某核電廠380V交流配電系統控制電源電壓高問題探究

李志鵬 杜勇

中國核電工程有限公司華東分公司 浙江海鹽 314300

在某核電廠調試過程中，調試人員對380V配電系統檢查時發現，某1E級應急配電系統的110V控制電源電壓達到了140V，超出了設計文件要求的88-121V的限值。該380V系統為核安全級應急配電系統，下游負荷均為核電廠中最重要的負荷，為保障核安全起著關鍵作用[1]。直流電壓高可能導致本系統及饋線負荷的控制元器件損壞，從而使饋線的負荷失去控制，對電廠的核安全造成嚴重影響[2]。

1 故障現象及原因分析

控制回路圖紙顯示，該系統110V控制電源由兩路構成，一路來自廠內的110V直流系統，另一路來自380V母線自身變壓整流，依次斷開兩路控制電分別測量兩路電源的電壓，結果顯示來自外部的直流系統110V電壓為116.8V，幾乎沒有交流分量，380V母線自身變壓整流電壓為124.6V，兩路同時送電的情況下電壓上升到141V，同時送電時測得其中的交流分量16.1V，根據測量所得數據，外部直流系統110V電壓穩定，電源質量較高，電壓升高的原因來自380V交流母線自身變壓整流而來的電源。

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程靠的是圖中所示的一個變壓整流單元，該電源裝置由一個小型變壓器和一組二極管整流器組成，原理為先通過小型變壓器將380V電壓降壓成110V交流電源，后利用二極管的單向導通性將110V交流電進行整流。經過查閱變壓整流單元的相關資料并進行分析后，確定電壓高原因為整流原件設計相對比較簡單，僅為兩個半導通的二極管組成，整流后的波形為交流正弦半波，未能過濾其中的交流分量，最后所得的直流電源中交流分量較高，當兩路電源同時送電時，交流分量在外部直流系統電源的基礎上進行了疊加，從而使整個控制電源的電壓抬高[3]。

2 開關電源的使用

確定了電壓升高的原因后，調試人員考慮將該變壓整流單元更換成一種既能提供電壓，穩壓精度又能符合要求，并且能夠提供足夠電流的電源，經過多方調研和討論，最終確定采用半橋型開關電源，半橋型開關電源的結構圖如圖2所示，原理為先由四個單向導通的二極管組成的單相橋整流電路，將380V交流初步整流成直流電，再通過可控硅晶閘管、變壓器一次線圈以及高頻導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，然后通過高頻變壓器降壓，再通過二極管組整流成仍具有交流分量的脈動直流電，最后通過電感電容濾波組件進行穩壓濾波，最終得到電源質量較高的110V直流電，開關電源的電路原理圖如圖2。在開關電源的整個電壓變化過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個部分組成，電容器、高頻率交替導通的可控硅二極管，濾波電感。兩個二極管中點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通，使得變壓器一次側繞組中依次通過從上至下和從下至上的交變電流，可控硅二極管的性能對最后的波形起著至關重要的作用，性能較差的可控硅二極管由于截斷能力及導通角的控制精度問題，使得變壓器一次側的交變波形產生較大的毛刺、諧波，從而影響最終開關電源的輸出波形。本項目選擇的是國內某知名廠商的開關電源，由于我們這里只是需要一個110V的控制電源，對精度要求不高，國產知名品牌完全能夠滿足要求，開關電源更換完成后再次同時合上兩路電源開關，電壓穩定在116V左右，在設計文件要求的范圍內，問題得到解決。

圖2 開關電源電路原理圖

3 結語

電子技術在核電廠中應用非常廣泛，而且往往扮演非常重要的角色，如充電器、逆變器、變頻器、主發電機及柴油發電機的勵磁電源等等，這些設備的可靠運行是構成核安全的重要保障，因此在此類設備的選型過程中，選擇性能優良的電力電子器件顯得尤為重要。