核电厂应急柴油发电机组1E级励磁系统设计探究

黄鹏 周园 张峰

摘 要：核电厂应急柴油发电机组可在核电厂失去厂外电源的情况下，提供充足、可靠的电力。在设计基准事件出现以后，应急柴油发电机组也可以在保证核反应堆安全停堆的基础上，减轻事故后果。现阶段核电站应急交流电源系统为1E级系统。该文对核电厂应急柴油发电机组励磁系统的设计总体要求与具体设计措施进行了探究。

关键词：核电厂 应急柴油发电机 励磁系统

中图分类号：TM623.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）02（b）-0094-02

核电应急柴油发电机组是核电站独立运行与安全运行的保障因素。一般情况下，核电应急柴油发电机组主要由柴油机、发电机、机械辅助系统、电气辅助系统、监测系统和控制和保护系统等多种系统构成。核电厂应急柴油发电机组可以有效地避免核反应堆反射性物质泄漏及环境污染等重大安全事故的出现。随着新能源技术的不断发展，核电厂柴油发电机组励磁系统设计问题也得到了人们的关注。对核电厂应急柴油发电机组励磁系统进行研究，可以为核电厂的正常运转提供保障。

1 核电厂应急柴油发电机组励磁系统设计的总体要求

1.1 应急柴油发电机励磁系统的性能要求

现阶段核电厂每一个核反应堆都应用有2套独立的应急柴油发电机组。机组中的关键控制系统和关键仪器仪表都备有2套以上[1]。核电厂应急柴油发电机组的冗余设计可以被看作是核反应堆的安全性的保障因素。根据核反应堆的实际情况，不同核电站柴油发电机组的技术要求存在一定差异，但是不同机组的事故工况运行参数与极限工况运行参数具有一致性。为保证应急柴油发电机组的实际应用效果，机组及与之相关的励磁系统均要具有良好的起动性能。在接收到应急启动信号以后，应急柴油发电机组需要在12s以内达到额定转速与额定电压。在自动启动以后，应急柴油发电机组也需要按照既定带载顺序，自动带上各个负荷组。在自动带载结束以后，值班室值班人员可以根据机组的实际情况，手动接入一些非紧要的负载。在发电机组加载运行期间，励磁系统负载短电压需要达到额定电压的80%以上，在阶跃负载时间间隔的60%以内，母线电压需要恢复到额定电压的90%。

1.2 应急柴油发电机励磁系统的设计要求与鉴定要求

现阶段核电站应急交流电源系统为1E级系统。此种系统不仅需要满足常规电气稳态参数与瞬态性能参数，也需要满足单一故障准则与独立性准则。就励磁系统的设计情况而言，励磁系统设计过程需要注意以下内容：一是不同序列的安全级设备与电路之间的隔离要求；二是安全级设备、安全级设备电路、非安全级设备及非安全级设备线路之间的隔离要求。在励磁系统设计过程中注重实体分隔与电气隔离，可以为安全级电气设备与电路的独立性提供保障。励磁系统的鉴定要求与运行老化鉴定试验、抗震试验等鉴定试验有关，让励磁系统设备满足1E级设备的鉴定要求，可以为该系统在实际应用环境下的安全功能提供保障。

1.3 三代核电技术下的新要求

随着核电技术的不断发展，三代核电技术下的新要求也开始得到了人们的关注。根据三代核电的新要求，全面故障模式开始应用于设备可利用率预估。设备可利用率的估算值可以被看作是核电站可用率的计算依据。电厂设计的经济性的分析评估，有助于后续设备检查与维护工作的开展。随着数字技术的不断发展，数字化控制设计系统也开始应用于应急柴油发电机组励磁设计。数字化控制模块的应用，有助于丰富励磁系统的调节功能与保护功能，进而在对系统的可用性进行强化的基础上，降低人为失误发生率。在数字化技术应用以后，EMC试验考核也成为了较为重要的考核方式。根据核反应堆的实际运行情况，EMC试验主要包含有抗扰度试验与发射试验等内容[2]。

2 核电厂应急柴油发电机组1E级励磁系统的设计措施

2.1 1E级励磁系统的系统功能分析

1E级励磁系统的系统功能可以分为1E级系统功能与非1E级系统功能。1E级系统功能可以为核反应堆在失去厂外电的工况下的停堆功能提供保障。电压调节功能与程序带载功能可以被看作是1E级系统功能的主要组成部分。非1E级功能为与核电厂安全停堆无关的功能，功率因数调节功能、无功调节功能与励磁保护功能是非1E级功能的主要内容。

2.2 1E级励磁系统的系统架构

励磁系统的系统架构是核电厂应急柴油发电机组励磁系统的使用功能与性能要求的重要影响因素。根据核电厂的应急柴油发电机组的实际情况，励磁系统中需要包含有发电机无刷励磁系统，继电器控制系统及对外信号系统等内容。

2.3 1E级励磁系统的整体设计方案

发电机励磁系统为无刷励磁，永磁机（PMG）为自动电压调节器提供励磁电源。自动电压调节器通过采集发电机电压互感器、电流互感器的电气信号，控制输出至发电机主励磁机定子的励磁电流。

2.4 自动电压调节器的设计

自动电压调节系统的应用，可以为励磁系统设计的实效性提供保障。自动电压调节器在应急工况下可以在励磁系统中发挥电压自动调节功能。自动电压调节器所采用的控制方式以发电机端电压闭环控制为主。此种控制方式可以借助PID调节，调整励磁回路输出的励磁电流。闭环控制方案在励磁系统设计中的应用，可以为核电厂应急运行是的电压精度提供保障，闭环控制的精度误差在±0.5%以内。根据核电站安全级设备电路的设计要求，在自动电压调节器应用于励磁系统设计以后，设计人员也需要在辅助调节器与自动电压调节器之间安装隔离器件。AVR板在励磁调节中发挥着较为重要的作用。AVR板所产生的输出信号可以为极端电压的稳定性提供保障，与之相关的功率整流功能離不开二极管整流桥、IGBT驱动板等设备的共同作用。

3 结语

冗余系统设计是励磁系统设计中的重要内容。双通道冗余系统的应用，可以为不同通道之间的自动无扰动切换提供保障，也可以让励磁系统满足隔离准则的要求。在励磁系统设计方面，电压调节、复合加载、同期并网与无功分配等功能在应急柴油发电系统中的作用也需要得到设计者的关注。励磁系统系统结构的合理设计，可以为整个励磁系统的可靠性提供保障。系统性能参数的优化，也有助于系统可用性的提升。数字技术在励磁系统中的应用，也有助于励磁系统自身性能的提升。

参考文献

[1] 李彬，陈仕明，刘云峰.核电厂应急柴油发电机组某双稳态继电器失效分析及改进研究[J].内燃机与配件，2018（20）：210-212.

[2] 张宪超.应急柴油发电机组的运行方式探析[J].科技经济导刊，2017（23）：65.