肖項(xiàng)濤，郝亮亮，梁鄭秋，何 鵬，吳鵬飛

核電RAM系統(tǒng)不正常工況分析及失磁保護(hù)優(yōu)化

肖項(xiàng)濤1，郝亮亮1，梁鄭秋1，何 鵬2，吳鵬飛3

(1.北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，北京 100044；2.遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116001；3.陽江核電有限公司，廣東 陽江 529599)

核電站控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)電源系統(tǒng)(RAM)是控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)的唯一供電系統(tǒng)，目前RAM系統(tǒng)存在一系列不正常工況及失磁保護(hù)失配問題。為深入了解系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律并解決失磁保護(hù)失配問題，首先，結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)，基于PSCAD仿真平臺建立了RAM系統(tǒng)仿真模型。在驗(yàn)證模型正確性的基礎(chǔ)上，對存在的不正常工況產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行分析，通過仿真驗(yàn)證了分析的正確性。其次，對某核電站失磁保護(hù)與過流保護(hù)的失配現(xiàn)象進(jìn)行了仿真復(fù)現(xiàn)，并分析了失配發(fā)生的原因。最后對失磁保護(hù)進(jìn)行了邏輯優(yōu)化及配合優(yōu)化，制定了III段式失磁保護(hù)配置方案，從不同負(fù)載水平時發(fā)生不同程度失磁故障兩個維度驗(yàn)證了方案的適用性。所開展的RAM系統(tǒng)不正常工況分析工作和所提失磁保護(hù)方案對保障核電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行有重要意義。

核電站RAM系統(tǒng)；不正常工況；保護(hù)失配；失磁保護(hù)優(yōu)化

0 引言

核電站控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)(CRDM)的作用是提升和下放核反應(yīng)控制棒，其電源系統(tǒng)(RAM)采取百分百冗余配置，由兩列參數(shù)及保護(hù)配置完全相同的電動機(jī)與發(fā)電機(jī)(M-G)組構(gòu)成，正常工作時兩列機(jī)組并列運(yùn)行[1-2]。完整的RAM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，分為上游供電部分、RAM系統(tǒng)及下游負(fù)荷部分。上游供電部分由核電站主發(fā)電機(jī)經(jīng)分裂變和降壓變產(chǎn)生380 V線電壓電源；RAM系統(tǒng)由籠型異步電動機(jī)經(jīng)過飛輪質(zhì)量塊拖動隱極發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生260 V線電壓供給下游負(fù)荷。RAM系統(tǒng)出口母線經(jīng)半波整流，給控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)負(fù)荷線圈供電，實(shí)現(xiàn)控制棒的插拔。

圖1 完整RAM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

目前核電站RAM系統(tǒng)按照勵磁方式的不同可分為兩類，第一類采用相復(fù)勵有刷勵磁，第二類采用相復(fù)勵無刷勵磁。長期的工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，采用有刷勵磁方式的機(jī)組，在運(yùn)行時存在一列機(jī)組從相鄰機(jī)組吸取無功的不正常工況；第二類機(jī)組存在異步電機(jī)供電有壓差，導(dǎo)致兩列機(jī)組輸出有功不一致的不正常工況。此外，RAM系統(tǒng)還存在失磁保護(hù)與過流保護(hù)的失配問題。

對于上述不正常工況的分析目前未見公開資料報(bào)道?，F(xiàn)有的常規(guī)發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)主要根據(jù)失磁故障特征來構(gòu)成定子判據(jù)、轉(zhuǎn)子判據(jù)和輔助判據(jù)[3]。定子側(cè)多以機(jī)端測量阻抗軌跡為判據(jù)，通過功率的變化來反映功率角和轉(zhuǎn)差率的狀態(tài)，一般為靜穩(wěn)阻抗圓判據(jù)和異步阻抗圓判據(jù)[4-7]。而西門子失磁保護(hù)方案采用基于導(dǎo)納測量的原理，將P-Q平面表示的發(fā)電機(jī)運(yùn)行極限特性用導(dǎo)納表示，并作為失磁保護(hù)邊界[8-10]。轉(zhuǎn)子側(cè)判據(jù)多采用變勵磁電壓判據(jù)[11]，即有功負(fù)荷一定時，根據(jù)靜穩(wěn)極限所需的最低勵磁電壓，來判別是否失磁。該判據(jù)靈敏度高，但整定相對復(fù)雜。而輔助判據(jù)多為逆無功判據(jù)和系統(tǒng)側(cè)低電壓判據(jù)，輔助判據(jù)往往動作于信號[12]。

RAM系統(tǒng)不同于并網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，其差異主要體現(xiàn)在兩方面：一是RAM系統(tǒng)發(fā)電機(jī)不設(shè)調(diào)速器，但具有慣性質(zhì)量很大的飛輪；二是RAM系統(tǒng)不并網(wǎng)，發(fā)電機(jī)經(jīng)出口母線直接連至負(fù)荷，無聯(lián)系電抗，機(jī)端電壓和頻率不恒定。由于RAM系統(tǒng)與常規(guī)并網(wǎng)發(fā)電機(jī)存在明顯差異，因此工程實(shí)際中多采用最簡單的轉(zhuǎn)子低電流作為失磁保護(hù)判據(jù)。在機(jī)組失磁時，由于失磁保護(hù)與過流保護(hù)配合不當(dāng)，導(dǎo)致故障機(jī)組和正常機(jī)組均被切除，使得控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)失電，控制棒落棒致反應(yīng)堆停堆。為提高RAM系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，需對其存在的不正常工況及失磁保護(hù)失配現(xiàn)象展開機(jī)理分析，并進(jìn)行保護(hù)優(yōu)化。

為了深入揭示RAM系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律，明確不正常狀態(tài)及相關(guān)保護(hù)失配的機(jī)理，第1節(jié)根據(jù)RAM系統(tǒng)拓?fù)浼皩?shí)際參數(shù)建立了仿真模型；在第2節(jié)中，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)對模型的穩(wěn)態(tài)工況、飛輪作用和勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了模型的正確性；在第3節(jié)中，對第一類機(jī)組存在的無功不平衡工況及第二類機(jī)組存在的輸出有功不一致等不正常工況進(jìn)行了分析及仿真，解釋了其產(chǎn)生機(jī)理。在第4節(jié)中復(fù)現(xiàn)了失磁保護(hù)與過流保護(hù)的失配現(xiàn)象，得到了與現(xiàn)場一致的失磁保護(hù)與過流保護(hù)失配的動作結(jié)果；從保護(hù)原理優(yōu)化及配合優(yōu)化兩方面入手，制定了III段式失磁保護(hù)配置方案，并通過仿真驗(yàn)證了方案的可行性。

1 RAM系統(tǒng)仿真建模

RAM機(jī)組建模的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是M-G機(jī)組的建模和勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的建模，下面詳細(xì)介紹兩者的建模過程。

1.1 M-G機(jī)組的原理及建模

RAM系統(tǒng)電動機(jī)-飛輪-發(fā)電機(jī)同軸連接，且發(fā)電機(jī)無調(diào)速器。建模時將飛輪轉(zhuǎn)動慣量等效到電動機(jī)慣量中，M-G機(jī)組耦合原理如圖2所示。電動機(jī)運(yùn)行在轉(zhuǎn)矩控制模式，發(fā)電機(jī)運(yùn)行在轉(zhuǎn)速控制模式。將電動機(jī)-發(fā)電機(jī)視為一個面向負(fù)荷的整體，由機(jī)組整體與負(fù)荷實(shí)現(xiàn)功率與轉(zhuǎn)矩的平衡。在機(jī)組內(nèi)部，發(fā)電機(jī)將對應(yīng)負(fù)荷條件下所需的電磁轉(zhuǎn)矩傳遞給電動機(jī)，由電動機(jī)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速要求，并將此轉(zhuǎn)速傳遞至發(fā)電機(jī)使兩者運(yùn)行在同一轉(zhuǎn)速。

圖2 M-G機(jī)組耦合原理

1.2 相復(fù)勵勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理及建模

采用相復(fù)勵有刷勵磁方式的RAM機(jī)組，通過接在機(jī)端的勵磁變進(jìn)行全橋式整流，后經(jīng)由電刷和滑環(huán)對發(fā)電機(jī)勵磁。采用相復(fù)勵無刷勵磁方式的RAM機(jī)組，通過與發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)的整流器，將直流電壓輸出直接施加在發(fā)電機(jī)勵磁線圈上[13-15]。

相復(fù)勵勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)由作為勵磁功率單元的相復(fù)勵裝置和作為勵磁調(diào)節(jié)單元的自動電壓校正器AVR組成[16-17]，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。相復(fù)勵裝置根據(jù)發(fā)生的擾動進(jìn)行控制，即按照發(fā)電機(jī)負(fù)載電流大小和功率因數(shù)進(jìn)行主控制，以補(bǔ)償系統(tǒng)的主擾動。而AVR對發(fā)電機(jī)機(jī)端具有的電壓偏差進(jìn)行校正，通過直流側(cè)對交流側(cè)分流進(jìn)行輔助控制。

圖3 相復(fù)勵無刷勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由圖3可知，相復(fù)勵裝置包含：電流互感器TA、移相電抗器L、諧振電容C、相復(fù)勵變壓器TL和整流器V。其數(shù)學(xué)模型可用式(2)描述。

AVR包括兩個組件：調(diào)節(jié)組件和帶有晶閘管分流旁路的觸發(fā)組件。當(dāng)存在電壓偏差時，AVR通過電阻R及內(nèi)部晶閘管實(shí)現(xiàn)直流側(cè)對交流側(cè)分流。由相復(fù)勵變壓器TL的U相經(jīng)電阻R到AVR內(nèi)部的晶閘管構(gòu)成分流路徑，通過調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)分流，因此只能負(fù)向調(diào)節(jié)。AVR具體組成有電壓差檢測單元、相位補(bǔ)償單元、主控制器單元、比例飽和單元以及反饋單元等部分，根據(jù)各部分功能建立數(shù)學(xué)模型[18-19]。

電壓差檢測單元：

超前滯后補(bǔ)償器數(shù)學(xué)模型為

主調(diào)節(jié)器數(shù)學(xué)模型為

比例飽和環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型為

交流勵磁機(jī)用一階慣性環(huán)節(jié)表示。

反饋穩(wěn)定環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型為

結(jié)合相復(fù)勵勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)各組成部分?jǐn)?shù)學(xué)模型，基于PSCAD仿真平臺可建立其完整的仿真模型。

2 仿真結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)的對比驗(yàn)證

本節(jié)根據(jù)RAM系統(tǒng)模型，給出轉(zhuǎn)矩耦合參數(shù)計(jì)算過程、穩(wěn)態(tài)工況、飛輪效果和勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)驗(yàn)證。

2.1 實(shí)際RAM系統(tǒng)參數(shù)

表1 電動機(jī)參數(shù)

表2 發(fā)電機(jī)參數(shù)

由于發(fā)電機(jī)電樞繞組電阻很小，所以忽略在電樞繞組上產(chǎn)生的損耗，于是有

發(fā)電機(jī)額定電磁轉(zhuǎn)矩為

電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式為

因此，由式(1)可得耦合系數(shù)為

2.2 穩(wěn)態(tài)工況仿真

圖4 穩(wěn)態(tài)工況仿真

由圖4可知，由于機(jī)組參數(shù)一致，兩列機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)也一致。當(dāng)RAM系統(tǒng)正常運(yùn)行時，各列機(jī)組電氣量大小相等，即兩列機(jī)組均分負(fù)荷所需功率。

表3 RAM系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工況實(shí)際數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果

Table 3 Actual data and simulation results of RAM system in steady statee

由表3可知，模型穩(wěn)態(tài)工況仿真結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)相吻合。

2.3 飛輪效果驗(yàn)證

圖5 飛輪作用對比圖

由圖5可知，無飛輪作用時，上游發(fā)生失電后RAM系統(tǒng)輸出電壓及頻率衰減嚴(yán)重；而當(dāng)有飛輪作用時，可以看到，在上游失電的1.2 s內(nèi)，電壓和頻率衰減緩慢，且滿足不低于234 V、44 Hz的要求。

2.4 勵磁調(diào)壓系統(tǒng)校核

圖6 勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)校驗(yàn)

將上述結(jié)果穩(wěn)態(tài)時的數(shù)據(jù)整理如表4所示，由表4數(shù)據(jù)及相對誤差大小可知，所建立的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型，在突加突減負(fù)載時能夠很好地根據(jù)端電壓變化情況去調(diào)節(jié)勵磁電流的大小，驗(yàn)證了勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正確性。

表4 仿真結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)對比

通過對RAM系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工況、飛輪和勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，得到與實(shí)際數(shù)據(jù)誤差很小的結(jié)果，驗(yàn)證了模型的正確性。

3 RAM系統(tǒng)不正常工況分析及驗(yàn)證

3.1 無功不平衡工況分析及驗(yàn)證

無功不平衡工況數(shù)據(jù)如表5所示，用1、2號機(jī)組來區(qū)分兩列機(jī)組。由表5數(shù)據(jù)可知，兩列RAM機(jī)組勵磁電流大小出現(xiàn)了差別。根本原因?yàn)闄C(jī)組采用有刷勵磁方式，隨著電刷和滑環(huán)運(yùn)行時長的增加，導(dǎo)致其接觸電阻大小發(fā)生了變化，進(jìn)而使得機(jī)組勵磁電流大小不一致。

表5 無功不平衡數(shù)據(jù)

2號RAM的接觸電阻比1號RAM大，如式(13)所示。

在理想情況下，機(jī)組采取有刷勵磁方式，且不具有調(diào)差環(huán)節(jié)，為均衡無功，需將兩列RAM的勵磁回路并聯(lián)，其功率流向如圖7所示。

無功從電勢高的一方流向電勢低的一方，因此無功從1號機(jī)組流向2號機(jī)組，產(chǎn)生了無功不平衡現(xiàn)象。而發(fā)電機(jī)輸出有功取決于原動機(jī)輸出機(jī)械功率，兩列機(jī)組仍平分有功負(fù)荷，由M-G機(jī)組耦合原理可知，兩列機(jī)組轉(zhuǎn)速仍保持一致，因此發(fā)電機(jī)輸出有功也一致。功率流向由圖7變?yōu)閳D8。

圖8 不平衡工況功率流向

圖9 不平衡工況仿真結(jié)果

由圖9可知，仿真結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)相吻合。勵磁電流不一致只影響了兩列機(jī)組的無功分配不平衡，對有功沒有影響。

3.2 上游電機(jī)電源波動工況分析及驗(yàn)證

由M-G耦合原理可知，電動機(jī)-發(fā)電機(jī)視為面向負(fù)荷的整體，忽略發(fā)電機(jī)繞組上的損耗，則電動機(jī)從電網(wǎng)吸收的功率即為發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率，即有

圖10 發(fā)電機(jī)功角特性

且由發(fā)電機(jī)功角特性可知式(17)成立。

兩列機(jī)組勵磁電壓不受上游電源電壓大小的影響，也即勵磁電壓大小仍相同，即有

RAM系統(tǒng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子為籠型結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電阻很小，因此忽略其轉(zhuǎn)子上的損耗，則電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上的功率近似等于從電網(wǎng)側(cè)吸收的功率。

根據(jù)異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系[21]，忽略空載制動轉(zhuǎn)矩，則有

由于機(jī)組轉(zhuǎn)速由電動機(jī)決定，而電動機(jī)轉(zhuǎn)速為

則結(jié)合式(15)、式(19)、式(21)，可得式(23)成立。

即不同供電電壓下，兩列機(jī)組的轉(zhuǎn)速仍相等。又因發(fā)電機(jī)跟電動機(jī)保持相同轉(zhuǎn)速，所以兩列機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速及輸出頻率相等，即

圖11 電動機(jī)側(cè)波形

由圖11可知，當(dāng)機(jī)組上游供電出現(xiàn)壓差時，電動機(jī)從電網(wǎng)吸收的有功與電壓的平方成正比，即

由圖12可知，當(dāng)機(jī)組上游供電出現(xiàn)壓差時，忽略發(fā)電機(jī)繞組上的各種損耗，則電動機(jī)吸收的功率即為發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率，且有

且發(fā)電機(jī)功角正弦值之比同樣滿足式(18)。

由圖12可知，兩列機(jī)組轉(zhuǎn)速相等。由于上游電機(jī)存在的電壓差不影響發(fā)電機(jī)勵磁，因此兩列機(jī)組勵磁電流大小仍相等，也即機(jī)端電壓、輸出無功仍相同，仿真結(jié)果與理論分析結(jié)果相吻合。

4 失磁故障復(fù)現(xiàn)及保護(hù)優(yōu)化

2019年11月14日，某核電站并列運(yùn)行機(jī)組中一列因故障導(dǎo)致失磁，故障機(jī)組從對列吸取無功，進(jìn)而造成正常列過流。由于保護(hù)之間配合不當(dāng)，使得過流保護(hù)動作先將正常列切除，而后失磁保護(hù)將故障列切除，控制棒線圈失電落棒導(dǎo)致反應(yīng)堆停堆。由于不是微機(jī)型保護(hù)裝置，因此沒有故障錄波，保護(hù)動作時序圖如圖13所示。

圖13 保護(hù)動作時序圖

4.1 原有失磁保護(hù)配置分析及動作校驗(yàn)

用下標(biāo)3、4對兩列機(jī)組進(jìn)行區(qū)分，失磁保護(hù)與過流保護(hù)整定值及出口方式如表6所示。

表6 第二類機(jī)組失磁及過流保護(hù)配置及出口

失磁保護(hù)以轉(zhuǎn)子電流為判據(jù)，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流低于整定值時，延時動作，整定如下：

圖14 3號RAM列失磁保護(hù)動作波形

由圖14所示結(jié)果可知，RAM系統(tǒng)失磁保護(hù)與過流保護(hù)配合不當(dāng)，使得RAM系統(tǒng)失去了冗余配置的意義。

4.2 失磁保護(hù)優(yōu)化及驗(yàn)證

失磁保護(hù)優(yōu)化從兩方面入手，一是保護(hù)原理上的優(yōu)化，二是保護(hù)配合上的優(yōu)化。同時考量保護(hù)優(yōu)化方案實(shí)施的經(jīng)濟(jì)性，在盡量不增設(shè)新的保護(hù)設(shè)備的基礎(chǔ)上，所采用的保護(hù)方案為：以轉(zhuǎn)子低電流為失磁保護(hù)主判據(jù)，增設(shè)機(jī)組低電壓和逆無功判據(jù)作為輔助判據(jù)，并通過對失磁保護(hù)與對列過流保護(hù)之間的配合邏輯進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對RAM系統(tǒng)失磁保護(hù)的優(yōu)化。

對上述保護(hù)進(jìn)行邏輯上的配合優(yōu)化，制定如圖15所示的III段式失磁保護(hù)配置方案。

圖15 III段式失磁保護(hù)配置邏輯

失磁III段：由轉(zhuǎn)子低電流判據(jù)、對列RAM機(jī)組過流判據(jù)、逆無功判據(jù)及機(jī)組低電壓判據(jù)構(gòu)成。當(dāng)并列運(yùn)行的RAM機(jī)組在重負(fù)荷條件下發(fā)生部分失磁或全失磁時，對列RAM機(jī)組過流判據(jù)觸發(fā)，故障機(jī)組逆無功判據(jù)觸發(fā)，為保證保護(hù)的選擇性，需封鎖對列機(jī)組過流保護(hù)出口；待機(jī)組低電壓判據(jù)與轉(zhuǎn)子低電流判據(jù)觸發(fā)，轉(zhuǎn)子低電流保護(hù)無延時動作。

將上述優(yōu)化后的失磁保護(hù)增設(shè)在仿真模型中，仿真條件同4.1節(jié)，觀察優(yōu)化后的失磁保護(hù)動作情況，仿真波形如圖16所示。

圖16 優(yōu)化后失磁保護(hù)仿真波形

優(yōu)化后的失磁保護(hù)滿足了選擇性，只切除了故障機(jī)組，正常機(jī)組繼續(xù)帶載運(yùn)行，驗(yàn)證了優(yōu)化后配置方案的可行性。

為驗(yàn)證所制定失磁III段保護(hù)方案的適用性，增設(shè)不同負(fù)載水平下不同失磁故障程度的仿真，觀察保護(hù)能否合理動作。增設(shè)4種負(fù)載條件，分別為10%額定負(fù)載、30%額定負(fù)載、60%額定負(fù)載和100%額定負(fù)載水平；增設(shè)3種失磁故障水平，分別為勵磁電壓部分失磁至0.8 p.u.、0.3 p.u.及全失磁；仿真條件及保護(hù)動作結(jié)果整理如表7所示。

表7 III段式失磁保護(hù)適用性校驗(yàn)

綜合表7仿真結(jié)果可知，所制定的III段式失磁保護(hù)配置方案，在不同負(fù)載水平下發(fā)生不同程度失磁故障時均能正確、可靠動作。

5 結(jié)論

本文以核電站RAM系統(tǒng)為研究對象，對其出現(xiàn)的不正常工況及失磁故障工況進(jìn)行了機(jī)理分析及仿真計(jì)算，結(jié)論如下。

1) 無調(diào)差環(huán)節(jié)的RAM機(jī)組并列運(yùn)行時，并聯(lián)勵磁回路中勵磁電流不一致會導(dǎo)致無功不平衡。

2) 列運(yùn)行的機(jī)組，原動機(jī)供電電壓出現(xiàn)差別將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出有功不同，但不影響勵磁和發(fā)電機(jī)輸出頻率大小。

3) III段式失磁保護(hù)配置方案有效地解決了保護(hù)失配問題，且能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組不同負(fù)載水平下不同程度失磁故障的可靠動作。

本文通過對兩類機(jī)組存在的不正常工況進(jìn)行分析，更深入地揭示了RAM系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律。所制定的III段式失磁保護(hù)配置方案，充分保證了保護(hù)的選擇性、靈敏性、可靠性和速動性，對提高核電站系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行具有重要意義。

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Analysis of abnormal working conditions and optimization of loss of field protection of a nuclear power plant RAM system

XIAO Xiangtao1, HAO Liangliang1, LIANG Zhengqiu1, HE Peng2, WU Pengfei3

(1. School of Electrical Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China; 2. Liaoning Hongyanhe Nuclear Power Co., Ltd., Dalian 116001, China; 3. Yangjiang Nuclear Power Co., Ltd., Yangjiang 529599, China)

The nuclear power plant control rod drive mechanism power supply system (RAM) is the only power supply system of that mechanism. In order to analyze abnormal working conditions of the system and solve the problem of loss of field protection mismatch, first, a simulation model of a RAM system is established based on the PSCAD simulation platform. To verify the correctness of the model, the mechanism of abnormal working conditions is analyzed, and the correctness of the analysis is verified by simulation. Secondly, the mismatch between the loss of field protection and overcurrent protection in a nuclear power plant is simulated and replicated, and the causes of the mismatch are analyzed. Finally, the logic optimization and coordination optimization of the loss of field protection are carried out. A III section loss of field protection configuration scheme is developed. The applicability of the scheme is verified from two dimensions of different degrees of excitation failure occurring at different load levels. The analysis of the developed RAM system abnormal operating conditions and the proposed loss-field protection optimization are of guiding significance to improve the safety of nuclear power plants.

RAM system in nuclear power plant; abnormal working condition; mismatch of protection; loss of field protection optimization

10.19783/j.cnki.pspc.211235

This work is supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities (No. 2020JBM070).

2021-09-07；

2021-12-31

肖項(xiàng)濤(1996—)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)主設(shè)備故障分析及保護(hù)；E-mail: 19121511@bjtu.edu.cn

郝亮亮(1985—)，男，通信作者,博士，副教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)主設(shè)備故障分析及保護(hù)、直流輸電控制與保護(hù)、勵磁控制。E-mail: llhao@bjtu.edu.cn

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目資助(2020JBM070); 中廣核集團(tuán)公司科技項(xiàng)目資助(3100077013)

(編輯 許 威)