基于一种安全级数字化平台的EDG电控系统方案

李涛

摘要：根据核电站应急柴油发电机组（EDG）系统要求提出了数字化EDG电控系统核心控制单元安全级控制柜和非安全级控制柜的设计与实现方案，包括系统设计、硬件配置、供电设计和接地设计等内容，并介绍了数字化EDG电控系统相比传统继电器控制方案的优势。

关键词：核电站;柴油机;数字化电控;安全级;冗余设计

中图分类号：TL362+.7                                 文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）22-0201-02

0  引言

EDG安装于核电站柴油机厂房内，主要用于核电站应急供电系统。作为EDG的中枢大脑，一套可靠、及时和安全的数字化电控系统方案设计是十分必要的。一种基于某安全级数字化平台的EDG电控系统顺应而出，其核心控制单元为安全级控制柜（1E级控制柜）和非安全级控制柜（N1E级控制柜）。

1  系统方案的设计与实现

1.1 系统功能结构

数字化EDG电控系统核心部分为安全级数字化系统和非安全级数字化系统，分别布置在两个独立的机柜内，相互间采用光纤链路模块隔离，实现了安全级和非安全级功能的电信号和物理隔离。同时，通过对机组数模信号的采集和可视化的显示界面实现了模拟信号和数字信号的在线监测和趋势分析。

1.2 系统总体设计概述

系统设置2个现场控制站，如图1所示。1E级控制柜1个，配置1对冗余控制器，实现1E级控制功能;N1E级控制柜1个，配置1对冗余控制器，实现N1E级控制、HMI和故障录波等功能。系统网络主要由通信模块、网关、网络交换机等组成。主控模块和I/O模块之间采用S-LINK1总线进行通信，通信模块I以及I/O模块和扩展模块之间通过S-LINK2總线进行通信。系统通过网关与上位机通信，遵从TCP/IP协议。其中1E级控制柜的主控与上位机之间为单向通信，N1E级控制柜的主控与上位机之间为双向通信。为了最大程度保证系统稳定性，系统主控模块采用冗余设计;网络中扩展模块、通信模块I冗余配置。

1.3 供电设计

数字化EDG电控系统上游有一个专门的配电柜给各个机柜供电。配电柜提供220VAC和24V DC电源。本原理样机的设计中，只取配电柜220VAC电源。220VAC经过脉冲抑制器和交流滤波器向机柜内部供电。为保证系统供电的稳定性，1E级控制柜和N1E级控制柜同样配置冗余的220VAC转24VDC电源模块，24VDC电源转换模块选用型号为CP10.242的PULS电源，具备并联均流及20ms以上掉电保持的能力。为确保供电安全，每个PULS电源模块的进线和出线均配置独立的空开。

1E级控制柜和N1E级控制柜供电设计分别如图2和图3所示。

1.4 接地设计

接地分系统地、保护地和屏蔽地。系统地提供直流电压的参考地，主要连接机箱背板的接地线、供电模块的负端;保护地主要连接机柜的外壳、强电接地;屏蔽地连接信号的屏蔽层。屏蔽地和保护地在柜内短接后输出到柜外电气接地点，系统地单独输出到柜外电气接地点。接地铜排的厚度大于6mm，宽度大于25mm;为确保接地引线连接可靠，接地铜排直接攻丝与连接螺丝相连，接地系统的接线设置铜排连接线片。系统接地分干线截面积不小于16mm2，接地干线截面积不小于25mm2，接地总干线截面积不小于50mm2。系统接地电阻小于0.1Ω。

2  数字化EDG电控系统优势

2.1 电控系统更稳定、更可靠

为了最大程度保证系统稳定性，系统采用冗余设计原则：①系统主控模块采用冗余设计;②网络中扩展模块、通信模块I冗余配置;③系统24VDC工作电源采用冗余设计。

采用主控和通信双冗余的方式，提高系统逻辑控制和通信交互的可靠性。若想通过传统继电器搭建双冗余系统需增加一倍继电器，大大提高了成本的同时也将面临更多的潜在故障点。而数字化系统只需增加一个主控模块，控制逻辑在软件内实现。实现安全级和非安全的交互只需两根光纤，继电器搭建则需几百根硬接线，失效风险更大。

使用FPGA搭建控制的系统不仅稳定性更高，而且可完全取代继电器的使用，从源头上避免了因继电器失效引起的EDG不可用风险，开发的数字化部件的故障率≤0.01%，远远低于继电器的故障率。

2.2 诊断、维修更方便

数字化系统可实现系统自检，继电器搭建的电控系统需延故障点查线寻找故障;数字化系统当某个功能失效时，可直接替换相应模块即可，有助于缩短维修时间。

3  结语

数字化电控系统是核电站EDG电控系统的发展趋势，国内核电站EDG中绝大多数还采用继电器搭建的控制方案;少部分引入了继电器+PLC的控制方案，实现了半数字化。随着智能核电概念的提出，安全、稳定、可靠的数字化电控系统将逐步取代原有的控制方式。

参考文献：

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