基于華龍一號驗證平臺的應急柴油機容量仿真驗證

陳 杰，張立群

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

0 引言

應急柴油機作為電廠應急電源，在內外電源失去時啟動，為電廠重要設備和系統(tǒng)提供應急電源，從而確保反應堆的緊急安全停堆，以及防止重要設備因廠用電系統(tǒng)的失電而造成的損失。設計驗證平臺作為驗證工具是通過仿真的方式實施設計方案，基于全范圍、高精度、實時的核電站工藝系統(tǒng)模型及仿真數字化儀控系統(tǒng)，在核電站系統(tǒng)設計、集成、調試等階段對設計驗證、功能測試、邏輯預演、數值仿真測試發(fā)揮著重要作用[1]。

在停電事故時，應急柴油機的供電容量將決定能否正常供電，重要設備是否能正常加載。為了更準確地設計應急柴油機負荷容量，本文基于華龍一號設計驗證平臺[2]模擬了不同工況下的電氣系統(tǒng)負荷，對應急柴油機供電容量進行仿真驗證并得到了相應的曲線，對實際的應急柴油機容量提供了參考意義。

1 驗證方案

為了準確得到應急柴油機加載過程中的各設備的實際負荷，需要準確計算出各泵及電機的功率。

1.1 泵功率計算

1）依據泵的性能曲線中的流量——揚程曲線，標定仿真模型中泵的流量揚程曲線，并參考系統(tǒng)設計手冊調試泵所在管路的流量特性，使泵所在管路流量滿足設計要求。

2）在驗證平臺導入泵性能曲線中的流量——泵額定輸入功率曲線，讀取仿真模型中泵的流量，即可得到泵的輸入功率。

1.2 電機功率計算

1）依據電機的負載，即泵的輸入功率，通過平臺中導入的電機特性曲線中的P1——P2/PN曲線，即可得到電機的輸入功率。若缺少P1——P2/PN曲線，可將效率——負載倍數曲線導入驗證平臺，由電機負載得到電機的效率，然后利用負載除以電機效率，即可得到電機的輸入功率。

2）利用導入驗證平臺的功率因素——負載倍數曲線，由電機的負載得到電機的功率因數，利用電機的輸入功率除以功率因數，即可得到電機的視在功率。

3）電機啟動電流計算：通過導入啟動電流倍數——轉速曲線或者啟動電流倍數——轉差率曲線，讀取仿真模型中電機的轉速，即可得到電機的啟動電流。

依據應急柴油發(fā)電機組加載程序中列出的工況，通過在設計驗證平臺插入故障的方式進入該工況。在驗證平臺仿真運行[3]中，可以獲取每個時間序列各電機的功率、電流等參數。通過仿真獲得的參數，可驗證應急柴油發(fā)電機的供電容量是否合適。

2 仿真測試驗證

為了驗證自動加載過程中應急柴油發(fā)電機組的容量，在設計驗證平臺上進行應急柴油機組加載程序及加載負荷容量的測試。首先，需在驗證平臺上，對應急柴油機帶載邏輯進行驗證；其次，對負荷容量進行驗證，選取典型工況（失電+安注下應急負荷的加載）。

2.1 應急柴油機帶載邏輯驗證

在仿真驗證平臺上裝載100%功率工況運行，通過插入失電故障，驗證應急柴油機帶載邏輯，其仿真過程和結果見表1。

通過表1可以得知，在失電工況時，在驗證平臺上對應急柴油機帶載邏輯進行驗證的結果是正確的。

2.2 失電+安注下應急負荷的加載

在驗證平臺上運行100%功率工況，插入一回路二環(huán)路熱段150 mm破口故障，安注啟動達到穩(wěn)定流量后，存儲安注工況；在驗證平臺上運行此安注工況，60 s后插入失去主外電和輔變失電故障，應急柴油機帶載后，記錄各電機的輸入功率、視在功率，其仿真結果見表2。

其電機的功率、電流曲線和EMA總視在功率曲線的仿真曲線圖，如圖1、圖2所示（選取0 s加載RSI001PO及EMA總視在功率）。

表1 邏輯驗證Table 1 Logic verification

表2 EMA序列Table 2 EMA Sequence

圖1 0s 加載RSI001PO Fig.1 0s Loading RSI001PO

圖2 EMA中壓電動機視在功率之和Fig.2 Sum of apparent power of EMA medium voltage motor

由圖1和圖2可得知，在安注故障疊加失電故障后，應急柴油機按照加載程序自動加載，A列負荷容量在1 min 52 s時達到峰值，為3589 kVA，在2 min 50 s時達到穩(wěn)定，為3546.2 kVA。

3 結束語

本仿真驗證基于全范圍、高精度、實時的核電站設計仿真驗證平臺，采用成熟的建模軟件對應急柴油機的電氣負荷進行仿真建模。為了更準確地設計應急柴油機的容量，通過在驗證平臺上先后驗證應急柴油機的帶載邏輯，并選取兩種事故工況對容量進行驗證，結果表明：

1）驗證平臺上應急柴油機的加載邏輯與設計對比是準確無誤的，表明這種驗證方式是合適且可行的。

2）驗證平臺上不同事故工況下的應急柴油機容量帶載不同，供電容量并不是負載的累加，對應急柴油機的容量設計提供了一定的參考意義。