壓輸出相差較大，并且不滿足卡件供電14.25V 的要求。按照以前的方法是一個人來反復調整4 個電源機箱的出力情況，由于將一個機柜出力調高后會引起另外3 個機柜的出力下降。為使得輸出電壓保持不變，后來分析后決定采用4 個人，每人用一塊萬用表測量監(jiān)測電壓，然后同時調整，經(jīng)過幾次調整后，4 個機柜的出力均勻，使整個機柜的輸出電壓也得到了提升。這不僅節(jié)省了工作時間，也保證了4 臺電源機箱平穩(wěn)出力[3]。

4.2 KRG控制組機柜供電改進策略

4.2.1 目前1、2號機組控制柜供電方式

目 前1、2 號 機 組 除KRG125AR 外， 采 用 的 是2ARPS15-B 型電源機箱，主要電源由LNE 提供。上游LNE提供的220VAC 接入每個控制子組中的2 號柜，然后采用環(huán)形連接方式（見圖7）。將220VAC 電壓接入其他子組中的機柜電源端子，這樣的供電方式在LNE 電源喪失后會使控制機柜內信號處理卡件失電，從而存在機組停機、停堆的風險。

4.2.2 擴建3、4號機組控制柜供電方式

秦二廠3、4 號機組采用的是雙路供電方式給控制組機柜供電，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（見圖8），即220VAC 先進入每組柜子的1 號柜，再由1 號柜連接到該組其它柜子。其通過將2ARPS15-B 電源機箱紅線區(qū)域內增加ST1-B 組件，通過ST1-B 組件實現(xiàn)主副電源之間的切換（見圖9）。

4.2.3 1、2號機組KRG控制柜電源改進需要做的工作

1）需要電氣專業(yè)計算用電負荷，給出備用電源。

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

2）在2ARPS15-B 電源機柜前增加ST1-B 組件。

3）將機柜內電源分配組件AX+DP10，改為雙路電源分配組件AX+DP10-ACT，并增加相應15VDC 母線至雙路電源分配組件的接線。

以上1、2 號機組KRG 控制柜電源改進需要做的工作具有很強的可行性，KRG 控制機柜雙路電源互為備用，可以有效地保障KRG 機柜工作的可靠性，從而保障了機組的安全穩(wěn)定運行。

5 結束語

依靠及時分析、正確地應對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，使得機組保護系統(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)自安裝調試至今，已穩(wěn)定可靠運行20 多年時間。作為為KRG 系統(tǒng)中卡件提供電源的電源轉換組件、電源分配組件及上游的供電電源發(fā)揮著至關重要的作用，為電站的安全穩(wěn)定運行提供了重要保障。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對策略具有一定代表性，對同類模擬控制系統(tǒng)的問題分析和處理有重要的參考價值。