基于一種安全級數(shù)字化平臺的EDG電控系統(tǒng)方案

李濤

摘要：根據(jù)核電站應(yīng)急柴油發(fā)電機組（EDG）系統(tǒng)要求提出了數(shù)字化EDG電控系統(tǒng)核心控制單元安全級控制柜和非安全級控制柜的設(shè)計與實現(xiàn)方案，包括系統(tǒng)設(shè)計、硬件配置、供電設(shè)計和接地設(shè)計等內(nèi)容，并介紹了數(shù)字化EDG電控系統(tǒng)相比傳統(tǒng)繼電器控制方案的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：核電站;柴油機;數(shù)字化電控;安全級;冗余設(shè)計

中圖分類號：TL362+.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）22-0201-02

0? 引言

EDG安裝于核電站柴油機廠房內(nèi)，主要用于核電站應(yīng)急供電系統(tǒng)。作為EDG的中樞大腦，一套可靠、及時和安全的數(shù)字化電控系統(tǒng)方案設(shè)計是十分必要的。一種基于某安全級數(shù)字化平臺的EDG電控系統(tǒng)順應(yīng)而出，其核心控制單元為安全級控制柜（1E級控制柜）和非安全級控制柜（N1E級控制柜）。

1? 系統(tǒng)方案的設(shè)計與實現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

數(shù)字化EDG電控系統(tǒng)核心部分為安全級數(shù)字化系統(tǒng)和非安全級數(shù)字化系統(tǒng)，分別布置在兩個獨立的機柜內(nèi)，相互間采用光纖鏈路模塊隔離，實現(xiàn)了安全級和非安全級功能的電信號和物理隔離。同時，通過對機組數(shù)模信號的采集和可視化的顯示界面實現(xiàn)了模擬信號和數(shù)字信號的在線監(jiān)測和趨勢分析。

1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計概述

系統(tǒng)設(shè)置2個現(xiàn)場控制站，如圖1所示。1E級控制柜1個，配置1對冗余控制器，實現(xiàn)1E級控制功能;N1E級控制柜1個，配置1對冗余控制器，實現(xiàn)N1E級控制、HMI和故障錄波等功能。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要由通信模塊、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機等組成。主控模塊和I/O模塊之間采用S-LINK1總線進行通信，通信模塊I以及I/O模塊和擴展模塊之間通過S-LINK2總線進行通信。系統(tǒng)通過網(wǎng)關(guān)與上位機通信，遵從TCP/IP協(xié)議。其中1E級控制柜的主控與上位機之間為單向通信，N1E級控制柜的主控與上位機之間為雙向通信。為了最大程度保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，系統(tǒng)主控模塊采用冗余設(shè)計;網(wǎng)絡(luò)中擴展模塊、通信模塊I冗余配置。

1.3 供電設(shè)計

數(shù)字化EDG電控系統(tǒng)上游有一個專門的配電柜給各個機柜供電。配電柜提供220VAC和24V DC電源。本原理樣機的設(shè)計中，只取配電柜220VAC電源。220VAC經(jīng)過脈沖抑制器和交流濾波器向機柜內(nèi)部供電。為保證系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性，1E級控制柜和N1E級控制柜同樣配置冗余的220VAC轉(zhuǎn)24VDC電源模塊，24VDC電源轉(zhuǎn)換模塊選用型號為CP10.242的PULS電源，具備并聯(lián)均流及20ms以上掉電保持的能力。為確保供電安全，每個PULS電源模塊的進線和出線均配置獨立的空開。

1E級控制柜和N1E級控制柜供電設(shè)計分別如圖2和圖3所示。

1.4 接地設(shè)計

接地分系統(tǒng)地、保護地和屏蔽地。系統(tǒng)地提供直流電壓的參考地，主要連接機箱背板的接地線、供電模塊的負端;保護地主要連接機柜的外殼、強電接地;屏蔽地連接信號的屏蔽層。屏蔽地和保護地在柜內(nèi)短接后輸出到柜外電氣接地點，系統(tǒng)地單獨輸出到柜外電氣接地點。接地銅排的厚度大于6mm，寬度大于25mm;為確保接地引線連接可靠，接地銅排直接攻絲與連接螺絲相連，接地系統(tǒng)的接線設(shè)置銅排連接線片。系統(tǒng)接地分干線截面積不小于16mm2，接地干線截面積不小于25mm2，接地總干線截面積不小于50mm2。系統(tǒng)接地電阻小于0.1Ω。

2? 數(shù)字化EDG電控系統(tǒng)優(yōu)勢

2.1 電控系統(tǒng)更穩(wěn)定、更可靠

為了最大程度保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，系統(tǒng)采用冗余設(shè)計原則：①系統(tǒng)主控模塊采用冗余設(shè)計;②網(wǎng)絡(luò)中擴展模塊、通信模塊I冗余配置;③系統(tǒng)24VDC工作電源采用冗余設(shè)計。

采用主控和通信雙冗余的方式，提高系統(tǒng)邏輯控制和通信交互的可靠性。若想通過傳統(tǒng)繼電器搭建雙冗余系統(tǒng)需增加一倍繼電器，大大提高了成本的同時也將面臨更多的潛在故障點。而數(shù)字化系統(tǒng)只需增加一個主控模塊，控制邏輯在軟件內(nèi)實現(xiàn)。實現(xiàn)安全級和非安全的交互只需兩根光纖，繼電器搭建則需幾百根硬接線，失效風險更大。

使用FPGA搭建控制的系統(tǒng)不僅穩(wěn)定性更高，而且可完全取代繼電器的使用，從源頭上避免了因繼電器失效引起的EDG不可用風險，開發(fā)的數(shù)字化部件的故障率≤0.01%，遠遠低于繼電器的故障率。

2.2 診斷、維修更方便

數(shù)字化系統(tǒng)可實現(xiàn)系統(tǒng)自檢，繼電器搭建的電控系統(tǒng)需延故障點查線尋找故障;數(shù)字化系統(tǒng)當某個功能失效時，可直接替換相應(yīng)模塊即可，有助于縮短維修時間。

3? 結(jié)語

數(shù)字化電控系統(tǒng)是核電站EDG電控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，國內(nèi)核電站EDG中絕大多數(shù)還采用繼電器搭建的控制方案;少部分引入了繼電器+PLC的控制方案，實現(xiàn)了半數(shù)字化。隨著智能核電概念的提出，安全、穩(wěn)定、可靠的數(shù)字化電控系統(tǒng)將逐步取代原有的控制方式。

參考文獻：

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