［關鍵詞］應急柴油機；電子調速器；國產化替代；鑒定試驗

［中圖分類號］TM623.3 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）10–0150–03

1背景

電子調速器是應急柴油發(fā)電機組速度控制系統(tǒng)的核心部件，可確保柴油機轉速和發(fā)電機電壓、頻率穩(wěn)定，其內部控制邏輯及參數(shù)復雜，長期被國外廠家壟斷。某核電廠華龍一號核電機組采用主流8000kW功率水平應急柴油機，原配E19600型電子調速器，其在核電廠應用超過20a，存在固有缺陷，運行過程中該調速器存在較多問題，經廠家多次升級仍故障頻發(fā)，難以滿足核電廠高安全性的要求。為此該電廠采用國內自主研發(fā)的EC–50N型電子調速器，完成電子調速器配置選型和應急柴油發(fā)電機組鑒定試驗。

2電子調速器研發(fā)

MAN公司開發(fā)的E19600受技術、服務和國外公司的限制，在技術問題不能有效解決的情況下，以HAF003—1991《核電廠質量保證安全規(guī)定》、IEEE323—2013《核電廠1E級設備質量鑒定》、RCC–E—2005《壓水堆核電站核島電氣設備設計建造規(guī)則》等為設計標準進行設計，自主化研發(fā)電子調速器EC–50N，應用至“華龍一號”項目，實現(xiàn)對E19600的產品替代。

EC–50N通過了性能試驗、電磁兼容試驗、環(huán)境試驗、軟件Vamp;V認證試驗和抗震試驗。性能試驗包括防護、接地連續(xù)性、絕緣電阻、介電強度、性能特性、溫度、濕度、電源和輸入、輸出口電氣性能試驗等。電磁兼容試驗包括高/低頻傳導發(fā)射、磁/電場輻射發(fā)射、電場輻射抗擾度、靜電放電抗擾度等。環(huán)境試驗包括高溫、低溫、交變濕熱、溫度變化、長期運行試驗和振動老化等。以IEC60880為標準完成A類的軟件Vamp;V認證試驗，并通過了產品鑒定會。

EC–50N在原E19600問題基礎上進行優(yōu)化，包括看門狗故障優(yōu)化，EC–50N使用ARM32位雙核微處理器的CPU，高集成，內置看門狗、FLASH等。CPU內核各模塊供電均相互隔離，電磁兼容性能好，看門狗功能穩(wěn)定，雙核校驗，容錯能力更強；傳感器信號頻率處理優(yōu)化，EC–50N輸入頻率最高可達20kHz，直接輸入傳感器信號，無需分頻放大器處理信號，可靠性更高；驅動電路溫升高優(yōu)化，EC–50N驅動電路采用PWM信號輸入，低發(fā)熱量，輸出隔離，控制穩(wěn)定；上位機優(yōu)化，EC–50N提供專用上位機軟件，可實時讀取、監(jiān)視電子調速器狀態(tài)，根據(jù)現(xiàn)場調整參數(shù)；驅動電路供電方式優(yōu)化，EC–50N驅動電路無需額外供電，直接驅動，各個供電模塊之間相互隔離，抗干擾能力較強；電子調速器監(jiān)測優(yōu)化，EC–50N所有傳感器輸入及執(zhí)行器控制輸出信號等均具有故障診斷功能，對異常信號或異常狀態(tài)可提供報警用輸出觸點。

3配機試驗

EC–50N為工程階段首次應用，為驗證應急柴油發(fā)電機組匹配EC–50N時運行的可靠性和穩(wěn)定性，按照相關鑒定規(guī)程和配機試驗大綱進行機組聯(lián)調試驗和專家評審。配機試驗內容主要包括以下方面，各項試驗均滿足試驗性能指標要求。

3.1怠速啟機試驗

在怠速模式啟動柴油機，當機組在怠速穩(wěn)定運行后，進行怠速超速保護裝置動作試驗。試驗時機組怠速狀態(tài)穩(wěn)定運行，轉速波動率小于標準0.5%，啟動過程中無失速異常，增速、減速調整正常，手動增速至336.7r/min（標準336±5r/min）時，超速保護裝置動作，柴油機自動停機。

3.2啟動性能檢查

機組在備用狀態(tài)下，連續(xù)進行5次啟動試驗。EC–50N的5次啟動試驗，機組均在接到啟動信號后15s內達到額定電壓和頻率，滿足監(jiān)督要求，壓縮空氣罐壓降與E19600相當。啟動性能曲線轉速、電壓調節(jié)正常，EC–50N電流輸出和油門開度符合預期。啟動性能曲線及電子調速器輸出如圖1所示。

3.3轉速交越試驗

在額速模式，快速啟動柴油機直至達到額定轉速，穩(wěn)定運行至狀態(tài)平衡后，切斷電子調速器輸出，由機械調速器獨立控制柴油發(fā)電機組，機組在設定轉速下穩(wěn)定運行，狀態(tài)平衡后接入電子調速器，機組能正常切回至電子調速器控制，電子調速器切至機械調速器、機械調速器切回電子調速器，應急柴油發(fā)電機組均在對應設定轉速穩(wěn)定運行，電壓、頻率均滿足試驗要求。轉速交越試驗如圖2所示。

3.4測速故障試驗

在額定轉速、空載運行狀態(tài)下，斷開任意一路轉速信號后，控制器輸出“轉速測量故障”信號，柴油機可在電子調速器控制下穩(wěn)定運行在額定轉速。

3.5頻率降測量

在額速模式下，快速啟動機組并穩(wěn)定運行后，由空載逐級加載至額定負載的25%、50%、75%、90%、100%，再將負載按此等級由100%逐級減至空載。負荷變化過程不改變調速設置，試驗時，電子調速器頻率降為1.8%，滿足機組頻率降≤2%的要求。額速模式頻率降試驗數(shù)據(jù)見表1。

3.6穩(wěn)態(tài)頻率波動范圍測量

把功率因數(shù)為0.8（滯后）的三相對稱負載，由空載逐級加載至額定負載的25%、50%、75%、90%、100%、110%，每一工況穩(wěn)定2～3min，各平臺穩(wěn)態(tài)頻率波動最大為0.26%，滿足≤±1%的要求。穩(wěn)態(tài)頻率波動試驗數(shù)據(jù)見表2。

3.7瞬態(tài)頻率偏差及頻率恢復時間測量

機組啟動達到額定轉速和額定電壓后，突加功率因數(shù)為0.8的2029.4kW負載，電壓頻率穩(wěn)定后卸掉當前負載，突加瞬態(tài)頻率偏差為–2.52%，頻率恢復時間為1.76s，滿足標準要求（頻率變化lt;–5%、電壓變化lt;–20%、頻率和電壓恢復時間lt;3s，）。E19600與EC–50N突加2029kW參數(shù)變化對比見表3。

3.8負載持續(xù)性試驗及甩短時功率負載試驗

在備機狀態(tài)下啟動機組，空載運行穩(wěn)定后逐步加載至25%、50%、75%、90%、100%和110%額定功率下運行相應時間，然后突卸110%負荷。試驗結果顯示，EC–50N調節(jié)下，可在各個功率平臺下穩(wěn)定運行，機組性能參數(shù)滿足要求。110%負荷突卸后，機組最高轉速為631r/min，與E19600甩110%短時功率負載時機組最高轉速相當。甩110%額定負載頻率變化如圖3所示。

3.9啟動及帶載可靠性試驗

在額速模式下快速啟動，15s內達到額定轉速和頻率，隨后突加50%額定負載（阻性或阻性與感性結合），機組穩(wěn)定運行一定時間后，突卸負荷停機，待機組停穩(wěn)后再次啟動，共進行100次，其中90次為備機狀態(tài)啟動，10次為熱機狀態(tài)啟動，要求100次啟動和帶載均能滿足試驗要求。啟動和突加50%額定負載時頻率和電壓變化曲線如圖4所示。

3.10裕度試驗

機組在空載穩(wěn)定運行時突加2232.4kW、功率因數(shù)0.4的負載，機組運行穩(wěn)定后，將機組功率逐漸加載至3432.3kW，并逐漸增加功率因數(shù)至0.8，在3432.3kW功率平臺上再次突加781kW、功率因數(shù)0.4的負載。試驗期間，EC–50N電子調速器工作正常，機組在加載期間轉速調節(jié)穩(wěn)定。

3.11慢啟動測試

將啟動方式改為“慢啟動”模式，啟動機組，機組在接到啟動信號后轉速緩慢增加，60s左右到達額定轉速。慢啟動頻率、電壓曲線如圖5所示。

4機組鑒定試驗

根據(jù)IEEE387相關要求，更改主要配套部件電子調速器后，對柴油發(fā)電機組的鑒定有效性進行分析或驗證。編制《應急柴油發(fā)電機組鑒定試驗大綱》，根據(jù)大綱完成機組鑒定試驗，各項試驗均滿足機組鑒定試驗要求。

5結束語

EC–50N電子調速器在該型號柴油機上成功通過鑒定，實現(xiàn)國產化，填補了我國核電領域華龍一號核電機組大功率核級應急電源數(shù)字式速度控制裝置技術空白，打破了國外技術壟斷，解決了國內核電領域重大設備供貨“卡脖子”問題。