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1、核电厂直流和交流不间断电源系统的介绍摘要：本文以方家山核电项目作为参考，描述了核电厂中电气直 流和交流不间断电源(UPS)系统的结构组成和系统运行，同时讲述了 直流系统主要设备蓄电池、充电器和直流配电柜以及交流不间断电源 (UPS)系统主要设备逆变器的功能特性。针对主要设备的调试内容做 了简要介绍。关键词：直流系统、交流不间断电源系统、充电器、逆变器核电厂的直流系统作为断路器的分闸、合闸回路，继电保护装置 的操作、控制、信号和保护回路的工作电源，是核电厂厂用电系统最 重要组成部分。220V交流不间断电源(UPS)系统是核电厂计算机、通 信系统以及安全保护设备必需的一种不间断、高可靠的电源。直流
2、系 统和UPS系统对保证核反应堆的安全运行有着至关重要的作用，为 了满足单一故障准则，核安全级的直流和交流不间断电源系统需要冗 余配置。并且电气上隔离，实体上分隔。1直流和UPS系统的运行1.1直流系统的运行方式在核电厂中，直流系统按电压可以分为24V、48V、110V和220V 四种等级，其中某些系统为核安全级，必须按照RCC-E标准进行设 计制造和试验。核电工程的直流系统接线通常采用单母线分段形式，包括两台充 电器和一组蓄电池，母联开关将母线分为A和B两段，A段母线上 连接有一台充电器、一组蓄电池和蓄电池试验回路；B段母线连接有 另一台充电器、微机绝缘监测仪以及馈线回路。正常运行时，由B
3、段母线上的充电器向直流负荷供电，同时向蓄电池组浮充电，该充电 器能提供最大持续负荷电流，同时维持蓄电池组端电压不变。当运行 的该台充电器发生故障时，就地手动切换到A段母线上的充电器， 切换期间由蓄电池组为负荷进行供电，为了提高供电的可靠性，两台 充电器允许并联运行，中间不设机械闭锁。直流系统进线电源取自不 同的380V母线段。蓄电池组工作在浮充电状态时，它仅需提供瞬时尖峰负荷。一旦 充电器或其交流电源故障，蓄电池组能够向本系统全部直流负荷供电 至少1小时。如果1小时后还未恢复充电器供电，则系统有可能失电。蓄电池试验回路系统与直流系统相配套，用于检验安装在厂区内 的铅酸蓄电池是否处于良好的工作状
4、态。当直流系统停用时，即可进 行蓄电池10小时容量放电试验以及1小时核对性放电试验。放电电 流可以在放电试验小车上进行调节。1.2交流不间断电源(UPS)系统的运行方式220V交流不间断电源(UPS)系统结构图如右图所示，其主要有以 下几种工作模式：正常工作模式，电池工作模式，旁路工作模式和充电器工作模式。正常工作模式下，由交流线路通过AC-DC整流电路、逆变器， 向负载供电。交流线路欠压或失电时，由蓄电池通过逆变器向负载供 电。如果逆变器过载或者失效，静态开关断开逆变器通路，同时将负 载与旁路回路接通。当负载恢复正常，或者系统恢复供电条件时，系 统会自动从旁路工作模式切换回正常工作模式。逆变
5、器自动跟踪旁路 电源的频率并与旁路电源同步，当旁路电源超出正常范围50Hz6% 时，逆变器放弃跟踪，转为自动调整输出频率为50 Hz。以上的相互 切换，是靠控制静态开关EA&EN来实现的。静态开关切换时间 不大于1毫秒。以上的工作模式切换是调试的重要内容，是保证对重 要负荷不间断电源供给的重要一环。2直流系统的组成结构和功能直流系统设备主要包括蓄电池、充电器、百流配电柜以及接地故 障探测仪等。2.1蓄电池目前，核电厂直流系统广泛使用铅酸蓄电池，铅酸蓄电池由二氧 化铅(PbO2)的正极板、铅(Pb)的负极板和密度为1.2g/cm31.4g/cm3 的稀硫酸(H2SO4)电解液构成。单个蓄
6、电池的均衡充电电压为2.30V, 浮充电电压为2.23 ，事故放电终止电压为1.87V。蓄电池初次使用前必须进行初充电。初充电可恒流充电或恒压充 电。蓄电池10小时容量放电试验和1小时核对性放电试验结束后， 必须进行补充电。此外为了使全列蓄电池的电解液密度、电压均衡一 致，还需进行均衡充电。对蓄电池的充放电试验和容量测试试验，应根据厂家提供的操作 说明书和相应的规范来进行。2.2充电器直流系统充电器的整流模块为三相桥式全控整流电路，包含电力 二极管和可控硅。功率半导体用快速动作高分断能力的熔断器保护。 充电器装有限流保护，防止充电器过热及部件损坏。为满足对蓄电池 的充电要求，充电器还应具有稳压
7、、均流、限流以及输出电压可调等 特性。2.3直流配电柜核电厂直流配电柜常采用抽屉柜。共有三路进线，其中两路由充 电器供电，一路由蓄电池组供电，正常运行时只有一台充电器向配电 柜供电，同时经直流母线向蓄电池组浮充电。当充电器或其380V交 流电源故障时，则由蓄电池组向配电柜供电。蓄电池进线、充电器进出线断路器均配有延时动作的电磁脱扣 器，以使短路保护具有选择性。2.4接地故障探测仪直流系统接地故障探测器可连续地监测系统绝缘完整性，它能够 测出母线电压，各分支回路的正极、负极对地的电压值和绝缘电阻值， 发生故障时，可以指示故障极性及报警。调试试验时，应分别在母线和各分支回路出线端中接一滑线电阻 器
8、(35KQ80KQ)调节滑线电阻器，当其电阻值低于设定电阻值时， 探测器上的红灯亮并发出报警，同时液晶显示屏上显示发生接地故障 的支路数和接地电阻值，同时通过DCS向主控室发出报警信号。3交流不间断电源(UPS)系统的组成结构和功能UPS系统包括逆变器、整流器、静态开关、手动旁路开关、隔离 变、调压变和交流配电屏等。3.1逆变器UPS系统使用的逆变器单元主要由以下元件组成：逆变器、静态 开关EA&EN、三位手动旁路开关和旁路变压器。其中的逆变功 能模块由IGBT组成的电压型单相全桥逆变电路完成，使用SPWM 控制技术使输出得到品质优良的正弦波。逆变器调试时，需要测量输 出波形并计算谐波
9、总畸变(THD)以判断是否达到性能要求。3.2整流器380 V三相交流电通过隔离变和LC滤波后，输入整流器转化为 百流电，再输送给逆变器，由于在蓄电池回路加装逆止二极管，整流 器正常工作时，不对蓄电池进行充电，这样能保证对逆变器负荷的能 量供给。对于直接由直流系统供电的逆变系统，则没有整流器设备。3.3静态开关静态开关是实现逆变器输出和旁路回路切换的装置，当UPS的 输出故障或负载异常时，逆变器的输出可自动的切换到旁路市电，切 换也可以是手动完成，手动切换同样无中断供电。4总结核电厂直流和UPS电源系统包含子系统很多，供电负荷也多。由于部分系统涉及到核安全，因此结构复杂，运行方式灵活。在这些 系统试验调试前，要做好充分的准备，熟练掌握系统的设备、组成结 构、功能和运行特性以及相关试验内容和方法，才能确保调试工作顺 利进行。参考文献：1 GFD(OPzS)系列固定型防酸式铅酸蓄电池使用说明书；2 DL/T 5044-2004发电厂直流系统设计技术规范;3 陈天翔，王寅仲，海世杰，电气试验，中国电力出版社，2008；4 樊立萍，王忠庆，电力电子技术，中国林业出版社;，5 任元会，卞铠生，姚家祎，工业与民用配电设计手册第三册，2005；
