基于3KEYMASTER软件的核电站6.6kV系统仿真研究

2016-04-22罗朋刘鸿吴先荣吴帆

计算机时代 2016年4期

罗朋+刘鸿+吴先荣+吴帆

摘要：核电站的全范围模拟机中电气系统数量庞大，系统数据接口之间的传输要保证实时准确。为了实现核电站中的6.6kV系统的准确仿真模拟，以阳江核电站为研究对象，通过在3KEYMASTER仿真平台上搭建与实际机组相一致的6.6kV系统，并添加了故障仿真模型。研究表明，在3KEYMASTER仿真平台上搭建的6.6kV仿真系统能够满足设计要求。

关键词：核电站； 3KEYMASTER； 6.6kV；全范围模拟机

中图分类号：TM743 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2016）04-06-03

Research on the simulation of 6.6kV system in nuclear power plant

based on 3KEYMASTER software

Luo Peng， Liu Hong， Wu Xianrong， Wu Fan

（China Nuclear Power Simulation Technology Co.，Ltd， Shenzhen， Guangdong 518031， China）

Abstract： There are a large number of electrical systems in the Full Scope Simulator， the transmission of system data between interfaces should be ensured real-time and accurate. In order to achieve accurate simulation of the 6.6kV system， YangJiang nuclear power plant is taken as the research object. On 3KEYMASTER simulation platform， the 6.6kV system is built consistent with the actual machine set， and the fault simulation is taken into account. The research shows that 6.6kV simulation system on 3KEYMASTER simulation platform can meet the requirements of the design.

Key words： nuclear power plant（NPP）； 3KEYMASTER； 6.6kV； full scope simulator（FSS）

0 引言

根据我国核电中长期发展规划，到2020年核电运行装机容量将达到4000万kW[1]。为了确保机组安全、稳定的运行，核电厂全范围模拟机在操作人员持照资格考试、事故处理、运行规程验证、应急处理能力培训等方面发挥了重要作用。该模拟机采用在压水堆核电站具有一定代表性的美国Western Service Corporation公司的3KEYMASTER仿真平台软件[2]，其具有开放性结构、完全以对象为导向、具备在线修改模型能力等优点。核电站的6.6kV系统是厂用电里的重要系统，其保证核电站在正常或事故工况下，向电厂的附属设备提供安全可靠的电源[3]。

为了在该仿真平台上搭建准确的核电站6.6kV仿真模型，本文给出了其搭建方法，并对系统中设置故障的参数模型进行了分析研究。

1 模拟机开发过程中对电气系统的要求

核电站电气系统数量比较多，一般可分为发变组系统、励磁系统、高压接线系统、厂用电系统及直流系统等几大类[4]。涉及到的模型有发电机模型、励磁系统模型、原动机调速系统模型、变压器模型、静态负荷模型和电动机模型，模型之间相同对象可以通过设置相同的名字等方法连接，各个模型中的对象通过不同类型的连接线连接。模拟机对电气系统的要求主要有三条：①对当前模块修改时不必对其他未改动的模块进行重建；②电气模型应通过求解数学方程模拟真实的功能；③设备的动态特性也应有仿真模拟。为了达到更高的模拟精度，还需对系统的重要性设定模拟范围和规则，如表1所示。

2 核电站6.6kV建模过程

用仿真平台建模过程中，首先要确定建模对象，根据设计院针对阳江核电站的设计图纸和详细的设计数据搭建模型。除此之外，还需要有电动机数据，主要是电机的电压、频率、极数、转速、满负荷电流、额定功率和启动时间等。然后在3KEYMASTER仿真平台上根据单线图搭建模型，添加相应的Type和Tasks，在Drawing中先添加电气控制模块、设置设备连接点再进行连接如图1所示。由于这里只是搭建6.6kV系统，因此电源暂时采用一个边界点，即外部电网来代替，如图2所示。在搭建好的模型中输入设计数据，数据参数表中采用不同的颜色来代替。在显示的参数中，对象参数采用不同的颜色[5]，各个参数颜色代表的含义如表2所示。最后对搭建好的模型保存工况，运行后检查模型搭建的正确性。

3 故障测试分析

在6.6kV电气系统中，主要有母线电压失电故障、母线电压过低故障、进线或母线PT故障、系统绝缘电阻低故障、厂变进线电压过低故障等。限于篇幅，本文仅对母线电压失电故障进行分析。

3KEYMASTER软件中集成了具有动态显示功能，电气系统中母线、各个开关、用电设备的状态都可以显示。如果开关的颜色为绿色则表示断开状态，如果是红色则表示闭合状态。故障仿真可以根据电气系统中动态显示界面很方便地查看系统中的故障。引起母线电压失电故障的原因有很多，均可以通过相应的保护使母线电源侧的断路器跳闸。为了模拟母线电压失电故障，在仿真平台上搭建了专门的逻辑模型，将该段母线与6.6kV系统母线的名字设置成相同，使其连接在一起。负载的设置常用两种，一种是以有功和无功功率的方式表示；一种是以电阻和电抗的形式表示。由于母线断电是因为超过了断路器的保护电流而断开，后一种方式不能直观反应功率的变化，因此在本文中采用第一种方式。通过设置有功功率和无功功率的变化使母线电压失电，6.6kV系统所在的负载为电动机和通过降压变压器降到380V给其他设备供电。这里设置无功功率为100MVA，在此功率下的电流大于断路器的保护电流，因此符合所需的要求。故障仿真如图3所示。

在图3中，MF为故障设置开关，此时需要通过逻辑将模拟量转换为数字量，断路器开关的闭合和复位，增设一个非门逻辑。

4 仿真模型及其验证

在搭建的6.6kV系统的仿真模型中，在满功率负荷下部分设备的部分参数数据对照表如表1所示。表1中，V1代表6.6kV的母线电压；V2代表380V的母线电压；f为频率。

由表1可知，仿真计算值与设计值在满负荷功率运行下，数值误差很小。

5 结束语

为了确保核电机组的安全稳定运行，本文以阳江核电站为模拟对象，针对6.6kV系统进行仿真模拟，通过在3KEYMASTER仿真平台上搭建6.6kV系统并添加了故障仿真模型。研究表明，在3KEYMASTER仿真平台上搭建的6.6kV仿真系统能够满足设计要求。

参考文献（References）：

[1] 王宁.核电机组电气设计分析[J].中国核电，2010.3（4）：

308-315.

[2] 林克军，张潇，骆邦其等.反应堆设计软件与仿真系统的耦合[J].

系统仿真技术，2014.10（3）：268-272

[3] 广东核电培训中心.900MW压水堆核电站系统与设备[M].