福建某核电有限公司 运行二处 福建福清 350318
摘要：控制棒驱动机构电源系统是涉及反应堆安全稳定运行的重要系统，用于反应堆正常的启停、功率调节以及紧急停堆，由于受供电方式和负载特性的影响，在系统和设备设计时，必须采取相应的措施来满足供电和控制要求。如果控制棒驱动机构电源系统意外失电，将会导致控制棒落棒，反应堆停运，严重威胁机组的安全稳定运行。本文通过研究某核电3、4号机组控制棒驱动机构电源系统正常运行期间出现的励磁电流定值偏高、无功功率分配不均匀以及并车模式的合理选择等问题，结合自身对该系统的认知和研究，从运行控制角度提出相关技术优化，部分优化已经在机组上得到实施及验证，效果良好，有效提高了控制棒驱动机构电源系统运行的可靠性，保证了机组的安全、稳定运行。
关键词：控制棒驱动机构电源系统；励磁；无功功率分配；并车模式
前言
控制棒驱动机构电源系统（以下简称棒电源系统）是核电厂的重要系统，主要功能是确保核反应堆在正常运行期间，对控制棒驱动机构（DRDM）提供可靠稳定的260V电源，在厂用电源发生任何暂态扰动情况下，也能保持供电的可靠性。棒电源系统不具备安全功能，但该系统的任何故障都可能会导致反应堆紧急停堆，直接影响机组的安全、稳定、经济运行。
1 某核电3、4号机组棒电源系统简介
1.1 设计要求
为了提高供电的可靠性，该系统设置２台带飞轮的电动发电机组（以下简称M.G机组）并列运行，也可单台独立运行，每套M.G机组容量满足控制棒驱动机构同时提升或下降多组控制棒的需要。棒电源机组中飞轮的转动惯性可以保证在电源故障后的1.2秒内，发电机输出电压保持在234V以上、频率不小于44Hz。
1.2 组成
某核电3、4号机组棒电源系统有两套M.G机组，每套M.G机组由一台异步电动机、一个调速飞轮、一台同步发电机、电压调节器、温度传感器、测振传感器等组成。
2 某核电3、4号机组棒电源系统运行分析与优化
某核电3、4号机组与1、2号机组棒电源系统因设备供货厂家不同，设备原理也有所差异，如表1所示：
某核电3、4号机组棒电源系统在长期运行和操作过程中主要存在励磁电流设定值偏高、励磁保护故障无延时、并车模式选择不合理、无功功率分配不平衡等待优化项，在结合现场运行经验和对设备深入研究后提出以下优化建议，以保障机组安全、可靠运行。
2.1 励磁电流设定值偏高
某核电3号机组在下游负载RGL提棒试验时，因负荷波动，3RAM001AP励磁电流低于故障继电器401XI定值（0.25V），且励磁故障保护无延时，导致3RAM001AP跳机，3RAM002AP单列运行。
经分析正常运行期间励磁电流大小和通过设计文件的查询，发现3、4号机组励磁电流继电器（401XI/601XI）定值设置不一致（3号机组为0.25V，4号机组为0.15V），经设计院澄清和调研同行电厂运行经验，最后将3号机组励磁继电器定值由0.25V（0.67A）修改为0.15V（0.4A），增加励磁电流波动范围，同时增加了励磁电流参数的巡检项目（在励磁电流＜0.5A时需及时采取措施，对励磁电流进行适当调节）。经过对励磁电流的调整，有效提高了棒电源系统运行稳定性和可靠性。
2.2 并车模式选择
某核电3、4号机组并车模式分为：手动带载并车模式、手动空载并车模式、自动带载并车模式、自动空载并车模式。
某核电3、4号机组棒电源系统使用PLC数字化控制系统，当M.G1机组手动启动稳定运行后，再手动启动M.G2机组，同期装置检测2号发电机发出的输出电压、频率和相位等条件满足要求后，发出同期指令完成并列运行。因两台机组特性一致，为了更好地实现空载并车，发电机组采用并机专用电阻的控制方式，并取得了良好的效果。此方式并机电阻阻值的选取是关键，阻值过大，频差太大，同步装置无法及时捕捉同步点而导致无法同步。现场实施过程中，在发电机下游出线断路器屏（RAM006TB）内增加了专用并车电阻，根据计算结果，选取的并车电阻阻值为5kW×3=15kW1，让先并入母线的发电机连接并车电阻，此时其频率会略低于未并入母线的发电机频率，由于机组具有一定的频差，很容易达到并车条件，实现双机组的并车。
两台M.G机组空载并车模式，根据图1并车流程如下：闭合404JA（LKA接触器开关），起动G1→闭合401JA→闭合604JA（LKB接触器开关）→起动G2→投入并联的电阻（通过继电器501UJ）→控制系统检测到具备并车条件后→同期装置自动闭合601JA→手动闭合RGL开关进行带载。
调试期间对选定的空载并车电阻和空载并车逻辑都进行了相关试验，试验结果完全满足两台M.G机组空载并车后再投入RGL负荷，避免因单台机组带载时故障导致控制棒掉落的风险。所以建议棒电源系统正常期间由手动带载并车模式改为手动空载并车模式。
图1：棒电源系统总图
2.3 其它
2.3.1 某核电3、4号机组511HV PLC显示功能不一致
棒电源系统投入前首先需要在RAM002TB控制柜上511HV控制屏中选择并车模式。3号机组在两台M.G机组并车后无法在511HV中查询并车模式，而4号机组则可以在511HV中查询并车模式。当出现外部或设备本身故障，导致单台M.G机组停运或解列，在故障消除后，因无法查询并车模式，将会影响现场操作人员调用执行文件。建议3号机组参考4号机组在511HV中保留并车模式的查询功能，以便现场人员的操作和判断。
2.3.2 再鉴定试验不完善
大修设备维修后，根据《大修期间设备维修后试验》管理程序要求对大修设备进行再鉴定试验。在M.G机组再鉴定的过程中发现再鉴定试验只是单纯的对设备本身的启停、绝缘、振动等参数进行鉴定，对两台M.G机组的并车功能以及并车电阻投入逻辑等未进行鉴定，如果在正常启动中因为同步器、并车电阻继电器或PLC逻辑等问题导致两台M.G机组并车失败，将可能影响整个大修工期。因此，建议在设备维修后的再鉴定试验中增加两台M.G机组并车的验证，保证后期棒电源系统的可靠运行。
3 结论
本文针对某核电3、4号机组棒电源系统长期运行中存在的问题，进行深入分析并结合现场实际情况，提出合理的优化建议，提高棒电源系统运行的可靠性。鉴于问题的切实性及其重要性，建议组织相关专业做进一步分析，切实的消除棒电源系统存在的风险，保证机组稳定运行。
参考文献
[1]俞高伟，周蕴花．核电站控制棒驱动机构电源系统［J］．发电设备，2012，26（4）
[2]福建某核电厂3、4号机组RAM系统标准运行准则，中国核动力研究设计院
[2]福建某核电厂3、4号机组CRDM电源系统手册，中国核动力研究设计院
论文作者:卢晔,张少伦,林享,郝元,郑金慧
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年2期
论文发表时间:2019/6/11
标签：机组论文; 控制棒论文; 电源论文; 系统论文; 车模论文; 核电论文; 励磁论文; 《建筑学研究前沿》2019年2期论文;