基于华龙一号验证平台的应急柴油机容量仿真验证

陈 杰，张立群

（中国核电工程有限公司，北京 100840）

0 引言

应急柴油机作为电厂应急电源，在内外电源失去时启动，为电厂重要设备和系统提供应急电源，从而确保反应堆的紧急安全停堆，以及防止重要设备因厂用电系统的失电而造成的损失。设计验证平台作为验证工具是通过仿真的方式实施设计方案，基于全范围、高精度、实时的核电站工艺系统模型及仿真数字化仪控系统，在核电站系统设计、集成、调试等阶段对设计验证、功能测试、逻辑预演、数值仿真测试发挥着重要作用[1]。

在停电事故时，应急柴油机的供电容量将决定能否正常供电，重要设备是否能正常加载。为了更准确地设计应急柴油机负荷容量，本文基于华龙一号设计验证平台[2]模拟了不同工况下的电气系统负荷，对应急柴油机供电容量进行仿真验证并得到了相应的曲线，对实际的应急柴油机容量提供了参考意义。

1 验证方案

为了准确得到应急柴油机加载过程中的各设备的实际负荷，需要准确计算出各泵及电机的功率。

1.1 泵功率计算

1）依据泵的性能曲线中的流量——扬程曲线，标定仿真模型中泵的流量扬程曲线，并参考系统设计手册调试泵所在管路的流量特性，使泵所在管路流量满足设计要求。

2）在验证平台导入泵性能曲线中的流量——泵额定输入功率曲线，读取仿真模型中泵的流量，即可得到泵的输入功率。

1.2 电机功率计算

1）依据电机的负载，即泵的输入功率，通过平台中导入的电机特性曲线中的P1——P2/PN曲线，即可得到电机的输入功率。若缺少P1——P2/PN曲线，可将效率——负载倍数曲线导入验证平台，由电机负载得到电机的效率，然后利用负载除以电机效率，即可得到电机的输入功率。

2）利用导入验证平台的功率因素——负载倍数曲线，由电机的负载得到电机的功率因数，利用电机的输入功率除以功率因数，即可得到电机的视在功率。

3）电机启动电流计算：通过导入启动电流倍数——转速曲线或者启动电流倍数——转差率曲线，读取仿真模型中电机的转速，即可得到电机的启动电流。

依据应急柴油发电机组加载程序中列出的工况，通过在设计验证平台插入故障的方式进入该工况。在验证平台仿真运行[3]中，可以获取每个时间序列各电机的功率、电流等参数。通过仿真获得的参数，可验证应急柴油发电机的供电容量是否合适。

2 仿真测试验证

为了验证自动加载过程中应急柴油发电机组的容量，在设计验证平台上进行应急柴油机组加载程序及加载负荷容量的测试。首先，需在验证平台上，对应急柴油机带载逻辑进行验证；其次，对负荷容量进行验证，选取典型工况（失电+安注下应急负荷的加载）。

2.1 应急柴油机带载逻辑验证

在仿真验证平台上装载100%功率工况运行，通过插入失电故障，验证应急柴油机带载逻辑，其仿真过程和结果见表1。

通过表1可以得知，在失电工况时，在验证平台上对应急柴油机带载逻辑进行验证的结果是正确的。

2.2 失电+安注下应急负荷的加载

在验证平台上运行100%功率工况，插入一回路二环路热段150 mm破口故障，安注启动达到稳定流量后，存储安注工况；在验证平台上运行此安注工况，60 s后插入失去主外电和辅变失电故障，应急柴油机带载后，记录各电机的输入功率、视在功率，其仿真结果见表2。

其电机的功率、电流曲线和EMA总视在功率曲线的仿真曲线图，如图1、图2所示（选取0 s加载RSI001PO及EMA总视在功率）。

表1 逻辑验证Table 1 Logic verification

表2 EMA序列Table 2 EMA Sequence

图1 0s 加载RSI001PO Fig.1 0s Loading RSI001PO

图2 EMA中压电动机视在功率之和Fig.2 Sum of apparent power of EMA medium voltage motor

由图1和图2可得知，在安注故障叠加失电故障后，应急柴油机按照加载程序自动加载，A列负荷容量在1 min 52 s时达到峰值，为3589 kVA，在2 min 50 s时达到稳定，为3546.2 kVA。

3 结束语

本仿真验证基于全范围、高精度、实时的核电站设计仿真验证平台，采用成熟的建模软件对应急柴油机的电气负荷进行仿真建模。为了更准确地设计应急柴油机的容量，通过在验证平台上先后验证应急柴油机的带载逻辑，并选取两种事故工况对容量进行验证，结果表明：

1）验证平台上应急柴油机的加载逻辑与设计对比是准确无误的，表明这种验证方式是合适且可行的。

2）验证平台上不同事故工况下的应急柴油机容量带载不同，供电容量并不是负载的累加，对应急柴油机的容量设计提供了一定的参考意义。