秦山第二核电厂KRG系统供电介绍及故障处理与改进

王小波

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

KRG 模拟控制系统可以说是核电厂的大脑和神经，它对一回路所有系统及二回路一些重要控制系统起着控制和保护作用，将来自工艺过程系统的保护、控制仪表的测量信号处理后，输出特定的控制、报警信号。

KRG 模拟信号的处理及信号的输出是通过机柜中所用的SPEC 200 卡件来完成的，而卡件工作需要的±15VDC 电源是由机柜内部电源机箱，将上游电源母线提供的220VAC 转换成±15VDC，并通过电源分配组件将±15VDC 电源分配给机柜中每层卡件。若KRG 系统电源供电、转换、分配链中的任一环节出现故障都会导致SPEC 200 卡件失电，给机组带来扰动，甚至会导致停机、停堆风险[1]。

1 KRG系统电源组成

KRG 系统电源由保护组机柜电源、控制组机柜电源组成，其电源由上游22VAC 母线提供。

1.1 保护机柜电源

保护机柜分为ⅠP 组、ⅡP 组、ⅢP 组和Ⅳ组，其中每一组由4 个机柜组成。4 个保护组相互之间是实体和电气隔离的。分别放置在4 个不同的房间ⅠP（W609/649），ⅡP（W607/647），ⅢP（W603/643），ⅣP（W602/642）。4 个保护组分别由LNA,LNB,LNC,LND 对保护机柜中的电源转换机箱提供220VAC 电源。

1.2 控制机柜电源

控制机柜分为1C 组、2C 组、3C 组、4C 组、5C 组，其中1C 组由4 个机柜组成，2C 组有5 个机柜组成，3C 组有3 个机柜组成，4C 组有4 个机柜组成，5C 组有4 个机柜组成。控制组中的5 个子组放置在同一房间中（L609/L649）。5 个控制子组均由LNE 对控制机柜中的电源转换机箱提供220VAC 电源。公用机柜（9KRG154AR）放置在9L650 房间，由LNF 对该机柜中的电源转换机箱提供220VAC 电源。每个控制子组都与保护组在电气和实体上是隔离的。

2 KRG机柜电源分配

2.1 保护组电源分配

保护组电源分配如图1 所示，LNA,LNB,LNC,LND 配电盘向保护组提供220VAC 电源。它们也为PAMS 记录仪提供220VAC 电源（LNA 供给PAMS1、LND 供给PAMS2），在220VAC 电源完全丧失的情况下，1 台汽轮发电机组（LLS 系统）将通过LNE360CR 提供保护机柜和PAMS 记录仪所需的电源。

2.2 控制组电源分配

控制组电源分配如图2 所示，控制组电源包括220VAC（LNE）配电盘及48VDC 配电盘。220VAC 配电盘有5 个引出馈线，分别供给5 个子组，另有一路220VAC 配电盘（LNF）向公用机柜（9KRG154AR）供电。

图2 控制组机柜电源分配Fig.2 Control group cabinet power distribution

48VDC 电源分配如图3 所示，48VDC 配电盘有一路馈线供电到KRG143AR，再从其分配到其它相关的机柜。

2.3 应急电源分配

应急电源分配如图4 所示，220VAC 配电箱（LNE360CR）提供应急供电电源。当失去LNE 电源时，保护组的所有组件以及控制组的重要通道组件由应急电源装置供电，该装置通过LNE360CR 由LLS 供电。当丧失LLS 电源时，通过控制组机柜中的应急电源装置的蓄电池向控制组的重要通道供电30min。

2.4 机柜内电源分配

图3 48VDC电源分配Fig.3 48VDC Power distribution

机柜内电源分配以保护机柜为例，如图5 所示。每一机柜最下层是多组件箱电源组件（2ARPS 系列），其交流输入（220VAC）接在机柜后面带保险丝的端子排上，电源组件的直流输出（±15VDC）是通过它的并联输出端（PARALLEL）先接至机柜的直流母线铜排，然后再接往机柜各层的电源分配组件（2AX+DP10）。各组件箱直流母线排以（保护或控制）组为单位，全部并联。因此，如果要切除机柜的直流电源，单单切断该机柜的交流电源是不够的，而要切断该组所有并接在直流母线排上的电源组件的交流输入电源。这样，由该直流母线排供电的这组机柜的直流电源将全部切除。

单组件箱电源（2AX+PS9B）通常被安放在组件箱的最右侧，为所在组件箱中的组件提供±15VDC 电源，即为一些需单独供电的组件提供±15VDC 电源[2]。

3 KRG系统运行期间电源故障及应对策略

3.1 KRG机柜电源分配卡件故障及应对策略

在2 号机组运行期间，工作人员在检查处理水位差计2CRF421LP 水位1 发现显示异常故障。由于主控2CRF001EN 中2CRF441/442MP（与2CRF421/422LP 相关）无输出，于是到2KRG152AR 机柜进行检查，发现该柜第6层组件箱失电。该组件箱电源分配卡件面板电源指示灯不亮且同一机柜其他电源分配卡件工作正常，且主控无相关AA,LA 报警及其他异常。

3.1.1 故障分析及处理

图4 应急电源分配Fig.4 Emergency power distribution

图5 机柜内电源分配Fig.5 Power distribution in the cabinet

根据现场故障现象进行分析，得出电源分配卡件故障以及可能存在接线松动。对该卡件及接线进行检查，考虑到检查过程中要拔出电源分配卡件，而这一操作有可能导致其他电源分配卡件失电。对整个机柜的掉电情况作了分析，认为整个机柜的掉电会在主控产生报警以及影响监视。将快速接线端子取下，拔出电源分配卡件，检查设置后，将新的电源分配卡件装入恢复。恢复该机柜正常供电，电源分配卡件面板指示灯亮，主控记录仪中该通道显示正常，由此判定确实是电源卡件故障。

对换下来的电源分配卡件进行外观检查，发现电源分配卡件+15V 至COM 端保险丝（F1）烧断，-15V 至COM端保险丝（F2）变色发黄。对拆下来的电子元器件进行测量，发现电容C1 导通，且外壳有破裂迹象。C1 导通，+15V 电源与COM 端短路，产生短路电流，熔断保险丝F1，从而使电源分配卡件无法为组件箱供电。

3.1.2 后续预防性工作

针对保险丝烧毁导致电源分配卡件的故障，利用大修对1 号机组181 块电源分配卡件进行了外观检查。其中保护柜检查76 块，有28 块卡件保险丝变色，对其中变色严重的6 块卡件用备件库中的卡件进行了更换。控制柜检查105 块，有42 块卡件保险丝变色，对其中变色严重的23块卡件进行了更换。（由于备件库中2AX+DP10 数量不够，紧急采购了同一型号保险丝对换下来的卡件进行更换保险丝工作。保护柜考虑到核安全的要求未更换过保险丝。）

3.2 1KRG125AR 机柜电源故障及应对策略

在208 大修期间，在日常巡检过程中发现1KRG125AR机柜部UPS 断电，并且双路电源分配卡件中的一路丧失电源。

3.2.1 故障分析及处理过程

首先检查发现主电源LNE 端子排5A 的保险丝烧毁，于是更换新保险丝，上电后仍然烧毁。于是根据KRG125AR 机柜内部供电线路图（见图6），将下游负载逐个脱开，进行上电，最终将故障定位在UPS 故障导致供电丧失，并且导致LNE 5A 保险丝烧毁。

根据机柜内部供电简图可以看出，主电源、副电源通过ST2 进行选择后的输出及蓄电池都需要通过UPS，然后才给电源机箱提供220VAC 电源。若UPS 故障，KRG 电源机箱将丧失电源，从而导致由KRG125AR 机柜提供给双路电源分配卡件的一路电源丧失。卡件电源由同一控制子组其他KRG 机柜的±15VDC 直流母排提供。

由于UPS 没有备件，并且2#机组处于大修期间，于是办理TSD 将2#机组的UPS 拆下，更换在1#机组上。通过紧急采购，将新备件安装在2#机组上。将UPS 更换上后，对主电源、副电源及蓄电池进行切换，切换开关功能正常，供电正常。

3.2.2 后续预防性工作

在KRG 系统中，由于UPS 只用于125AR 机柜及T1 试验装置中，并且运行至今由于UPS 故障导致供电丧、供电输出不稳定，UPS 续航能力达不到主电源丧失后持续供电30min 的能力。对T1 试验装置中的UPS 进行了更换，确保了T1 试验装置在主电丧失后能将试验完成，因此降低了给机组带来的瞬态。

图6 KRG125AR机柜内部电源接线简图Fig.6 Schematic diagram of the internal power supply wiring of the KRG125AR cabinet

4 KRG电源预防性工作及改进策略

4.1 KRG电源机箱预防性工作

KRG 电源机箱中使用最多的是电解电容，而电解电容使用寿命为10 年左右。本厂使用的KRG 电源机箱大多为2000 年出厂，从最近几年KRG 系统因设备中的电子元器件故障及老化带来的缺陷有上升的趋势。为了降低因电源机箱中电解电容老化失效引起机柜掉电，而导致保护与控制通道失效带来的风险，决定在大修期间对电源机箱进行更换。

4.1.1 更换过程中遇到的问题及处理

核级15V 电源机箱，更换后主控触发保护机柜15V 电源失电报警。经就地检查测量该机箱15V 电源正常输出，而测量机箱9/10 号端子，测得报警继电器断开，从而主控出现15V 电源失电报警。近一步检查发现该机箱型号为N-2ARPS05-B5，而现场使用的型号为N-2ARPS05-B5-0。通过与生产厂家联系得知：N-2ARPS05-B5 与N-2ARPS05-B5-0 的区别就在于报警继电器在电源机箱在通电与断电状态下，报警输出端子（TB3 9-10）状态不一致。经过与上福工作人员商议，更改内部接线后报警功能与现场使用一致，并将机箱铭牌上的型号改为N-2ARPS05-B5-0。

图7 控制子组机柜电源接线图Fig.7 Control sub-group cabinet power wiring diagram

表1 2ARPS05-B5型号对照表Table 1 2ARPS05-B5 Model comparison table

图8 控制子组备用电源辐射连接图Fig.8 Control subgroup backup power radiation connection diagram

4.1.2 更换过程中的良好实践在更换1P 4 个柜子的时候，断电更换前测量COM 与+15V、-15V 之间电压分别为14.9V、14.8V，更换完成后测量COM 与+15V、-15V 之间电压分别为14.23V、14.24V。4 个电源机箱出力均匀，但是与更换前后电压输出相差较大，并且不满足卡件供电14.25V 的要求。按照以前的方法是一个人来反复调整4 个电源机箱的出力情况，由于将一个机柜出力调高后会引起另外3 个机柜的出力下降。为使得输出电压保持不变，后来分析后决定采用4 个人，每人用一块万用表测量监测电压，然后同时调整，经过几次调整后，4 个机柜的出力均匀，使整个机柜的输出电压也得到了提升。这不仅节省了工作时间，也保证了4 台电源机箱平稳出力[3]。

4.2 KRG控制组机柜供电改进策略

4.2.1 目前1、2号机组控制柜供电方式

目 前1、2 号 机 组 除KRG125AR 外， 采 用 的 是2ARPS15-B 型电源机箱，主要电源由LNE 提供。上游LNE提供的220VAC 接入每个控制子组中的2 号柜，然后采用环形连接方式（见图7）。将220VAC 电压接入其他子组中的机柜电源端子，这样的供电方式在LNE 电源丧失后会使控制机柜内信号处理卡件失电，从而存在机组停机、停堆的风险。

4.2.2 扩建3、4号机组控制柜供电方式

秦二厂3、4 号机组采用的是双路供电方式给控制组机柜供电，将LNE 作为主电源，另外LNQ 为1C、2C 提供220VAC 后备电源，LNR 为3C、4C、5C 提供220VAC 后备电源。备用电源的连接方式采用辐射型连接（见图8），即220VAC 先进入每组柜子的1 号柜，再由1 号柜连接到该组其它柜子。其通过将2ARPS15-B 电源机箱红线区域内增加ST1-B 组件，通过ST1-B 组件实现主副电源之间的切换（见图9）。

4.2.3 1、2号机组KRG控制柜电源改进需要做的工作

1）需要电气专业计算用电负荷，给出备用电源。

图9 2ARPS15-B电源机箱面板图Fig.9 2ARPS15-B power chassis panel diagram

2）在2ARPS15-B 电源机柜前增加ST1-B 组件。

3）将机柜内电源分配组件AX+DP10，改为双路电源分配组件AX+DP10-ACT，并增加相应15VDC 母线至双路电源分配组件的接线。

以上1、2 号机组KRG 控制柜电源改进需要做的工作具有很强的可行性，KRG 控制机柜双路电源互为备用，可以有效地保障KRG 机柜工作的可靠性，从而保障了机组的安全稳定运行。

5 结束语

依靠及时分析、正确地应对KRG 系统电源部分的故障及缺陷，保证了KRG 系统的安全稳定，使得机组保护系统与控制系统的功能更加完善、稳定，可靠性不断提高。KRG 系统自安装调试至今，已稳定可靠运行20 多年时间。作为为KRG 系统中卡件提供电源的电源转换组件、电源分配组件及上游的供电电源发挥着至关重要的作用，为电站的安全稳定运行提供了重要保障。秦山第二核电厂KRG 模拟控制系统的电源部分的故障及应对策略具有一定代表性，对同类模拟控制系统的问题分析和处理有重要的参考价值。