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ACP1000实物保护柴油发电机配电系统的设计

2019-10-29
来源: 礼德动力
  1 实物保护系统的必要性核电厂要使用核材料,若其遭破坏或被盗可能导致显著放射性物质的释放,从而直接或间接危及工作人员和公众的健康与安全。作为核材料安保的重要措施,实物保护系统可以减小核电厂内核材料遭盗窃、抢劫的概率,从而保护核材料及重要核设备的安全。目前根据核安全及核安保监管要求,实物保护系统投入运行是核材料许可证和核电厂运行许可证发放的必要条件。
  
  2 柴油发电机作为应急电源的必要性实物保护系统一旦发生停电, 将导致核电厂安保系统的“ 探测、延迟和反应” 失败, 会造成重大的政治影响、经济损失与人身伤亡。因此,根据《供配电系统设计规范》中负荷分级供电要求,实物保护用电负荷确定为一级负荷或一级特别重要负荷,其中出入口控制、入侵报警、视频监控、通信和监测等设备为特别重要负荷。供配电系统包括:①应急电源系统,包括一回路正常供电电缆线路和提供应急电源的一台柴油发电机组;②为特别重要负荷提供可靠电源的交流不间断电源系统。
  
  同时,核安全导则HAD 501/02《核设施实物保护(试行)》中对实物保护供配电系统有明确规定,要求其供电系统有两路电源: 主电源和备用电源供电。综上所述,ACP1000实物保护电源系统的备用电源选用的是柴油发电机的低压供配电系统,可在主电源失去的情况下满足实物保护系统24 h的供电要求。
  
  3 柴油发电机供电系统主接线方式实物保护柴油发电机供电系统的结构如图1所示。主接线如图2所示。从图1中可看出,该系统除故障状况下柴油发电机提供的应急电源,另有一路引自核电厂机组公用负荷段的正常电源,提供该系统正常工况下的电源。实物保护系统之所以采用两路电源供电,是因为当一个电源发生故障时,另一个电源应不致同时受到损坏,以维持继续供电。一级负荷中的特别重要负荷,必须有独立于正常电源的应急电源提供专用馈电线路,柴油发电机供电系统可作为独立备用电源实现此功能。
  
  实物保护系统在核电厂发生重大安全事故时,要独立地完成一系列安保工作,在一定时间内,需要优先保证保安关键词实物保护·柴油发电机·保安负荷·应急电源·配电系统·基础设施实物保护柴油发电机配电系统的设计负荷的用电需求,包括实物保护系统所需保安照明负荷用电都必须由柴油发电机提供的备用电源承担。
  
  实物保护供电系统采用这种主接线结构的供电方式,保证了在正常电源失去,已无法保证正常供电或正常电源发生电气故障等情况下,应急柴油发电机组仍然能够保证实物保护系统的正常运行。甚至在应急电源系统起动失败的情况下,不间断电源系统(UPS)也能够为控制、报警、监控和通信设备等特别重要负荷提供一定时间内的可靠电源。
  
  4 柴油发电机的选择本节介绍了核电厂实物保护供电系统中柴油发电机的主要电气参数确定及设备选型,主要包括柴油发电机的负荷特性及功率确定、容量选择、输出功率复核及母线电压水平校验。
  
  4.1 柴油发电机介绍目前,以往复活塞式内燃发动机作为动力的柴油发电机组在需要连续可靠供电的场合得到了广泛的应用。在配置柴油发电机组时,最重要的是机组额定功率的确定,即容量的选择。过大的功率会造成运输、安装的困难和不必要的浪费,增加维护量; 过小的功率又会使发电机负荷过重,降低机组可靠性和寿命,甚至在关键时刻超载停机,造成事故。因此,需要根据柴油发电机组的使用条件、供电负荷大小及种类合理选择柴油发电机组的容量。
  
  4.2 柴油发电机的功率柴油发电机组主要由柴油发电机和交流同步发电机两大部分组成。柴油发电机组的功率主要有持续功率、基本功率和限时运行功率3种。持续功率适用于对电能质量要求较高或因市电昂贵而选择柴油发电机的单位,又称为常用功率。基本功率适用于在电网中断时提供应急后备电力功率,又称为备用功率。限时运行功率指在规定的维修周期和环境条件下能够连续运行300 h、每年供电达500 h的最大功率。
  
  4.3 柴油发电机负荷的特性及容量的选择及校验柴油发电机负荷的特性及计算备用柴油发电机组的供电对象一般是保安负荷,因而保安负荷的统计结果是选择柴油发电机组容量的依据。在统计保安负荷时,对于在时间上能错开运行的保安负荷不应全部计算,可分阶段统计同时运行的保安负荷,取其大值作为计算功率。
发电机组ATS切换柜
  
  实物保护供配电系统需采购的柴油发电机所带负荷运行方式为:10 kV电气厂房一线通过实物保护系统变压器、进线开关至正常段母线;二线通过柴油发电机、进线开关至应急段母线,正常段与应急段之间设有双电源转换开关(ATS)。正常运时低压ATS合在正常段电源侧,实物保护系统1台变压器带2段低压母线运行,柴油发电机组备用。柴油发电机的接入方式:由柴油发电机ATS下口(负载侧)接入实物保护系统设置在配电室的柴油机控制柜中。正常情况下,开关合在正常段电源侧,柴油发电机备用。当实物保护系统0.4 kV正常段母线故障失电后,柴油发电机自起动或值班人员手动起动。
  
  实物保护系统应急段0.4 kV母线的负荷有:直图1 实物保护柴油发电机供电系统的结构正常段应急段正常用电负荷 应急用电负荷…应急柴油发电机低压交流应急段电源低压交流正常段电源图2 实物保护柴油发电机供电系统主接线正常段交流柴油发电机ATS应急段…低压交流正常段电源系统通风空调系统设备配电交流不间断电源系统保安应急照明配电供配电流充电器、双围栏应急照明、单元式空调机组、油泵和火灾自动报警系统等。
  
  根据实物保护系统供电需求,备用柴油发电机起动后,首次加载的负荷为双围栏应急照明和油泵,共计52 kW;其他置于手动位置,需要起动时加载;考虑临时应急负荷,柴油发电机起动后投入运行的最大负荷约为257 kW。
  
  又知(1)
  
  式中,Sc为发电机组的最大计算负荷。
  
  将cos ϕ =0.85,Pc=257 kW代入式(1),得Sc=302 kV·A。
  
  柴油发电机容量选择根据DL/T 5153—2014《火力发电厂厂用电设计技术规程》规定:发电机连续输出容量Se应大于最大计算负荷Sc,即Se≥nSc,当每个单元机组配置1台柴油发电机组时,n=1,代入上式得Se≥302 kV·A。
  
  此外, 应急柴油发电机的容量还应按照满足负荷中单台最大容量电动机起动的要求进行校验。发电机带1台最大容量的电动机负荷起动时,短时过负荷能力校验如下:发电机在热状态下,能承受150%Se,时间为15 s,即有Se