机械联锁在A核电站蓄电池放电系统中的应用及改进

2013-09-26张瑞明雷亚清

电子测试 2013年21期

张瑞明，刘盼，雷亚清

（中广核工程有限公司，广东深圳 518124）

0 引言

双堆核电站有二十四组铅酸蓄电池（以下简称蓄电池），单组蓄电池容量达3000AH。根据核电站设计以及标准要求[1]，蓄电池需要定期进行放电核容试验，以保证要使蓄电池处于健康的状态。核电站对蓄电池放电时间、放电电流要求较高，经计算，蓄电池的放电电流高达600A。

为了保证在放电过程中的人员、设备的安全，防止不同电压等级蓄电池组发生误放电现象，核电站引入了机械联锁方案[2]。通过多项目实践检验，机械联锁方式有效保证了蓄电池组放电试验安全、高效地进行。

通过本文的深入研究，改进了机械联锁方案，降低了人因失误的风险，增强蓄电池放电的可靠性，为后续核电项目提供借鉴意义。

1 LYS蓄电池放电系统介绍

1.1 LYS系统功能及组成

LYS为核电站蓄电池放电试验回路系统的简称，是核电站直流系统的重要组成部分。通过该系统，可有效连接分布于多个厂房的蓄电池组，并在大修短暂的时间内完成对蓄电池核容（放电及充电循环）工作，验证蓄电池的健康状况。

LYS系统由放电源、放电路径、放电小车三部分组成。放电源即蓄电池组，为核电站诸多安全系统的直流后备电源。核电站蓄电池组分为三个电压等级：LA*（220V直流系统）、LB*（110V直流系统）、LC*（48V直流系统）。

放电路径由直流配电盘、电缆、放电开关箱、放电连接箱组成。机械联锁装置即在放电开关箱中引入，通过控制放电路径，确保各电压等级蓄电池安全可靠放电。

放电小车是蓄电池放电过程中电能的消耗装置。放电小车采用陶瓷电阻作为功率元件。陶瓷电阻具有极高的正温度系数（详见图1），利用该特性控制陶瓷电阻可实现恒流放电。

图1：陶瓷电阻T-R曲线

1.2 蓄电池放电要求

蓄电池分布于核电站的3.8米层WX厂房的多个房间。由于各组蓄电池间内部空间紧凑，放电小车尺寸又较大，不方便在各蓄电池间挪动，因此需要通过有效的放电网络将各蓄电池房间联系起来，以便放电小车不用移动即可在工作间完成各系统蓄电池放电试验。

不同电压等级的蓄电池组需要通过放电小车对应的放电电压档完成放电。若蓄电池组与放电小车电压等级不一致，则无法启动放电（蓄电池组电压低于放电小车电压挡位）或者烧毁放电小车线路板（蓄电池组电压高于放电小车电压挡位）的情况。

对于同一电压等级的不同系统，放电时也需要相互隔离，避免蓄电池组的并联运行[3]，因此需要通过有效的放电网络匹配蓄电池组电压与放电小车的电压档以及隔离各蓄电池组。

综上，需要引入机械联锁装置，保证放电试验的可靠操作，避免产生误操作的危险行为发生。

2 机械联锁装置的应用

2.1 联锁原理的总体原则

不同电压等级的蓄电池组接入到不同开关箱中，相同电压等级蓄电池组接入到同一开关箱。同电压等级的不同系统，通过对各系统蓄电池组进线开关的机械联锁装置，实现只能同时闭合一组蓄电池进线开关，避免多个蓄电池组并联放电。开关箱的出线直接引至放电小车。总体原则如图2所示：

2.2 机械联锁的应用

2.2.1 开关箱的机械联锁装置

在开关箱中，通过对放电开关的控制实现对应蓄电池组的放电回路闭合。通过采用甲公司的双锁芯栓锁确保闭合的蓄电池组回路正确，避免人员的误操作。双芯栓锁的两个锁芯分别对应A钥匙与B钥匙，两把钥匙互锁，即同一时间内只能拔出一把钥匙，另一把钥匙被锁定在锁上，同时被锁定的钥匙对应的锁栓伸出。A钥匙对应伸出的锁栓与放电开关接触，保证开关无法操作，实现锁栓与开关的联锁（联锁原理详见图3）。

图3：锁栓与开关的联锁

每个开关箱内有多个放电开关，但仅有一把A钥匙，进而保证箱内仅有一个回路能够打开，取得B钥匙。B钥匙与电压等级相关，并与放电小车上的B钥匙相同，分为B1、B2、B3三个等级。图4为双芯栓锁与放电开关图。

图4：双芯栓锁与放电开关图

2.2.2 放电小车的机械联锁装置

LYS系统的机械联锁主要采用甲公司的单锁芯栓锁与双锁芯栓锁实现。在放电小车上每个电压等级分别对应一个单芯栓锁，详见图5.

图5：放电小车单芯栓锁

通过使用唯一的钥匙B1、B2、B3可分别打开220V、110V、48V对应的栓锁，通过栓锁控制的对应电缆仓实现放电电缆的接线。

2.2.3 机械联锁的防误作用

以LAA系统为例，在蓄电池组进行放电试验时，操作人员根据程序从运营单位取得LAA系统的开关箱A钥匙。通过A钥匙打开LAA系统蓄电池组对应的双芯锁，取得B钥匙，此时，A钥匙对应的锁栓收回，放电开关可以操作，闭合放电开关。取得B钥匙后，打开放电小车对应电压等级的电缆仓，完成端接，放电开关箱至放电小车间回路导通。

打开LAA系统直流配电箱的开关，蓄电池组至放电开关箱间回路连接，开始放电。

假设操作人员误将A钥匙解锁开关箱上LAB系统放电回路，那么机械联锁装置确保LAA系统放电开关无法闭合，同时LAB系统蓄电池组至开关箱回路未闭合（LAB开关箱上游的LAB直流配电盘开关未闭合），因此LAA、LAB系统均不会形成放电回路，无法放电，保证系统安全。

自放电开关箱取得B钥匙（B1、B2、B3）保证开关箱至放电小车的电缆不会错误地端接到不同电压等级的电缆仓中，保证放电小车的安全。

综上，机械联锁装置保证了蓄电池组、放电小车的设备安全，同时有效防止了人员误操作造成误放电现象，保证放电系统可靠运行。

3 机械联锁装置的改进

3.1 放电开关闭锁模块的改进

由图4可知，放电开关的锁定装置位于箱体外部，不仅影响设备美观，同时还带来人为破坏的风险。为了优化锁定方案，试验小组研发了内置式闭锁模块，效果如图6.

图6：内置式闭锁模块

3.2 机械联锁环节的改进

机械联锁方案有效保证了开关箱至放电小车的闭锁，但蓄电池组至开关箱间仅通过直流配电盘连接，无机械联锁装置，存在误操作的风险。

在开关箱联锁的基础上，利用同样的原理即可实现直流配电盘至开关箱间的联锁。在开关箱中类比放电小车，为每一进线系统回路的A钥匙设置成A1、A2、A3、A4（目前为同一把A钥匙）等，B钥匙不变。在直流配电盘上增加一套双芯栓锁，锁芯为A、C。锁芯A与开关箱中A1、A2、A3、A4匹配，锁芯C按照系统分为C1、C2、C3、C4等。确定放电系统后，利用C钥匙到相应系统直流盘上取得对应的A钥匙，进而解锁开关箱取得B钥匙，最终解锁放电小车，连通整条放电回路。通过改进闭锁回路，即可消除整条放电回路的人因误操作风险。