X研究堆應急交流供電系統升級改造

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摘要：本文就X研究堆運行的應急交流供電系統升級改造實施過程中遇到的技術難點進行了全面分析研究，綜合考慮方案的可行性、經濟性，選取最優解決方案并實施，解決了應急交流供電系統升級改造中重要負荷持續穩定供電的問題、實際負荷超出其UPS額定承載能力的問題、一回路冷卻泵變更后的傳動控制問題和蓄電池組比重達不到標稱比重的問題。

關鍵詞：X研究堆應急交流供電系統升級改造

1項目概況

海外X研究堆及附屬設施已經運行三十多年，其電氣系統設備、電纜全面老化面臨淘汰。為了有效利用現有反應堆及其設施，使該反應堆能夠繼續安全有效地運行，滿足未來對放射性同位素和放射性藥物生產的需求，決定對反應堆進行全面的升級改造。項目改造升級的主要內容涉及電氣系統的全面升級改造，儀表、控制、輻射防護系統的數字化改造以及部分工藝系統、設備和部件的檢修更換。其中電氣系統的升級改造幾乎是進行全面的更新，是合同內容的重要組成部分和改造工程量最大的系統，應急交流供電系統由于涉及反應堆運行安全，成為整個電氣系統中的重點難點工作。

2應急交流供電系統現狀

原有應急交流供電系統已經投用三十多年，其設備及電纜老化嚴重，穩定性和可靠性嚴重降低，很難保障反應堆長期穩定可靠運行。此次改造升級決定對該項目應急交流供電系統內原有設備、設施全部進行升級改造，且均升級為1E級，升級改造后的應急交流供電系統示意圖見圖1。

3應急交流供電系統升級改造的特點、難點及解決措施

3.1應急交流供電系統升級改造的特點

（1）改造過程中反應堆是帶燃料停堆，改造過程中要保障重要負荷的安全持續穩定供電，是項目實施過程中首要解決的問題。（2）反應堆及附屬設施已建成運行三十多年，廠房設備設施因時代變遷所帶來的設備迭代更新，致使本項目新、舊設備合理匹配成為制約改造能否順利進行的關鍵問題。（3）海外改造項目，設計考察和設計服務均存在很大的制約，導致設計文件、設計服務與現場難以做到及時、準確、高效地銜接。所以，項目施工過程中需要不斷勘誤、變更、修改，這也是本項目區別其他改造項目的重要特點。

3.2應急交流供電系統升級改造的難點及解決措施

3.2.1保障重要負荷持續穩定供電及解決措施保證X研究堆安全運行的設備均由應急交流供電系統供電，在應急交流供電系統升級改造期間如何保障這部分設備的持續穩定供電，是升級改造實施的前提。鑒于全廠供電系統均需要升級改造，現場研究后確定用舊有設備建立一套新的臨時供電系統，既可滿足重要負荷的供電需求，又可兼顧項目在升級改造期間的施工用電、一般設備運行供電和業主方辦公供電的需求。

3.2.2實際負荷變化的影響與解決措施由于應急交流供電系統的負荷在實施過程中發生了較大變化，其主要設備的性能能否滿足實際負荷安全可靠的供電需求，成為該系統能否確保反應堆長期安全可靠運行的一個關鍵影響因素。對應急交流供電系統的UPS-A、B、C和蓄電池組A、B、C在實際工況下能夠承載的最大負荷功率和應急交流供電系統Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段實際負荷功率進行分析與計算。根據計算的結果，在不更換設備的前提下，對各段負荷進行優化調整，滿足各段負荷的計算功率在其配套的UPS及蓄電池組的額定承載能力范圍內。

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堆一回路的主泵。改造實施過程中更換的一回路冷卻泵D1的電機因各方面的原因在制造過程中發生了變更，因此需要充分分析其變更對應急交流供電系統產生的影響，研究和制定相應的應對方案及解決措施，確保其實現原有的功能。（1）一回路冷卻泵D1與舊一回路冷卻泵相關參數對比分析一回路冷卻泵D1的電機由原來的單繞組雙速電機改為雙繞組雙速電機，電機的功率因數、額定電流、接線方式等參數發生了變化。一回路冷卻泵D1與舊一回路冷卻泵電機主要參數對比見表1。通過對一回路冷卻泵電機的變更參數分析，發現其對應急交流供電系統的影響，一是導致應急交流供電系統Ⅱ段負荷功率發生了變化，二是導致一回路冷卻泵傳動控制柜不能滿足一回路冷卻泵的高速運行。（2）一回路冷卻泵的變更對控制柜的影響分析及解決措施一回路冷卻泵的電機由單繞組改為雙繞組，現有的一回路冷卻泵傳動控制柜不能實現一回路冷卻泵的高速運行。一回路冷卻泵D1、D2共用一套傳動控制柜，通過雙電源切換開關來選擇D1或D2泵的運行，因此在分析和制定一回路冷卻泵D1傳動控制的方案和措施時，必須綜合考慮對一回路冷卻泵D2及其他有關系統的影響。一回路冷卻泵控制系統見圖2。經過綜合分析該問題得出解決方案：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泵按照現有控制回路啟動時，1KM2吸合D1泵的高速可以正常運行，不會影響D2泵的正常運行。其反饋給保護系統的信號也不需要修改。具體修改見圖3。應急交流供電系統Ⅱ的負荷經調整后，滿足變更后的一回路冷卻泵D1在現有無功補償裝置的情況下低速運行的需要，綜合考慮項目進度的需要以及節約成本的考慮，選取上述方案作為解決一回路冷卻泵D1的控制問題。按照方案完成現場修改后，分別對一回路冷卻泵D1、D2的高速、低速進行試運行，一回路冷卻泵D1、D2運轉正常，控制邏輯和控制信號反饋準確。

4應急交流供電系統性能試驗

在反應堆停堆狀態下模擬全廠停電試驗是綜合檢驗應急交流供電系統設置的正確性和功能可靠性的重要試驗。其性能驗證主要包括以下內容。

4.1供電可靠性驗證

4.1.1UPS的性能驗證在反應堆停堆狀態下的全場停電試驗實施過程中，當兩路外電源同時斷電后，UPS能夠及時自動切換至蓄電池組供電的方式運行，所有應急負荷均在斷電瞬間至斷電1h后仍運行正常，驗證了UPS的性能能夠滿足所帶負荷的供電需求。

4.1.2蓄電池的容量驗證在兩路外電源同時斷電后，一回路冷卻泵A1、D1從3000r/min運行自動切換至1500r/min運行，啟動和運行正常且在停電1h后蓄電池放電電壓未達到切換旁路運行限值，仍有帶載能力，驗證了蓄電池容量滿足瞬態沖擊負荷和穩態負荷的要求。各組蓄電池斷電前后至斷電1h時參數見表2。

4.2一回路冷卻泵D1的傳動控制驗證

兩路外電源同時斷電后，在高速運行的三臺一回路冷卻泵（A1、B1、D1）中A1、D1兩臺冷卻泵自動切換至低速運行，A1泵切換時間為1.6s，D1泵切換時間為2.6s。一回路冷卻泵低速運行在UPS由蓄電池供電的逆變輸出模式下，且在斷電1h后仍然運行正常，驗證了應急交流供電系統的一回路冷卻泵傳動控制柜控制邏輯和整定參數的正確性。斷電后一回路冷卻泵自動切換見圖4。

5結語

升級改造后的應急交流供電系統通過了全廠停電試驗的驗證和反應堆滿功率72h運行的考驗，使得應急交流供電系統的升級改造達到了預期的目標，為后續類似工程的實施積累了寶貴的經驗。

作者：湯致敏 房文平 高超 馬燃 雷波 孟堅 單位：中國中原對外工程有限公司