某取水泵站6kV水泵保護(hù)回路改造

白斯宇，劉辰龍，郭翔博，李昌順，蔣汀嵐

（中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院，成都 610041）

0 引言

圖1 系統(tǒng)供電原理圖Fig.1 Schematic diagram of system power supply

某泵站是該工程試驗(yàn)堆二次冷卻水系統(tǒng)的主供取水泵站，其主要取水設(shè)備是6臺(tái)6kV高壓潛水泵。該泵站共有兩路6kV電源，分別由上級(jí)35kV變電站6kV甲段、6kV乙段引來。正常情況下，泵站6kV甲段、6kV乙段分段運(yùn)行，其中甲段6kV帶1#、3#、5#水泵，乙段6kV帶2#、4#、6#水泵。運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，甲段電源失電的情況下，甲段電源所帶水泵會(huì)停運(yùn)（預(yù)期情況），而乙段電源所帶水泵不會(huì)停運(yùn)（預(yù)期情況），而在乙段電源失電的情況下，不僅乙段電源所帶水泵會(huì)停運(yùn)（預(yù)期情況），甲段電源所帶水泵也會(huì)停運(yùn)（非預(yù)期情況）。此種保護(hù)模式存在極大安全隱患，即乙段失電的情況下，所有水泵均會(huì)停轉(zhuǎn)，雖然可以通過倒閘操作恢復(fù)部分水泵的正常運(yùn)行，但需要一定時(shí)間（水泵停轉(zhuǎn)之后需要30min才能再次啟動(dòng)），在此期間不能保證系統(tǒng)的正常供水，影響了取水系統(tǒng)的可靠性。因此，急需對(duì)水泵保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行改造，保證甲、乙兩段電源所帶水泵的獨(dú)立性。

1 問題分析

6臺(tái)水泵主電源按照1#、3#、5#接甲段6kV，2#、4#、6#接乙段6kV的方式接線，一方面將負(fù)荷平均分配在了兩段電源上，減小單段電源的供電壓力，另一方面兩路獨(dú)立的電源增強(qiáng)了取供水系統(tǒng)的可靠性。但是在水泵保護(hù)回路方面，1#與2#、3#與4#、5#與6#水泵各自共用1個(gè)PLC模塊，其電源均來自乙段6/0.4kV變壓器低壓側(cè)開關(guān)柜。當(dāng)乙段電源故障時(shí)，3個(gè)PLC模塊均失電，引發(fā)相應(yīng)水泵的高壓開關(guān)柜跳閘，系統(tǒng)供電原理圖如圖1所示。此控制回路問題為設(shè)計(jì)缺陷，水泵在一次回路接線中將6臺(tái)水泵平均分配在了甲、乙兩段電源上，但在保護(hù)回路中的PLC模塊分配時(shí)，卻又將甲、乙兩段上的水泵兩兩一組放到了一起，這樣無論P(yáng)LC的電源引自甲段或乙段，均會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)段電源失電時(shí)，另一段6kV電源所帶水泵會(huì)受保護(hù)模塊失電影響而停泵的情況。

圖2 方案一原理圖Fig.2 Schematic diagram of scheme one

2 解決方案

針對(duì)上述問題，共有兩種改造思路：一是改變甲、乙兩段上的水泵交叉共用PLC模塊的現(xiàn)狀，使甲段水泵（1#、3#、5#）的保護(hù)模塊使用甲段低壓電源，乙段水泵（2#、4#、6#）的保護(hù)模塊使用乙段低壓電源，從而實(shí)現(xiàn)甲、乙兩段所帶水泵在保護(hù)回路上的相對(duì)獨(dú)立；二是保持現(xiàn)有共用保護(hù)模塊現(xiàn)狀，從實(shí)現(xiàn)其不間斷供電的思路著手，引入U(xiǎn)PS電源和甲、乙兩路雙電源，在常用電源失電的情況下，自動(dòng)投入另一段電源，同時(shí)依靠UPS提供的不間斷電源，實(shí)現(xiàn)保護(hù)模塊的持續(xù)供電，避免了因保護(hù)模塊失電引起的不必要的水泵停運(yùn)。兩種方案的詳細(xì)內(nèi)容如下：

2.1 方案一

原有3塊PLC模塊保留給2#、4#、6#水泵使用，增加3塊PLC模塊供1#、3#、5#水泵使用，并從甲段低壓開關(guān)柜引電源給其供電，從而使甲、乙兩段所帶水泵的保護(hù)回路獨(dú)立，即把原有的1#和2#分開，3#和4#分開，5#和6#分開，如圖2所示。這樣一來保證了每臺(tái)水泵一次回路和保護(hù)回路電源的一致性，在某一段電源失電的情況下，不會(huì)影響另一段電源所帶水泵的正常運(yùn)行。此方案需增加3塊PLC模塊，并從380V甲段引入低壓電源，同時(shí)還需對(duì)新增加的PLC模塊進(jìn)行編程，經(jīng)估算，改造費(fèi)用約為12萬元，改造周期約為1周。

2.2 方案二

圖3 方案二原理圖Fig.3 Schematic diagram of scheme two

安裝UPS電源，電源端通過兩只互為閉鎖的接觸器構(gòu)成雙電源自動(dòng)切換裝置[1-3]，分別引入甲、乙兩路低壓電源，輸出端給3個(gè)PLC模塊提供不間斷電源，如圖3所示。兩只接觸器接入常閉觸點(diǎn)，當(dāng)回路甲通電時(shí)，KM1線圈得電，其觸點(diǎn)分開，乙回路失電；當(dāng)甲段電源失電時(shí)，KM1線圈失電，其觸點(diǎn)閉合，乙回路通電，反之亦然。這樣在甲段（乙段）電源失電的情況下，UPS輸入端自動(dòng)切換到乙段（甲段）電源，在此切換期間（不到1s），UPS能持續(xù)為保護(hù)裝置提供電源。因此，水泵不會(huì)因?yàn)楸Ｗo(hù)回路的失電而觸發(fā)高壓開關(guān)柜跳閘，在6kV某段失電的情況下，所帶水泵會(huì)停轉(zhuǎn)，而另一段6kV電源所帶水泵則不受影響。此方案需增加1套UPS及蓄電池、2個(gè)接觸器及熔斷器等配件，還需從380V甲段引一路220V電源，改造經(jīng)費(fèi)約為2.7萬元，改造周期約為1天。兩種方案均能達(dá)到改造目的，但方案二比方案一改造費(fèi)用更低、改造周期更短、施工難度小。因此，經(jīng)綜合考慮，選擇方案二。

3 改造實(shí)施

選取UPS型號(hào)額定功率為3kVA/2.4kW，輸出電流為14A，蓄電池容量為9AH，整套裝置能極大滿足3個(gè)PLC模塊的供電需求。接觸器選用額定開斷電流為12A，滿足使用需求，同時(shí)搭配iC65N-C32A/1P斷路器及gF1-16/4A熔斷器。將整套裝置按原理圖接線并安裝于3#、4#泵共用的控制柜內(nèi)，從UPS的輸出回路引3路電源分別至各個(gè)控制柜的PLC模塊。

4 調(diào)試

安裝完成后，首先為雙電源自動(dòng)切換裝置投入380V甲段電源、380V乙段電源備用，啟動(dòng)3#（6kV甲段供電）、4#（6kV乙段供電）水泵，此時(shí)6kV甲段與6kV乙段分段運(yùn)行，5min后切斷6kV甲段電源，隨即3#泵停泵（預(yù)期情況），雙電源自動(dòng)切換裝置接入380V乙段電源（耗時(shí)0.5s），4#泵一直保持正常運(yùn)行（預(yù)期情況）。隨后恢復(fù)6kV甲段供電，甲、乙兩段仍保持分段運(yùn)行狀態(tài)，啟動(dòng)5#（6kV甲段供電）、6#（6kV乙段供電）水泵，5min后切斷6kV乙段電源，隨即4#、6#泵停泵（預(yù)期情況），雙電源自動(dòng)接入甲段供電（耗時(shí)0.5s），5#泵一直保持正常運(yùn)行（預(yù)期情況）。同理，對(duì)1#、2#水泵也進(jìn)行了斷電試驗(yàn)，未出現(xiàn)非預(yù)期停泵情況。經(jīng)試驗(yàn)論證，改造結(jié)果達(dá)到了預(yù)期。

5 結(jié)束語

改造完成至今，該泵站未出現(xiàn)6kV甲段（乙段）失電，引起6kV乙段（甲段）水泵停運(yùn)的情況，提高了廠外取供水系統(tǒng)的可靠性，為該工程試驗(yàn)堆的安全運(yùn)行提供了可靠的二次冷卻水供水保障。從發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、提出方案、綜合對(duì)比再到方案實(shí)施，此次改造不僅達(dá)到了目的，還節(jié)約了改造經(jīng)費(fèi)。同時(shí)，為相關(guān)工作人員在類似的系統(tǒng)前期設(shè)計(jì)中提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，不能顧此失彼，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，因地制宜，采取合理的設(shè)計(jì)方案，避免后期的不適用給系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行帶來不必要的隱患。