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核电机组重要系统双电源改造浅析

发表时间：2021/3/26 来源：《中国电力企业管理》2021年1月作者：李倩

[导读] 核电无小事，核电机组的安全稳定运行是关键，而核电机组重要设备的可靠性对于其安全稳定运行又起着至关重要的作用。以秦二厂650MWe核电机组为例，其常规岛主给水泵液力耦合器控制柜、DEH（数字电液控制）工作站、DCS（分散控制系统）工作站、GST（发电机定子水冷系统）控制柜作为常规岛极其重要的设备，在最初设计时只有一路供电，一旦电气上游失电，都会造成极其严重后果

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摘要：核电无小事，核电机组的安全稳定运行是关键，而核电机组重要设备的可靠性对于其安全稳定运行又起着至关重要的作用。以秦二厂650MWe核电机组为例，其常规岛主给水泵液力耦合器控制柜、DEH（数字电液控制）工作站、DCS（分散控制系统）工作站、GST（发电机定子水冷系统）控制柜作为常规岛极其重要的设备，在最初设计时只有一路供电，一旦电气上游失电，都会造成极其严重后果
关键字：双电源；改造；分析
        1.引言
        核电机组不同于火电机组等其它电厂，具有单机容量大、核安全要求高等特点，因此，核电机组重要系统的关键设备的可靠性便成为了保证核电厂安全稳定运行的重要标准之一。
        在秦二厂650MWe核电机组设计之初，许多重要的设备，如常规岛主给水泵液力耦合器控制柜、DEH（数字电液控制）工作站、DCS（分散控制系统）工作站、GST（发电机定子水冷系统）控制柜等，都只有单路电源供电，一旦电气上游失电，都会造成严重的后果。所以为了避免此类事件发生，我们对常规岛主给水泵液力耦合器控制柜、DEH工作站、DCS工作站、GST控制柜进行了双电源改造工作。
        2.主给水泵液力耦合器控制柜双电源改造
        由于液力耦合器的选型不同，一二号机组液力耦合器采用电动执行器，具有失电保位功能（失电后液力耦合器打水是失控的），所以设计并没有考虑两路供电。而三四号机组采用了更加先进的液力耦合器，但不具备失电保位功能。设计时并没有对该差异引起足够重视，所以如果上游失电，液力耦合器勺管位归零，对应给水泵便丧失给水能力。我们就曾发生过因为液力耦合器控制柜失电而导致停机停堆事故。
        本次对主给水泵液力耦合器控制柜双电源改造改造之前，液力耦合器控制柜的供电方案是：A\C泵LNQ供电，B泵LNR供电。改造后，A\B\C三台泵都有LNQ\LNR两路220V不间断电源供电，丧失任何一路供电，都不会影响给水泵本身功能。
        液力耦合器控制柜虽然采用220V交流供电，但柜内实际是通过一个电源模块将220V交流电转变为24V直流电。增加一路220V交流供电必然需要增加一个电源模块，但如果简单的将两个24V直流电并起来，会发生环流。于是我们又增加了一个二极管模块，这样就有效的避免了环流。同时，电源模块本身具有失电监测功能干触点输出，于是我们用增加了主给水泵液力耦合器控制柜电源失电报警功能。任何一个电源模块失电，主控都会报警，以提示操作员及时处理缺陷。
        3.DEH工作站双电源改造
        DEH工作站作为运行人员监视、控制汽轮机最重要的窗口，一旦无法正常运行，整个汽轮机将处于失控状态，此时操作员必须停机处理。如此重要设备，只有一路供电的设计是非常不可靠的。如上游失电，工作站异常掉电会导致DEH操作系统内部文件异常，重新上电后无法进入操作系统。650MWe机组就曾发生过因为工作站异常失电，工作站无法重启，紧急将工作站送至上海爱默生公司抢修的事故。
        改造之前，DEH工作站的供电方案是：工程师站、历史站由LNQ供电，操作员站由LNR供电。改造后，DEH工作站、历史站、操作员站都有LNQ\LNR两路冗余供电，单独失去LNQ\LNR任何一路供电，都不会影响DEH工作站的正常运行。
        改造通过一个APC电源切换装置实现的，该电源切换装置在两路交流输入之间实现无扰切换。

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我们将LNQ\LNR作为APC的两路上游输入，DEH的所有工作站作为APC的下游设备。一旦某一路失电，APC可以在5ms之内做到无扰切换，各系统设备及其下游设备仍可以正常工作。
        4.GST控制柜双电源改造
        该控制柜为GST001MN；GST001\002\003SN ；GST046VN 及电导率表供电, 这些测量参数均与发电机定子冷却水的运行状况密切相关，一旦水质变化，或者水源减少，造成发电机定子冷却不佳，后果不堪设想。因此，可靠的保证供电，是十分有必要的。
        改造之前，GST控制柜的供电方案是：由LNR单路供电。改造后LNQ\LNR两路冗余供电单独失去LNQ\LNR任何一路供电，都不会影响GST控制柜的正常供电情况。改造也是通过增加APC电源切换装置，在两路交流输入之间实现无扰切换。
        5.DCS工作站相关双电源改造
        KCO040AR为SPEC200机柜，其功能是对主控台盘的14个常规岛硬手操进行信号采集及控制。该机柜内部有两个独立的电源装置，一路来自LNQ101JS的电源进线，一路来自LNR101JS的电源进线。经电源装置转换，分别提供15Vdc的电压供手操器工作。该两个电源独立装置分别对7个硬手操进行单路供电，不满足冗余性，一但一路电源装置失电，则对应7个硬手操失效。
        所以将KCO040AR内部增加APC电源冗余切换装置。在改造实施过程中，将LNQ101JS和LNR101JS通过配电柜送往KCO040AR的220VAC电源模块A和B分别引出一根电源线，接至APC装置的供电口A和B。APC装置共有3组电源输出，每组电源输出包含5个输出口。从#1和#2电源组中，每组任取一个电源输出口，连接至SPEC200的15Vdc的电源模块从而使KCO040AR的两个独立电源变成冗余电源目前在正常状态下LNQ101JS、LNR101JS经APC装置向KCO040AR供电APC装置自动识别一路电源为主电源另一路冗余备用；当LNQ101JS、LNR101JS任意一路断电， APC装置自动进行电源切换，保证KCO040AR及下游手操器供电正常。从而大大降低了手操器失电的风险性，提高了调节控制回路的安全性。
        6.双电源改造后应用情况及前景
        在执行主给水泵液力耦合器控制柜双电源之后，曾发生过单路LNQ失电，因为冗余供电，工况没有任何异常波动。按照之前的方案，如果主给水泵液力耦合器控制柜没有双电源，那么LNQ失电的后果是：两台给水泵丧失给水能力，若操作员不及时手动干预，极有可能停机停堆。而单次停机停堆的最小损失也在百万元之上。
        DEH工作站作为运行人员监视、控制汽轮机最重要的窗口，一旦无法正常运行，整个汽轮机将处于失控状态，此时操作员必须停机处理，单次停机最小损失在百万元之上。双电源改造保证汽轮机控制系统更加稳定运行。
        GST控制柜：失去GST001BA的水位远传监测和自动补水功能，若由此导致发电机定子冷却水缺少，流量低于断水保护定值跳机，单次停机最小损失也在百万元之上。双电源改造保证汽轮机控制系统更加稳定运行。
        DCS经过双电源改造，保证了KCO040AR及下游手操器供电正常。从而大大降低了手操器失电的风险性，提高了调节控制回路的安全性。
        7.结论
        本次双电源改造是在650MWe核电机组内进行的首次双电源改造，其大大增加了核电机组重要系统和关键设备的安全系数，继而确保了核电机组安全稳定运行。