X研究堆應(yīng)急交流供電系統(tǒng)升級(jí)改造

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摘要：本文就X研究堆運(yùn)行的應(yīng)急交流供電系統(tǒng)升級(jí)改造實(shí)施過(guò)程中遇到的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了全面分析研究，綜合考慮方案的可行性、經(jīng)濟(jì)性，選取最優(yōu)解決方案并實(shí)施，解決了應(yīng)急交流供電系統(tǒng)升級(jí)改造中重要負(fù)荷持續(xù)穩(wěn)定供電的問(wèn)題、實(shí)際負(fù)荷超出其UPS額定承載能力的問(wèn)題、一回路冷卻泵變更后的傳動(dòng)控制問(wèn)題和蓄電池組比重達(dá)不到標(biāo)稱(chēng)比重的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：X研究堆應(yīng)急交流供電系統(tǒng)升級(jí)改造

1項(xiàng)目概況

海外X研究堆及附屬設(shè)施已經(jīng)運(yùn)行三十多年，其電氣系統(tǒng)設(shè)備、電纜全面老化面臨淘汰。為了有效利用現(xiàn)有反應(yīng)堆及其設(shè)施，使該反應(yīng)堆能夠繼續(xù)安全有效地運(yùn)行，滿(mǎn)足未來(lái)對(duì)放射性同位素和放射性藥物生產(chǎn)的需求，決定對(duì)反應(yīng)堆進(jìn)行全面的升級(jí)改造。項(xiàng)目改造升級(jí)的主要內(nèi)容涉及電氣系統(tǒng)的全面升級(jí)改造，儀表、控制、輻射防護(hù)系統(tǒng)的數(shù)字化改造以及部分工藝系統(tǒng)、設(shè)備和部件的檢修更換。其中電氣系統(tǒng)的升級(jí)改造幾乎是進(jìn)行全面的更新，是合同內(nèi)容的重要組成部分和改造工程量最大的系統(tǒng)，應(yīng)急交流供電系統(tǒng)由于涉及反應(yīng)堆運(yùn)行安全，成為整個(gè)電氣系統(tǒng)中的重點(diǎn)難點(diǎn)工作。

2應(yīng)急交流供電系統(tǒng)現(xiàn)狀

原有應(yīng)急交流供電系統(tǒng)已經(jīng)投用三十多年，其設(shè)備及電纜老化嚴(yán)重，穩(wěn)定性和可靠性嚴(yán)重降低，很難保障反應(yīng)堆長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行。此次改造升級(jí)決定對(duì)該項(xiàng)目應(yīng)急交流供電系統(tǒng)內(nèi)原有設(shè)備、設(shè)施全部進(jìn)行升級(jí)改造，且均升級(jí)為1E級(jí)，升級(jí)改造后的應(yīng)急交流供電系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖1。

3應(yīng)急交流供電系統(tǒng)升級(jí)改造的特點(diǎn)、難點(diǎn)及解決措施

3.1應(yīng)急交流供電系統(tǒng)升級(jí)改造的特點(diǎn)

（1）改造過(guò)程中反應(yīng)堆是帶燃料停堆，改造過(guò)程中要保障重要負(fù)荷的安全持續(xù)穩(wěn)定供電，是項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中首要解決的問(wèn)題。（2）反應(yīng)堆及附屬設(shè)施已建成運(yùn)行三十多年，廠房設(shè)備設(shè)施因時(shí)代變遷所帶來(lái)的設(shè)備迭代更新，致使本項(xiàng)目新、舊設(shè)備合理匹配成為制約改造能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵問(wèn)題。（3）海外改造項(xiàng)目，設(shè)計(jì)考察和設(shè)計(jì)服務(wù)均存在很大的制約，導(dǎo)致設(shè)計(jì)文件、設(shè)計(jì)服務(wù)與現(xiàn)場(chǎng)難以做到及時(shí)、準(zhǔn)確、高效地銜接。所以，項(xiàng)目施工過(guò)程中需要不斷勘誤、變更、修改，這也是本項(xiàng)目區(qū)別其他改造項(xiàng)目的重要特點(diǎn)。

3.2應(yīng)急交流供電系統(tǒng)升級(jí)改造的難點(diǎn)及解決措施

3.2.1保障重要負(fù)荷持續(xù)穩(wěn)定供電及解決措施保證X研究堆安全運(yùn)行的設(shè)備均由應(yīng)急交流供電系統(tǒng)供電，在應(yīng)急交流供電系統(tǒng)升級(jí)改造期間如何保障這部分設(shè)備的持續(xù)穩(wěn)定供電，是升級(jí)改造實(shí)施的前提。鑒于全廠供電系統(tǒng)均需要升級(jí)改造，現(xiàn)場(chǎng)研究后確定用舊有設(shè)備建立一套新的臨時(shí)供電系統(tǒng)，既可滿(mǎn)足重要負(fù)荷的供電需求，又可兼顧項(xiàng)目在升級(jí)改造期間的施工用電、一般設(shè)備運(yùn)行供電和業(yè)主方辦公供電的需求。

3.2.2實(shí)際負(fù)荷變化的影響與解決措施由于應(yīng)急交流供電系統(tǒng)的負(fù)荷在實(shí)施過(guò)程中發(fā)生了較大變化，其主要設(shè)備的性能能否滿(mǎn)足實(shí)際負(fù)荷安全可靠的供電需求，成為該系統(tǒng)能否確保反應(yīng)堆長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵影響因素。對(duì)應(yīng)急交流供電系統(tǒng)的UPS-A、B、C和蓄電池組A、B、C在實(shí)際工況下能夠承載的最大負(fù)荷功率和應(yīng)急交流供電系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段實(shí)際負(fù)荷功率進(jìn)行分析與計(jì)算。根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，在不更換設(shè)備的前提下，對(duì)各段負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，滿(mǎn)足各段負(fù)荷的計(jì)算功率在其配套的UPS及蓄電池組的額定承載能力范圍內(nèi)。

3.2.3一回路冷卻泵變更的影響與解決措施一回路冷卻泵是反應(yīng)堆一回路的主泵。改造實(shí)施過(guò)程中更換的一回路冷卻泵D1的電機(jī)因各方面的原因在制造過(guò)程中發(fā)生了變更，因此需要充分分析其變更對(duì)應(yīng)急交流供電系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，研究和制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案及解決措施，確保其實(shí)現(xiàn)原有的功能。（1）一回路冷卻泵D1與舊一回路冷卻泵相關(guān)參數(shù)對(duì)比分析一回路冷卻泵D1的電機(jī)由原來(lái)的單繞組雙速電機(jī)改為雙繞組雙速電機(jī)，電機(jī)的功率因數(shù)、額定電流、接線方式等參數(shù)發(fā)生了變化。一回路冷卻泵D1與舊一回路冷卻泵電機(jī)主要參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。通過(guò)對(duì)一回路冷卻泵電機(jī)的變更參數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)其對(duì)應(yīng)急交流供電系統(tǒng)的影響，一是導(dǎo)致應(yīng)急交流供電系統(tǒng)Ⅱ段負(fù)荷功率發(fā)生了變化，二是導(dǎo)致一回路冷卻泵傳動(dòng)控制柜不能滿(mǎn)足一回路冷卻泵的高速運(yùn)行。（2）一回路冷卻泵的變更對(duì)控制柜的影響分析及解決措施一回路冷卻泵的電機(jī)由單繞組改為雙繞組，現(xiàn)有的一回路冷卻泵傳動(dòng)控制柜不能實(shí)現(xiàn)一回路冷卻泵的高速運(yùn)行。一回路冷卻泵D1、D2共用一套傳動(dòng)控制柜，通過(guò)雙電源切換開(kāi)關(guān)來(lái)選擇D1或D2泵的運(yùn)行，因此在分析和制定一回路冷卻泵D1傳動(dòng)控制的方案和措施時(shí)，必須綜合考慮對(duì)一回路冷卻泵D2及其他有關(guān)系統(tǒng)的影響。一回路冷卻泵控制系統(tǒng)見(jiàn)圖2。經(jīng)過(guò)綜合分析該問(wèn)題得出解決方案：拆除D1泵的接線端子D2、D3與1KM2之間的連接電纜，可以保證D1泵按照現(xiàn)有控制回路啟動(dòng)時(shí)，1KM2吸合D1泵的高速可以正常運(yùn)行，不會(huì)影響D2泵的正常運(yùn)行。其反饋給保護(hù)系統(tǒng)的信號(hào)也不需要修改。具體修改見(jiàn)圖3。應(yīng)急交流供電系統(tǒng)Ⅱ的負(fù)荷經(jīng)調(diào)整后，滿(mǎn)足變更后的一回路冷卻泵D1在現(xiàn)有無(wú)功補(bǔ)償裝置的情況下低速運(yùn)行的需要，綜合考慮項(xiàng)目進(jìn)度的需要以及節(jié)約成本的考慮，選取上述方案作為解決一回路冷卻泵D1的控制問(wèn)題。按照方案完成現(xiàn)場(chǎng)修改后，分別對(duì)一回路冷卻泵D1、D2的高速、低速進(jìn)行試運(yùn)行，一回路冷卻泵D1、D2運(yùn)轉(zhuǎn)正常，控制邏輯和控制信號(hào)反饋準(zhǔn)確。

4應(yīng)急交流供電系統(tǒng)性能試驗(yàn)

在反應(yīng)堆停堆狀態(tài)下模擬全廠停電試驗(yàn)是綜合檢驗(yàn)應(yīng)急交流供電系統(tǒng)設(shè)置的正確性和功能可靠性的重要試驗(yàn)。其性能驗(yàn)證主要包括以下內(nèi)容。

4.1供電可靠性驗(yàn)證

4.1.1UPS的性能驗(yàn)證在反應(yīng)堆停堆狀態(tài)下的全場(chǎng)停電試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中，當(dāng)兩路外電源同時(shí)斷電后，UPS能夠及時(shí)自動(dòng)切換至蓄電池組供電的方式運(yùn)行，所有應(yīng)急負(fù)荷均在斷電瞬間至斷電1h后仍運(yùn)行正常，驗(yàn)證了UPS的性能能夠滿(mǎn)足所帶負(fù)荷的供電需求。

4.1.2蓄電池的容量驗(yàn)證在兩路外電源同時(shí)斷電后，一回路冷卻泵A1、D1從3000r/min運(yùn)行自動(dòng)切換至1500r/min運(yùn)行，啟動(dòng)和運(yùn)行正常且在停電1h后蓄電池放電電壓未達(dá)到切換旁路運(yùn)行限值，仍有帶載能力，驗(yàn)證了蓄電池容量滿(mǎn)足瞬態(tài)沖擊負(fù)荷和穩(wěn)態(tài)負(fù)荷的要求。各組蓄電池?cái)嚯娗昂笾翑嚯?h時(shí)參數(shù)見(jiàn)表2。

4.2一回路冷卻泵D1的傳動(dòng)控制驗(yàn)證

兩路外電源同時(shí)斷電后，在高速運(yùn)行的三臺(tái)一回路冷卻泵（A1、B1、D1）中A1、D1兩臺(tái)冷卻泵自動(dòng)切換至低速運(yùn)行，A1泵切換時(shí)間為1.6s，D1泵切換時(shí)間為2.6s。一回路冷卻泵低速運(yùn)行在UPS由蓄電池供電的逆變輸出模式下，且在斷電1h后仍然運(yùn)行正常，驗(yàn)證了應(yīng)急交流供電系統(tǒng)的一回路冷卻泵傳動(dòng)控制柜控制邏輯和整定參數(shù)的正確性。斷電后一回路冷卻泵自動(dòng)切換見(jiàn)圖4。

5結(jié)語(yǔ)

升級(jí)改造后的應(yīng)急交流供電系統(tǒng)通過(guò)了全廠停電試驗(yàn)的驗(yàn)證和反應(yīng)堆滿(mǎn)功率72h運(yùn)行的考驗(yàn)，使得應(yīng)急交流供電系統(tǒng)的升級(jí)改造達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，為后續(xù)類(lèi)似工程的實(shí)施積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

作者：湯致敏 房文平 高超 馬燃 雷波 孟堅(jiān) 單位：中國(guó)中原對(duì)外工程有限公司