某取水泵站6kV水泵保护回路改造

白斯宇，刘辰龙，郭翔博，李昌顺，蒋汀岚

（中国核动力研究设计院，成都 610041）

0 引言

图1 系统供电原理图Fig.1 Schematic diagram of system power supply

某泵站是该工程试验堆二次冷却水系统的主供取水泵站，其主要取水设备是6台6kV高压潜水泵。该泵站共有两路6kV电源，分别由上级35kV变电站6kV甲段、6kV乙段引来。正常情况下，泵站6kV甲段、6kV乙段分段运行，其中甲段6kV带1#、3#、5#水泵，乙段6kV带2#、4#、6#水泵。运行过程中发现，甲段电源失电的情况下，甲段电源所带水泵会停运（预期情况），而乙段电源所带水泵不会停运（预期情况），而在乙段电源失电的情况下，不仅乙段电源所带水泵会停运（预期情况），甲段电源所带水泵也会停运（非预期情况）。此种保护模式存在极大安全隐患，即乙段失电的情况下，所有水泵均会停转，虽然可以通过倒闸操作恢复部分水泵的正常运行，但需要一定时间（水泵停转之后需要30min才能再次启动），在此期间不能保证系统的正常供水，影响了取水系统的可靠性。因此，急需对水泵保护系统进行改造，保证甲、乙两段电源所带水泵的独立性。

1 问题分析

6台水泵主电源按照1#、3#、5#接甲段6kV，2#、4#、6#接乙段6kV的方式接线，一方面将负荷平均分配在了两段电源上，减小单段电源的供电压力，另一方面两路独立的电源增强了取供水系统的可靠性。但是在水泵保护回路方面，1#与2#、3#与4#、5#与6#水泵各自共用1个PLC模块，其电源均来自乙段6/0.4kV变压器低压侧开关柜。当乙段电源故障时，3个PLC模块均失电，引发相应水泵的高压开关柜跳闸，系统供电原理图如图1所示。此控制回路问题为设计缺陷，水泵在一次回路接线中将6台水泵平均分配在了甲、乙两段电源上，但在保护回路中的PLC模块分配时，却又将甲、乙两段上的水泵两两一组放到了一起，这样无论PLC的电源引自甲段或乙段，均会出现相应段电源失电时，另一段6kV电源所带水泵会受保护模块失电影响而停泵的情况。

图2 方案一原理图Fig.2 Schematic diagram of scheme one

2 解决方案

针对上述问题，共有两种改造思路：一是改变甲、乙两段上的水泵交叉共用PLC模块的现状，使甲段水泵（1#、3#、5#）的保护模块使用甲段低压电源，乙段水泵（2#、4#、6#）的保护模块使用乙段低压电源，从而实现甲、乙两段所带水泵在保护回路上的相对独立；二是保持现有共用保护模块现状，从实现其不间断供电的思路着手，引入UPS电源和甲、乙两路双电源，在常用电源失电的情况下，自动投入另一段电源，同时依靠UPS提供的不间断电源，实现保护模块的持续供电，避免了因保护模块失电引起的不必要的水泵停运。两种方案的详细内容如下：

2.1 方案一

原有3块PLC模块保留给2#、4#、6#水泵使用，增加3块PLC模块供1#、3#、5#水泵使用，并从甲段低压开关柜引电源给其供电，从而使甲、乙两段所带水泵的保护回路独立，即把原有的1#和2#分开，3#和4#分开，5#和6#分开，如图2所示。这样一来保证了每台水泵一次回路和保护回路电源的一致性，在某一段电源失电的情况下，不会影响另一段电源所带水泵的正常运行。此方案需增加3块PLC模块，并从380V甲段引入低压电源，同时还需对新增加的PLC模块进行编程，经估算，改造费用约为12万元，改造周期约为1周。

2.2 方案二

图3 方案二原理图Fig.3 Schematic diagram of scheme two

安装UPS电源，电源端通过两只互为闭锁的接触器构成双电源自动切换装置[1-3]，分别引入甲、乙两路低压电源，输出端给3个PLC模块提供不间断电源，如图3所示。两只接触器接入常闭触点，当回路甲通电时，KM1线圈得电，其触点分开，乙回路失电；当甲段电源失电时，KM1线圈失电，其触点闭合，乙回路通电，反之亦然。这样在甲段（乙段）电源失电的情况下，UPS输入端自动切换到乙段（甲段）电源，在此切换期间（不到1s），UPS能持续为保护装置提供电源。因此，水泵不会因为保护回路的失电而触发高压开关柜跳闸，在6kV某段失电的情况下，所带水泵会停转，而另一段6kV电源所带水泵则不受影响。此方案需增加1套UPS及蓄电池、2个接触器及熔断器等配件，还需从380V甲段引一路220V电源，改造经费约为2.7万元，改造周期约为1天。两种方案均能达到改造目的，但方案二比方案一改造费用更低、改造周期更短、施工难度小。因此，经综合考虑，选择方案二。

3 改造实施

选取UPS型号额定功率为3kVA/2.4kW，输出电流为14A，蓄电池容量为9AH，整套装置能极大满足3个PLC模块的供电需求。接触器选用额定开断电流为12A，满足使用需求，同时搭配iC65N-C32A/1P断路器及gF1-16/4A熔断器。将整套装置按原理图接线并安装于3#、4#泵共用的控制柜内，从UPS的输出回路引3路电源分别至各个控制柜的PLC模块。

4 调试

安装完成后，首先为双电源自动切换装置投入380V甲段电源、380V乙段电源备用，启动3#（6kV甲段供电）、4#（6kV乙段供电）水泵，此时6kV甲段与6kV乙段分段运行，5min后切断6kV甲段电源，随即3#泵停泵（预期情况），双电源自动切换装置接入380V乙段电源（耗时0.5s），4#泵一直保持正常运行（预期情况）。随后恢复6kV甲段供电，甲、乙两段仍保持分段运行状态，启动5#（6kV甲段供电）、6#（6kV乙段供电）水泵，5min后切断6kV乙段电源，随即4#、6#泵停泵（预期情况），双电源自动接入甲段供电（耗时0.5s），5#泵一直保持正常运行（预期情况）。同理，对1#、2#水泵也进行了断电试验，未出现非预期停泵情况。经试验论证，改造结果达到了预期。

5 结束语

改造完成至今，该泵站未出现6kV甲段（乙段）失电，引起6kV乙段（甲段）水泵停运的情况，提高了厂外取供水系统的可靠性，为该工程试验堆的安全运行提供了可靠的二次冷却水供水保障。从发现问题、分析问题、提出方案、综合对比再到方案实施，此次改造不仅达到了目的，还节约了改造经费。同时，为相关工作人员在类似的系统前期设计中提供了宝贵的经验，不能顾此失彼，应结合实际情况，因地制宜，采取合理的设计方案，避免后期的不适用给系统安全可靠的运行带来不必要的隐患。