陳國忠 韓醒之 李文聽

摘 ?要：應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組是核電站內(nèi)的應(yīng)急交流電源，需要由監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)組狀態(tài)參數(shù)，并對(duì)機(jī)組設(shè)備完成自動(dòng)化控制，本文基于西門子PLC技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)完成了機(jī)組監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的開發(fā)，并詳細(xì)闡述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，最后將系統(tǒng)應(yīng)用于應(yīng)急柴油機(jī)組鑒定試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)中，系統(tǒng)性能測(cè)試結(jié)果良好。

關(guān)鍵詞：核電廠;應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組;監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM623 ???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1671-2064（2019）17-0000-00

1概述

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組作為核電站中的應(yīng)急交流電源，在正常情況下，應(yīng)時(shí)刻保持在熱備用狀態(tài)，為應(yīng)急啟動(dòng)做好準(zhǔn)備。當(dāng)核電廠外部交流電源全部失去時(shí)，需要機(jī)組能夠獨(dú)立、自動(dòng)、快速啟動(dòng)并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)按預(yù)設(shè)程序帶載，以確保反應(yīng)堆安全停堆，避免核事故^?[1][2]。

監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)作為應(yīng)急柴油機(jī)組的重要組成部分，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)應(yīng)急柴油機(jī)組的性能參數(shù)和工作狀態(tài)，以保證機(jī)組處于熱備用狀態(tài)并滿足隨時(shí)進(jìn)行應(yīng)急啟動(dòng)的要求。系統(tǒng)還負(fù)責(zé)通過預(yù)設(shè)的邏輯或控制命令完成機(jī)組的自動(dòng)化控制，以保證機(jī)組能夠按要求快速、自動(dòng)啟動(dòng)^?[3][4]。

傳統(tǒng)的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)大多由繼電器和常規(guī)儀表組成，功能單一，接線復(fù)雜，故障率高，可靠性及可追溯性差?，F(xiàn)在投入使用的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組大多為多參數(shù)復(fù)雜系統(tǒng)，需通過機(jī)組監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)將機(jī)組各主要參數(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合并形成友好、便捷的顯示、操作界面。針對(duì)此情況和要求，本系統(tǒng)基于西門子PLC技術(shù)與虛擬儀器技術(shù)相結(jié)合的方式完成核電站應(yīng)急柴油機(jī)組監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的開發(fā)，并將其應(yīng)用于“華龍一號(hào)”海外項(xiàng)目核電站應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組中。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

2.1.1安全分級(jí)和質(zhì)量鑒定

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)由1E和NC級(jí)設(shè)備組成。凡是與柴油機(jī)組應(yīng)急啟動(dòng)和應(yīng)急運(yùn)行相關(guān)的設(shè)備，其分級(jí)為1E級(jí)，其他設(shè)備則為NC級(jí)。1E級(jí)設(shè)備抗震類別為1類，質(zhì)保等級(jí)為QA1并滿足K3類鑒定要求。

2.1.2功能分配

與機(jī)組應(yīng)急啟動(dòng)和應(yīng)急運(yùn)行相關(guān)的控制保護(hù)功能，采用1E級(jí)設(shè)備實(shí)現(xiàn)。與機(jī)組應(yīng)急啟動(dòng)和應(yīng)急運(yùn)行不相關(guān)的控制保護(hù)、信息顯示和報(bào)警等功能采用NC級(jí)設(shè)備實(shí)現(xiàn)。

2.1.3電氣隔離

當(dāng)1E級(jí)設(shè)備與NC級(jí)設(shè)備之間存在信號(hào)交換時(shí)，按照GB/T 13286的相關(guān)要求，對(duì)1E級(jí)和NC級(jí)設(shè)備之間信號(hào)進(jìn)行隔離。本系統(tǒng)采用繼電器、斷路器、電流互感器、光-電耦合器等作為電氣隔離裝置，所有隔離裝置布置在1E級(jí)機(jī)柜中。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)通過檢測(cè)系統(tǒng)的重要運(yùn)行參數(shù)（例如轉(zhuǎn)速、壓力和溫度等），為機(jī)組各類設(shè)備提供控制、保護(hù)及信息監(jiān)測(cè)手段，以保證柴油發(fā)電機(jī)組安全、可靠和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，分為3個(gè)層次，詳見圖1。

工藝系統(tǒng)接口層：包括各類傳感器、電磁閥、電動(dòng)機(jī)等，主要功能為采集工藝參數(shù)及根據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)來的控制指令，控制工藝過程

自動(dòng)控制和保護(hù)層：主要包括機(jī)組監(jiān)測(cè)站、控制站等，用于完成數(shù)據(jù)處理、邏輯控制及通信等功能。

操作和信息管理層：主要完成信息顯示和故障報(bào)警并為操縱員手動(dòng)控制提供手段，主要由觸摸屏、必要的硬件操作開關(guān)等組成。

2.3系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)主要由機(jī)組控制柜、機(jī)組監(jiān)測(cè)柜、啟停閥箱、轉(zhuǎn)速控制箱、端子箱、儀表架及現(xiàn)場(chǎng)儀表等組成。

機(jī)組控制柜主要處理與機(jī)組應(yīng)急啟動(dòng)和應(yīng)急運(yùn)行相關(guān)的控制保護(hù)功能，通過鑒定過的繼電器邏輯實(shí)現(xiàn)，即使在非1E設(shè)備失效的情況下，仍可獨(dú)立地對(duì)機(jī)組進(jìn)行啟?？刂啤Ｔ摽刂乒駷?E級(jí)，主要功能有機(jī)組應(yīng)急啟/?？刂啤⑺俣瓤刂?、燃油輸送泵控制、冷卻風(fēng)機(jī)控制等。

機(jī)組監(jiān)測(cè)柜主要處理與機(jī)組應(yīng)急啟動(dòng)和應(yīng)急運(yùn)行無關(guān)的控制保護(hù)、信息顯示和報(bào)警等功能，采用西門子S7-300通用控制器作為主控制器，選用ET200M完成I/O模塊的拓展，并通過以太網(wǎng)、光纖、DP電纜分別與上位機(jī)、機(jī)組控制柜、發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行通訊。該控制柜為NC級(jí)，主要功能有機(jī)組試驗(yàn)啟/?？刂?、補(bǔ)水泵控制、發(fā)電機(jī)空間加熱器控制、機(jī)組狀態(tài)參數(shù)顯示和報(bào)警等。

每套機(jī)組設(shè)置一套獨(dú)立的診斷裝置，采用高速采集模塊對(duì)模擬量和開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行采集，開關(guān)量分辨率不低于1.0ms，模擬量采樣頻率達(dá)到1kHz。裝置對(duì)轉(zhuǎn)速、電流、電壓等參數(shù)進(jìn)行高速采樣，在收到啟動(dòng)信號(hào)后自動(dòng)生成啟動(dòng)時(shí)電壓、轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)時(shí)間的曲線，在加載、甩負(fù)荷試驗(yàn)期間，生成機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)信息的變化曲線。對(duì)機(jī)組出現(xiàn)的保護(hù)停機(jī)等現(xiàn)象，自動(dòng)分析機(jī)組跳閘原因及故障出現(xiàn)的次序。

機(jī)組速度控制系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速傳感器、調(diào)速器、執(zhí)行器等主要部件及調(diào)節(jié)連桿、連接電纜等附件組成，調(diào)速器選用WOODWARD公司2301A產(chǎn)品，執(zhí)行器選用WOODWARD公司PGG-EG-58產(chǎn)品，執(zhí)行器具有球頭備份功能，確保在調(diào)速器故障情況下，機(jī)組仍能可靠運(yùn)行。

每臺(tái)機(jī)組有兩套互相獨(dú)立的啟動(dòng)回路，每個(gè)回路均能單獨(dú)完成在15秒內(nèi)連續(xù)啟動(dòng)5次柴油機(jī)。當(dāng)機(jī)組發(fā)出試驗(yàn)啟動(dòng)命令時(shí)，可選擇A列、B列單獨(dú)啟動(dòng)或A列、B列同時(shí)啟動(dòng)，當(dāng)機(jī)組發(fā)出應(yīng)急啟動(dòng)命令時(shí)候，機(jī)組直接雙列啟動(dòng)。

機(jī)組應(yīng)急運(yùn)行時(shí)僅投入超速和失電壓保護(hù)，通過三取二邏輯實(shí)現(xiàn)，其他保護(hù)（例如滑油壓力低、高溫水溫度高、排氣溫度高等）都被閉鎖，僅發(fā)出報(bào)警，只有在試驗(yàn)運(yùn)行下這些保護(hù)才被投入。