某核電廠380V交流配電系統(tǒng)控制電源電壓高問(wèn)題探究

李志鵬 杜勇

中國(guó)核電工程有限公司華東分公司 浙江海鹽 314300

在某核電廠調(diào)試過(guò)程中，調(diào)試人員對(duì)380V配電系統(tǒng)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，某1E級(jí)應(yīng)急配電系統(tǒng)的110V控制電源電壓達(dá)到了140V，超出了設(shè)計(jì)文件要求的88-121V的限值。該380V系統(tǒng)為核安全級(jí)應(yīng)急配電系統(tǒng)，下游負(fù)荷均為核電廠中最重要的負(fù)荷，為保障核安全起著關(guān)鍵作用[1]。直流電壓高可能導(dǎo)致本系統(tǒng)及饋線負(fù)荷的控制元器件損壞，從而使饋線的負(fù)荷失去控制，對(duì)電廠的核安全造成嚴(yán)重影響[2]。

1 故障現(xiàn)象及原因分析

控制回路圖紙顯示，該系統(tǒng)110V控制電源由兩路構(gòu)成，一路來(lái)自廠內(nèi)的110V直流系統(tǒng)，另一路來(lái)自380V母線自身變壓整流，依次斷開(kāi)兩路控制電分別測(cè)量?jī)陕冯娫吹碾妷海Y(jié)果顯示來(lái)自外部的直流系統(tǒng)110V電壓為116.8V，幾乎沒(méi)有交流分量，380V母線自身變壓整流電壓為124.6V，兩路同時(shí)送電的情況下電壓上升到141V，同時(shí)送電時(shí)測(cè)得其中的交流分量16.1V，根據(jù)測(cè)量所得數(shù)據(jù)，外部直流系統(tǒng)110V電壓穩(wěn)定，電源質(zhì)量較高，電壓升高的原因來(lái)自380V交流母線自身變壓整流而來(lái)的電源。

圖1 110VDC控制電源回路圖

380V母線自身變壓整流回路的整流過(guò)程靠的是圖中所示的一個(gè)變壓整流單元，該電源裝置由一個(gè)小型變壓器和一組二極管整流器組成，原理為先通過(guò)小型變壓器將380V電壓降壓成110V交流電源，后利用二極管的單向?qū)ㄐ詫?10V交流電進(jìn)行整流。經(jīng)過(guò)查閱變壓整流單元的相關(guān)資料并進(jìn)行分析后，確定電壓高原因?yàn)檎髟O(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，僅為兩個(gè)半導(dǎo)通的二極管組成，整流后的波形為交流正弦半波，未能過(guò)濾其中的交流分量，最后所得的直流電源中交流分量較高，當(dāng)兩路電源同時(shí)送電時(shí)，交流分量在外部直流系統(tǒng)電源的基礎(chǔ)上進(jìn)行了疊加，從而使整個(gè)控制電源的電壓抬高[3]。

2 開(kāi)關(guān)電源的使用

確定了電壓升高的原因后，調(diào)試人員考慮將該變壓整流單元更換成一種既能提供電壓，穩(wěn)壓精度又能符合要求，并且能夠提供足夠電流的電源，經(jīng)過(guò)多方調(diào)研和討論，最終確定采用半橋型開(kāi)關(guān)電源，半橋型開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，原理為先由四個(gè)單向?qū)ǖ亩O管組成的單相橋整流電路，將380V交流初步整流成直流電，再通過(guò)可控硅晶閘管、變壓器一次線圈以及高頻導(dǎo)通電容組成的高頻逆變回路，高頻逆變回路將直流電逆變成高頻交流電，然后通過(guò)高頻變壓器降壓，再通過(guò)二極管組整流成仍具有交流分量的脈動(dòng)直流電，最后通過(guò)電感電容濾波組件進(jìn)行穩(wěn)壓濾波，最終得到電源質(zhì)量較高的110V直流電，開(kāi)關(guān)電源的電路原理圖如圖2。在開(kāi)關(guān)電源的整個(gè)電壓變化過(guò)程中最重要的核心部件為高頻逆變電路，高頻逆變電路主要由3個(gè)部分組成，電容器、高頻率交替導(dǎo)通的可控硅二極管，濾波電感。兩個(gè)二極管中點(diǎn)的電壓為整流后直流電壓的一半，隨著可控硅二極管的交替導(dǎo)通，使得變壓器一次側(cè)繞組中依次通過(guò)從上至下和從下至上的交變電流，可控硅二極管的性能對(duì)最后的波形起著至關(guān)重要的作用，性能較差的可控硅二極管由于截?cái)嗄芰皩?dǎo)通角的控制精度問(wèn)題，使得變壓器一次側(cè)的交變波形產(chǎn)生較大的毛刺、諧波，從而影響最終開(kāi)關(guān)電源的輸出波形。本項(xiàng)目選擇的是國(guó)內(nèi)某知名廠商的開(kāi)關(guān)電源，由于我們這里只是需要一個(gè)110V的控制電源，對(duì)精度要求不高，國(guó)產(chǎn)知名品牌完全能夠滿足要求，開(kāi)關(guān)電源更換完成后再次同時(shí)合上兩路電源開(kāi)關(guān)，電壓穩(wěn)定在116V左右，在設(shè)計(jì)文件要求的范圍內(nèi)，問(wèn)題得到解決。

圖2 開(kāi)關(guān)電源電路原理圖

3 結(jié)語(yǔ)

電子技術(shù)在核電廠中應(yīng)用非常廣泛，而且往往扮演非常重要的角色，如充電器、逆變器、變頻器、主發(fā)電機(jī)及柴油發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源等等，這些設(shè)備的可靠運(yùn)行是構(gòu)成核安全的重要保障，因此在此類設(shè)備的選型過(guò)程中，選擇性能優(yōu)良的電力電子器件顯得尤為重要。