華龍一號應急柴油發電機組電子調速器的配機試驗研究

［關鍵詞］應急柴油機；電子調速器；國產化替代；鑒定試驗

［中圖分類號］TM623.3 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）10–0150–03

1背景

電子調速器是應急柴油發電機組速度控制系統的核心部件，可確保柴油機轉速和發電機電壓、頻率穩定，其內部控制邏輯及參數復雜，長期被國外廠家壟斷。某核電廠華龍一號核電機組采用主流8000kW功率水平應急柴油機，原配E19600型電子調速器，其在核電廠應用超過20a，存在固有缺陷，運行過程中該調速器存在較多問題，經廠家多次升級仍故障頻發，難以滿足核電廠高安全性的要求。為此該電廠采用國內自主研發的EC–50N型電子調速器，完成電子調速器配置選型和應急柴油發電機組鑒定試驗。

2電子調速器研發

MAN公司開發的E19600受技術、服務和國外公司的限制，在技術問題不能有效解決的情況下，以HAF003—1991《核電廠質量保證安全規定》、IEEE323—2013《核電廠1E級設備質量鑒定》、RCC–E—2005《壓水堆核電站核島電氣設備設計建造規則》等為設計標準進行設計，自主化研發電子調速器EC–50N，應用至“華龍一號”項目，實現對E19600的產品替代。

EC–50N通過了性能試驗、電磁兼容試驗、環境試驗、軟件Vamp;V認證試驗和抗震試驗。性能試驗包括防護、接地連續性、絕緣電阻、介電強度、性能特性、溫度、濕度、電源和輸入、輸出口電氣性能試驗等。電磁兼容試驗包括高/低頻傳導發射、磁/電場輻射發射、電場輻射抗擾度、靜電放電抗擾度等。環境試驗包括高溫、低溫、交變濕熱、溫度變化、長期運行試驗和振動老化等。以IEC60880為標準完成A類的軟件Vamp;V認證試驗，并通過了產品鑒定會。

EC–50N在原E19600問題基礎上進行優化，包括看門狗故障優化，EC–50N使用ARM32位雙核微處理器的CPU，高集成，內置看門狗、FLASH等。CPU內核各模塊供電均相互隔離，電磁兼容性能好，看門狗功能穩定，雙核校驗，容錯能力更強；傳感器信號頻率處理優化，EC–50N輸入頻率最高可達20kHz，直接輸入傳感器信號，無需分頻放大器處理信號，可靠性更高；驅動電路溫升高優化，EC–50N驅動電路采用PWM信號輸入，低發熱量，輸出隔離，控制穩定；上位機優化，EC–50N提供專用上位機軟件，可實時讀取、監視電子調速器狀態，根據現場調整參數；驅動電路供電方式優化，EC–50N驅動電路無需額外供電，直接驅動，各個供電模塊之間相互隔離，抗干擾能力較強；電子調速器監測優化，EC–50N所有傳感器輸入及執行器控制輸出信號等均具有故障診斷功能，對異常信號或異常狀態可提供報警用輸出觸點。

3配機試驗

EC–50N為工程階段首次應用，為驗證應急柴油發電機組匹配EC–50N時運行的可靠性和穩定性，按照相關鑒定規程和配機試驗大綱進行機組聯調試驗和專家評審。配機試驗內容主要包括以下方面，各項試驗均滿足試驗性能指標要求。

3.1怠速啟機試驗

在怠速模式啟動柴油機，當機組在怠速穩定運行后，進行怠速超速保護裝置動作試驗。試驗時機組怠速狀態穩定運行，轉速波動率小于標準0.5%，啟動過程中無失速異常，增速、減速調整正常，手動增速至336.7r/min（標準336±5r/min）時，超速保護裝置動作，柴油機自動停機。

3.2啟動性能檢查

機組在備用狀態下，連續進行5次啟動試驗。EC–50N的5次啟動試驗，機組均在接到啟動信號后15s內達到額定電壓和頻率，滿足監督要求，壓縮空氣罐壓降與E19600相當。啟動性能曲線轉速、電壓調節正常，EC–50N電流輸出和油門開度符合預期。啟動性能曲線及電子調速器輸出如圖1所示。

3.3轉速交越試驗

在額速模式，快速啟動柴油機直至達到額定轉速，穩定運行至狀態平衡后，切斷電子調速器輸出，由機械調速器獨立控制柴油發電機組，機組在設定轉速下穩定運行，狀態平衡后接入電子調速器，機組能正常切回至電子調速器控制，電子調速器切至機械調速器、機械調速器切回電子調速器，應急柴油發電機組均在對應設定轉速穩定運行，電壓、頻率均滿足試驗要求。轉速交越試驗如圖2所示。

3.4測速故障試驗

在額定轉速、空載運行狀態下，斷開任意一路轉速信號后，控制器輸出“轉速測量故障”信號，柴油機可在電子調速器控制下穩定運行在額定轉速。

3.5頻率降測量

在額速模式下，快速啟動機組并穩定運行后，由空載逐級加載至額定負載的25%、50%、75%、90%、100%，再將負載按此等級由100%逐級減至空載。負荷變化過程不改變調速設置，試驗時，電子調速器頻率降為1.8%，滿足機組頻率降≤2%的要求。額速模式頻率降試驗數據見表1。

3.6穩態頻率波動范圍測量

把功率因數為0.8（滯后）的三相對稱負載，由空載逐級加載至額定負載的25%、50%、75%、90%、100%、110%，每一工況穩定2～3min，各平臺穩態頻率波動最大為0.26%，滿足≤±1%的要求。穩態頻率波動試驗數據見表2。

3.7瞬態頻率偏差及頻率恢復時間測量

機組啟動達到額定轉速和額定電壓后，突加功率因數為0.8的2029.4kW負載，電壓頻率穩定后卸掉當前負載，突加瞬態頻率偏差為–2.52%，頻率恢復時間為1.76s，滿足標準要求（頻率變化lt;–5%、電壓變化lt;–20%、頻率和電壓恢復時間lt;3s，）。E19600與EC–50N突加2029kW參數變化對比見表3。

3.8負載持續性試驗及甩短時功率負載試驗

在備機狀態下啟動機組，空載運行穩定后逐步加載至25%、50%、75%、90%、100%和110%額定功率下運行相應時間，然后突卸110%負荷。試驗結果顯示，EC–50N調節下，可在各個功率平臺下穩定運行，機組性能參數滿足要求。110%負荷突卸后，機組最高轉速為631r/min，與E19600甩110%短時功率負載時機組最高轉速相當。甩110%額定負載頻率變化如圖3所示。

3.9啟動及帶載可靠性試驗

在額速模式下快速啟動，15s內達到額定轉速和頻率，隨后突加50%額定負載（阻性或阻性與感性結合），機組穩定運行一定時間后，突卸負荷停機，待機組停穩后再次啟動，共進行100次，其中90次為備機狀態啟動，10次為熱機狀態啟動，要求100次啟動和帶載均能滿足試驗要求。啟動和突加50%額定負載時頻率和電壓變化曲線如圖4所示。

3.10裕度試驗

機組在空載穩定運行時突加2232.4kW、功率因數0.4的負載，機組運行穩定后，將機組功率逐漸加載至3432.3kW，并逐漸增加功率因數至0.8，在3432.3kW功率平臺上再次突加781kW、功率因數0.4的負載。試驗期間，EC–50N電子調速器工作正常，機組在加載期間轉速調節穩定。

3.11慢啟動測試

將啟動方式改為“慢啟動”模式，啟動機組，機組在接到啟動信號后轉速緩慢增加，60s左右到達額定轉速。慢啟動頻率、電壓曲線如圖5所示。

4機組鑒定試驗

根據IEEE387相關要求，更改主要配套部件電子調速器后，對柴油發電機組的鑒定有效性進行分析或驗證。編制《應急柴油發電機組鑒定試驗大綱》，根據大綱完成機組鑒定試驗，各項試驗均滿足機組鑒定試驗要求。

5結束語

EC–50N電子調速器在該型號柴油機上成功通過鑒定，實現國產化，填補了我國核電領域華龍一號核電機組大功率核級應急電源數字式速度控制裝置技術空白，打破了國外技術壟斷，解決了國內核電領域重大設備供貨“卡脖子”問題。