核电厂应急柴油发电机离线试验方法与流程

本发明涉及核电厂应急电源技术领域，特别是涉及一种核电厂应急柴油发电机离线试验方法。

背景技术：

核电厂应急柴油发电机是核电厂的重要设备，执行保证核安全的功能。发电机励磁系统是发电机的重要组成部分，对电力系统及发电机本身的安全运行有很大的影响。发电机励磁系统主要运行过程是三相交流电源通过功率整流桥整流，给发电机励磁绕组提供直流电，发电机励磁绕组随着发电机旋转切割磁力线，从而使发电机产生交流电。

发电机励磁调节器是励磁装置的核心，起到控制电压、提高电力系统稳定性的作用。在核电厂投运后，如果对发电机励磁调节器进行了维修、改造，需要在设备生产制造完成后，对其作功能试验检查，以保证更换后设备的可行性。但是，由于是模拟式的励磁调节器所以无法通过数字仿真来仿真出功能特性，需要建立起相关运行环境。同时，由于生产厂家没有励磁调节器的相关运行环境，所以无法对其励磁调节特性做功能试验检查。

技术实现要素：

基于此，有必要针对生产厂家没有励磁调节器的相关运行环境而无法对励磁调节特性作相关功能试验检查的问题，提供一种搭建模拟励磁调节器正常工作运行环境的核电厂应急柴油发电机离线试验方法。

为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种核电厂应急柴油发电机离线试验方法，包括模拟发电机输入输出信号和模拟励磁系统实际运行环境。结合所述发电机的输入输出信号和励磁系统实际运行环境，接入励磁调节器后，即可对励磁调节器进行功能试验检查。

在其中一个实施例中，所述模拟发电机输入输出信号的步骤包括：

采用驱动转轴驱动发电机组转动产生有功功率动能和转速；

调节所述驱动转轴的供电频率以升高或降低所述发电机组的转速，调节励磁系统使所述发电机组的输出电压与输电电网的电压相匹配；

将所述输出电压输出至可调负载；

所述可调负载用于模拟发电机组不同的负载情况；

控制发电机组和可调负载之间的输电通路以开始或终止试验。

在其中一个实施例中，所述模拟励磁系统实际运行环境的步骤包括接入励磁调节器，对励磁系统进行供电；对励磁系统中的励磁电流进行监测与显示；对励磁调节器进行控制、生成调节信号，获取励磁调节器的运行状态数据并显示；当系统运行状态异常时，对发电机组和励磁系统进行保护。

在其中一个实施例中，所述对励磁系统进行供电的步骤包括向发电机励磁绕组提供初始的励磁电压；将发电机组输出的三相交流功率电源转换为励磁系统所需的三相交流功率电源；对励磁系统所需的三相交流功率电源进行整流，并提供给发电机励磁绕组。

在其中一个实施例中，所述向发电机励磁绕组提供初始的励磁电压的步骤包括输入直流电源作为起励电源；限制起励电流的大小，对外部直流系统进行保护；导通所述起励电源与励磁系统之间的供电通路。

在其中一个实施例中，所述对励磁系统所需的三相交流电源进行整流的步骤包括采用功率整流器对励磁系统所需的三相交流电源进行整流、滤波，并提供给发电机励磁绕组；对所述功率整流器进行限流保护。

在其中一个实施例中，所述对励磁系统中的励磁电流进行监测与显示的步骤包括检测励磁系统中的励磁电流及励磁电流的变化；采用分流器来测量显示所述励磁电流。

在其中一个实施例中，所述获取励磁调节器的运行状态数据并显示的步骤包括对发电机组输出的电压和/或电流进行调节与采样，并提供给励磁调节器。

在其中一个实施例中，所述对发电机组输出的电压和/或电流进行调节与采样的步骤包括将发电机组输出的电压和/或电流按设定比例转换为检测电压和/或电流，并提供给励磁调节器采样板进行采样显示。

在其中一个实施例中，所述对发电机组和励磁系统进行保护的步骤包括检测励磁变压器的工作状态，当励磁变压器运行状态异常时，发出运行异常信号；当励磁系统运行状态异常发电机组需要停止运行时，减少发电机励磁绕组中的磁场能量。

在其中一个实施例中，所述检测励磁变压器工作状态的步骤包括将发电机组输出的电流按设定比例转换成检测电流；检测与显示励磁变压器工作状态下的参数，当励磁变压器运行异常时发出异常运行信号。

在其中一个实施例中，所述减少发电机励磁绕组中的磁场能量的步骤包括检测到所述异常信号时，接入灭磁电阻，使灭磁电阻和发电机励磁绕组形成回路。

本发明提供的核电厂应急柴油发电机离线试验方法，包括模拟发电机输入输出信号和模拟励磁系统实际运行环境。结合所述发电机的输入输出信号和励磁系统实际运行环境，接入励磁调节器后即可对其进行功能试验检查。本发明提供的核电厂应急柴油发电机离线试验方法与传统的离线试验方法不同点在于，传统的离线试验方法只是针对设备本身进行的单一的离线试验操作，而本发明的离线试验方法是根据完整的预先设计好的物理系统环境对励磁调节器展开的离线试验方法。由于本发明提供的离线试验方法与传统的离线试验方法相比更加系统完整，所以对于励磁调节器性能的试验效果也更加优异。

附图说明

图1为核电厂应急柴油发电机离线试验方法流程图；

图2为本发明实施例的模拟发电机输入输出信号方法中各元件连接示意图；

图3为本发明实施例的模拟励磁系统实际运行环境方法流程图；

图4为本发明实施例的模拟励磁系统实际运行环境方法中各元件连接示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、“周向”以及类似的表述是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明实施例的核电厂应急柴油发电机离线试验方法是通过搭建起励磁调节器的工作环境来模拟励磁调节器的实际运作状态，从而对经过改造后的励磁调节器进行功能上的试验检查。本发明实施例提供的核电厂应急柴油发电机离线试验方法与传统的离线试验方法不同点在于，传统的离线试验方法只是针对设备本身进行的单一的离线试验操作，而本发明的离线试验方法是根据搭建完整的预先设计好的物理系统环境对励磁调节器展开的离线试验方法。由于本发明提供的离线试验方法与传统的离线试验方法相比更加系统完整，所以对于励磁调节器性能的试验效果也更加优异。

本发明实施例模拟了一个使用自并励励磁系统的柴油发电机的实际工作运行环境，自并励励磁系统的运行原理是利用发电机自身发电功率的一部分供应本身的励磁需要。

请参见图1，本发明实施例提供了一种核电厂应急柴油发电机离线试验方法，所述核电厂应急柴油发电机离线试验方法的步骤包括：

步骤s100：模拟发电机输入输出信号。利用驱动转轴带动发电机组产生电力，调节发电机组的输出电压与输电电网的电压相匹配，将电力传输到外部。

步骤s200：模拟励磁系统实际运行环境。通过搭建起励磁系统来模拟励磁调节器的实际工作运行环境。

步骤s300：结合所述发电机输入输出信号和励磁系统实际运行环境对励磁调节器进行功能试验检查。接入经过改造后的励磁调节器，通过所述发电机输入输出信号检测发电机组发电性能情况，检测励磁调节器在励磁系统实际运行环境下的工作参数。

请参见图2，在其中一个实施例中，所述模拟发电机输入输出信号的步骤包括：

步骤s102：采用驱动转轴120驱动发电机组110转动产生输出电压。发电机组110利用电磁感应原理输出感应电动势，并经闭合的负载回路产生电力输出。

步骤s104：调节所述驱动转轴120的供电频率以升高或降低所述发电机组的输出电压，使所述发电机组的输出电压与输电电网的电压相匹配。变频器130与驱动转轴120相连，所述变频器130通过对驱动转轴120供电频率的转换来实现发电机组110运转速率的自动调节。所述发电机组110的输出端与变压器140的输入端相连，所述变压器140用于升高或降低所述发电机组110的输出电压使其与输电电网的电压相同。所述变压器140的输出端与开关组150中的一个开关相连。

步骤s106：将所述输出电压输出至可调负载；所述可调负载用于模拟发电机组不同的负载情况。

步骤s108：控制发电机组和特调负载之间的输电通路以开始或终止试验。所述开关组150中的各开关分别连接在所述变压器140的输出端、输电线路160中和可调负载170的输入端，用于作为发电机组和可调负载之间可控的断开点，减小发电机的事故范围，便于操作与调试。所述输电线路160连接了变压器140和可调负载170，用于传输发电机组产生的电压。所述可调负载170用于模拟发电机组的不同负载情况。

需要说明的是本实施例中只是例举了一种模拟发电机输入输出信号的实施方式，不排除有其它的实施方式。

请参见图3，在其中一个实施例中，所述模拟励磁系统实际运行环境的步骤包括

步骤s210：对励磁系统进行供电。通过起励单元2110给励磁系统一个初始的励磁电源，让励磁系统运转起来，使励磁系统达到一定比例的正常工作时的额定电压。采用励磁变压器2120和整流单元2130对发电机组输出的三相交流功率电源进行调节，将发电机组输出的三相交流功率电源转换为励磁系统所需的三相交流功率电源，并提供给发电机励磁绕组，利用发电机组自身发电功率的一部分来供应本身的励磁需要。

步骤s220：对励磁调节器进行控制、调节与显示。采用励磁调节器采样单元2210连接励磁调节器，对输入励磁调节器的电压和/或电流进行采样，并提供给励磁调节器。

步骤s230：监测励磁系统中的励磁电流。监测单元2310串联在发电机励磁绕组所在的回路中，用于监测励磁电流。

步骤s240：对发电机组和励磁系统进行保护。励磁变压器保护单元2420与励磁变压器2120相连，用于当励磁变压器2120工作异常时发出报警信号，从而实现对设备和系统进行保护。当发电机组停止运行时，采用灭磁单元2410与发电机励磁绕组相连，快速减少发电机励磁绕组中的磁场能量，从而减少发电机停止运行后残存的感应电动势对设备造成损坏。

需要说明的是本实施例中只是例举了一种模拟励磁系统实际运行环境的实施方式，不排除有其它的实施方式。

请参见图4，在其中一个实施例中，所述对励磁系统进行供电的步骤包括：

步骤s212：给励磁系统提供一个初始的励磁电源。在起励单元2110的电压输入端输入直流电源作为起励电源，给发电机励磁绕组一个起始的励磁电源。限流电阻2112与起励单元电压输入端的正极相连，用于限制起励单元2110起励电流的大小，防止起励电流过大损坏外部直流系统；导向二极管2113与限流电阻2112串联，用于实现起励单元2110的反向阻断，防止起励过程中励磁绕组回路的过电压反传送至外部直流系统。开关组2111中的两个开关分别与起励单元2110电压输入端正负极相连，用于作为起励电源输入端与励磁系统之间可控的断开点，减小事故范围，便于操作与调试。

步骤s212：将发电机组输出的三相交流功率电源转换为励磁系统所需的三相交流功率电源，并提供给发电机励磁绕组。所述励磁变压器2120的输入端与电流互感器的输出端相连，励磁变压器2120的输出端与功率整流器2132相连。功率整流器2132与励磁变压器2120和励磁调节器的电压输出端相连，用于将所述励磁变压器2120提供的三相交流电源和经励磁调节器调节过的三相交流电源整流后给发电机励磁绕组供电。续流电阻2131与功率整流器2132并联，用于对功率整流器进行限流保护。

需要说明的是本实施例中只是例举了一种对励磁系统进行供电的实施方式，不排除有其它的实施方式。

在其中一个实施例中，所述对励磁调节器进行控制、调节与显示的步骤包括：

步骤s222：对励磁调节器的输入信号进行调节。电流互感器2211与发电机电流输出端相连，用于将发电机组输出的电流按设定比例转换为检测电流，以供测量和继电保护；电压互感器2212与发电机电压输出端相连，用于将发电机组输出的电压按设定比例转换为检测电压，以供测量和继电保护。

步骤s224：对励磁调节器的输入信号进行采样显示。励磁调节器采样板2213与电流互感器2211和电压互感器2212的输出端相连，可与需要接受试验检测的励磁调节器连接，对输入励磁调节器的电压和/或电流进行采样。

需要说明的是本实施例中只是例举了一种对励磁调节器进行控制、调节与显示的实施方式，不排除有其它的实施方式。

在其中一个实施例中，所述对励磁系统中的励磁电流进行监测与显示的步骤包括：

步骤s232：采用霍尔元件2311来检测磁场变化，并产生感应电动势。在以往的连接方式中，霍尔元件2311串联在发电机励磁绕组、灭磁电阻2411和灭磁开关辅助触点2413形成的回路中。这样连接会导致在发电机组停机灭磁的过程中，发电机励磁电流从发电机励磁绕组流经霍尔元件2311、灭磁电阻2411和灭磁开关辅助触点2413，从而构成一个回路。在灭磁瞬间，霍尔元件2311上仍然会流过励磁电流，给操作人员造成干扰。将霍尔元件2311从原来的连接位置调整到发电机励磁绕组、灭磁电阻2411和灭磁开关辅助触点2413构成的回路以外，并与发电机励磁绕组相连，用于检测磁场及其变化，产生感应电压。

步骤s234：测量霍尔元件2311产生的感应电动势并显示回路中的励磁电流。分流器2312与霍尔元件2311，用于测量并显示回路中的励磁电流。

需要说明的是本实施例中只是例举了一种对励磁系统中的励磁电流进行监测与显示的实施方式，不排除有其它的实施方式。

在其中一个实施例中，所述对发电机组和励磁系统进行保护的步骤包括：

步骤s242：将发电机组输出的电流按设定比例转换为检测电流，以供测量和继电保护，对励磁变压器的工作状态进行检查，当出现异常运行状态时发出警报信号。电流互感器2422输入端与发电机电流输出端相连，输出端与励磁变压器2120电压输入端相连，即可将发电机组输出的电流按设定比例转换为检测电流，以供测量和继电保护。采用励磁变压器保护电路2421与电流互感器2422相连，用于检测三相供电系统中的参数，当励磁变压器2120异常运行时发出警报信号，从而起到保护励磁变压器的作用。

步骤s244：当发电机组停止运行时，快速减少发电机励磁绕组中的磁场能量，从而减少发电机停止运行后残存的感应电动势对设备造成损坏。灭磁电阻2311一端与灭磁开关辅助触点2313相连，另一端与发电机励磁绕组一端相连，用于消耗磁场能量，达到灭磁效果；灭磁开关2312中的两个开关分别与整流单元2130的正负极两端相连，用于作为发电机励磁绕组与励磁电源之间可控的断开点，当发电机组停止运转时，利用灭磁开关切断发电机励磁绕组与励磁电源之间的通路；灭磁开关辅助触点2313，与发电机励磁绕组另一端相连，当灭磁开关2312断开时灭磁开关辅助触点2313闭合，使灭磁电阻2311和发电机励磁绕组形成回路，消耗磁场能量，用于过电压保护。

需要说明的是本实施例中只是例举了一种对发电机组和励磁系统进行保护的步骤的实施方式，不排除有其它的实施方式。

在对励磁调节器进行功能试验检查前，需将励磁调节器输入端与励磁调节器采样板2213相连，和霍尔元件2311相连并且输出端与功率整流器2132相连。功能试验检查开始时先给起励单元2110的电压输入端加上直流电压，起励单元2110中的限流电阻2112用于限制起励时直流系统中的起励电流，防止起励电流过大损坏电路；导向二极管2113用于实现起励电源的反向阻断，防止起励过程中发电机励磁绕组的过电压反送至外部的直流系统。通过给起励单元2110加直流电压，给发电机励磁绕组提供一个初始的额外的励磁电压，使其产生一定的发电机机端电压，能使励磁系统达到一定比例的正常工作时的额定电压后，断开连接在起励单元2110中的开关，从而断开起励单元2110与励磁系统的通路。

发电机励磁绕组正常运作时，随着发电机组110由驱动转轴120驱动旋转切割磁感线，从而产生交流电。变频器130与驱动转轴120相连，通过变频器130对驱动转轴120供电频率的转换来实现发电机组运转速率的自动调节。发电机组110产生的交流电经过连接到发电机组110输出端的变压器140输入端，通过变压器140升高或降低所述发电机组的输出电压使其与输电电网的电压相匹配。经过变压器140调节过的交流电部分通过输电线路160用于向外部供电，部分交流电用于整流后向励磁系统提供维持自身运转所需的电能。连接在变压器140的输出端、输电线路160中和可调负载170的输入端的开关组150，用于作为发电机组110和可调负载170之间可控的断开点，减小发电机的事故范围，便于操作与调试。连接在电压输出端的可调负载170，通过调节可调负载170的阻值，模拟发电机组的不同负载情况下的工作状态。

发电机组110给自身运转提供的一部分电能先分别通过励磁调节器用电流互感器2211、励磁调节器用电压互感器2212和励磁变压器保护采样电流互感器2322，分别用于将发电机组输出的电压和/或电流按设定比例转换为检测电压和/或电流，用作测量和继电保护。励磁调节器采样板2213与励磁调节器用电流互感器2211、励磁调节器用电压互感器2212相连，并与需要接受试验检测的励磁调节器连接，对输入励磁调节器的电压和/或电流进行采样。励磁变压器保护电路2321与励磁变压器保护采样电流互感器2422相连，用于当励磁变压器2120异常运行时发出警报信号，从而起到保护励磁变压器2120的作用。

经过励磁调节器用电流互感器2211、励磁调节器用电压互感器2212和励磁变压器保护采样电流互感器2422转换过的一部分电压和/或电流加到励磁变压器2120的输入端，通过励磁变压器2120将发电机输出的三相交流功率电源转换为励磁系统所需的三相交流功率电源；另一部分电能加到励磁调节器输入端，通过励磁调节器调节、控制发电机输出的三相交流功率电源。

励磁系统所需的三相交流功率电源分别从励磁变压器的输出端和励磁调节器的输出端加到整流单元2130输入端，整流单元2130对输入的三相交流功率电源整流滤波后供给发电机励磁绕组，用以维持发电机励磁绕组的正常运转。

在整流单元2130与励磁绕组间的通路中串联有灭磁单元2410。当励磁系统出现问题发电机组需要停止运行时，灭磁单元2410可以迅速切断发电机励磁绕组和励磁系统之间的通路，并消耗掉发电机励磁绕组中残留的磁场能量，保护系统中其它工作设备。

通过监测单元2420和励磁调节器采样单元2210来对励磁调节器工作运行环境下的参数进行显示，操作人员可以通过励磁调节器工作时测量显示的参数来判断该励磁调节器是否能够正常工作。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。