X研究堆應(yīng)急交流供電系統(tǒng)升級改造
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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)升級改造實(shí)施過程中遇到的技術(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)升級改造中重要負(fù)荷持續(xù)穩(wěn)定供電的問題、實(shí)際負(fù)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(dá)不到標(biāo)稱比重的問題。
關(guān)鍵詞：X研究堆應(yīng)急交流供電系統(tǒng)升級改造
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，滿足未來對放射性同位素和放射性藥物生產(chǎn)的需求，決定對反應(yīng)堆進(jìn)行全面的升級改造。項(xiàng)目改造升級的主要內(nèi)容涉及電氣系統(tǒng)的全面升級改造，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)堆長期穩(wěn)定可靠運(yùn)行。此次改造升級決定對該項(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)行升級改造，且均升級為1E級，升級改造后的應(yīng)急交流供電系統(tǒng)示意圖見圖1。
3應(yīng)急交流供電系統(tǒng)升級改造的特點(diǎn)、難點(diǎn)及解決措施
3.1應(yīng)急交流供電系統(tǒng)升級改造的特點(diǎn)
（1）改造過程中反應(yīng)堆是帶燃料停堆，改造過程中要保障重要負(fù)荷的安全持續(xù)穩(wěn)定供電，是項(xiàng)目實(shí)施過程中首要解決的問題。（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)施因時代變遷所帶來的設(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)鍵問題。（3）海外改造項(xiàng)目，設(shè)計考察和設(shè)計服務(wù)均存在很大的制約，導(dǎo)致設(shè)計文件、設(shè)計服務(wù)與現(xiàn)場難以做到及時、準(zhǔn)確、高效地銜接。所以，項(xiàng)目施工過程中需要不斷勘誤、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，是升級改造實(shí)施的前提。鑒于全廠供電系統(tǒng)均需要升級改造，現(xiàn)場研究后確定用舊有設(shè)備建立一套新的臨時供電系統(tǒng)，既可滿足重要負(fù)荷的供電需求，又可兼顧項(xiàng)目在升級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)施過程中發(fā)生了較大變化，其主要設(shè)備的性能能否滿足實(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)堆長期安全可靠運(yùn)行的一個關(guān)鍵影響因素。對應(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)行分析與計算。根據(jù)計算的結(jié)果，在不更換設(shè)備的前提下，對各段負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，滿足各段負(fù)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(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程中發(fā)生了變更，因此需要充分分析其變更對應(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)對比分析一回路冷卻泵D1的電機(jī)由原來的單繞組雙速電機(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)對比見表1。通過對一回路冷卻泵電機(jī)的變更參數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)其對應(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控制柜不能滿足一回路冷卻泵的高速運(yùn)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(jī)由單繞組改為雙繞組，現(xiàn)有的一回路冷卻泵傳動控制柜不能實(shí)現(xiàn)一回路冷卻泵的高速運(yùn)行。一回路冷卻泵D1、D2共用一套傳動控制柜，通過雙電源切換開關(guān)來選擇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(guān)系統(tǒng)的影響。一回路冷卻泵控制系統(tǒng)見圖2。經(jīng)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(xiàn)有控制回路啟動時，1KM2吸合D1泵的高速可以正常運(yùn)行，不會影響D2泵的正常運(yùn)行。其反饋給保護(hù)系統(tǒng)的信號也不需要修改。具體修改見圖3。應(yīng)急交流供電系統(tǒng)Ⅱ的負(fù)荷經(jīng)調(diào)整后，滿足變更后的一回路冷卻泵D1在現(xiàn)有無功補(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的控制問題。按照方案完成現(xiàn)場修改后，分別對一回路冷卻泵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)下的全場停電試驗(yàn)實(shí)施過程中，當(dāng)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(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斷電后，一回路冷卻泵A1、D1從3000r/min運(yùn)行自動切換至1500r/min運(yùn)行，啟動和運(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。各組蓄電池斷電前后至斷電1h時參數(shù)見表2。
4.2一回路冷卻泵D1的傳動控制驗(yàn)證
兩路外電源同時斷電后，在高速運(yùn)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(yùn)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(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切換見圖4。
5結(jié)語
升級改造后的應(yīng)急交流供電系統(tǒng)通過了全廠停電試驗(yàn)的驗(yàn)證和反應(yīng)堆滿功率72h運(yùn)行的考驗(yàn)，使得應(yīng)急交流供電系統(tǒng)的升級改造達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，為后續(xù)類似工程的實(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 單位：中國中原對外工程有限公司
