某核电厂380V交流配电系统控制电源电压高问题探究

李志鹏 杜勇

中国核电工程有限公司华东分公司 浙江海盐 314300

在某核电厂调试过程中，调试人员对380V配电系统检查时发现，某1E级应急配电系统的110V控制电源电压达到了140V，超出了设计文件要求的88-121V的限值。该380V系统为核安全级应急配电系统，下游负荷均为核电厂中最重要的负荷，为保障核安全起着关键作用[1]。直流电压高可能导致本系统及馈线负荷的控制元器件损坏，从而使馈线的负荷失去控制，对电厂的核安全造成严重影响[2]。

1 故障现象及原因分析

控制回路图纸显示，该系统110V控制电源由两路构成，一路来自厂内的110V直流系统，另一路来自380V母线自身变压整流，依次断开两路控制电分别测量两路电源的电压，结果显示来自外部的直流系统110V电压为116.8V，几乎没有交流分量，380V母线自身变压整流电压为124.6V，两路同时送电的情况下电压上升到141V，同时送电时测得其中的交流分量16.1V，根据测量所得数据，外部直流系统110V电压稳定，电源质量较高，电压升高的原因来自380V交流母线自身变压整流而来的电源。

图1 110VDC控制电源回路图

380V母线自身变压整流回路的整流过程靠的是图中所示的一个变压整流单元，该电源装置由一个小型变压器和一组二极管整流器组成，原理为先通过小型变压器将380V电压降压成110V交流电源，后利用二极管的单向导通性将110V交流电进行整流。经过查阅变压整流单元的相关资料并进行分析后，确定电压高原因为整流原件设计相对比较简单，仅为两个半导通的二极管组成，整流后的波形为交流正弦半波，未能过滤其中的交流分量，最后所得的直流电源中交流分量较高，当两路电源同时送电时，交流分量在外部直流系统电源的基础上进行了叠加，从而使整个控制电源的电压抬高[3]。

2 开关电源的使用

确定了电压升高的原因后，调试人员考虑将该变压整流单元更换成一种既能提供电压，稳压精度又能符合要求，并且能够提供足够电流的电源，经过多方调研和讨论，最终确定采用半桥型开关电源，半桥型开关电源的结构图如图2所示，原理为先由四个单向导通的二极管组成的单相桥整流电路，将380V交流初步整流成直流电，再通过可控硅晶闸管、变压器一次线圈以及高频导通电容组成的高频逆变回路，高频逆变回路将直流电逆变成高频交流电，然后通过高频变压器降压，再通过二极管组整流成仍具有交流分量的脉动直流电，最后通过电感电容滤波组件进行稳压滤波，最终得到电源质量较高的110V直流电，开关电源的电路原理图如图2。在开关电源的整个电压变化过程中最重要的核心部件为高频逆变电路，高频逆变电路主要由3个部分组成，电容器、高频率交替导通的可控硅二极管，滤波电感。两个二极管中点的电压为整流后直流电压的一半，随着可控硅二极管的交替导通，使得变压器一次侧绕组中依次通过从上至下和从下至上的交变电流，可控硅二极管的性能对最后的波形起着至关重要的作用，性能较差的可控硅二极管由于截断能力及导通角的控制精度问题，使得变压器一次侧的交变波形产生较大的毛刺、谐波，从而影响最终开关电源的输出波形。本项目选择的是国内某知名厂商的开关电源，由于我们这里只是需要一个110V的控制电源，对精度要求不高，国产知名品牌完全能够满足要求，开关电源更换完成后再次同时合上两路电源开关，电压稳定在116V左右，在设计文件要求的范围内，问题得到解决。

图2 开关电源电路原理图

3 结语

电子技术在核电厂中应用非常广泛，而且往往扮演非常重要的角色，如充电器、逆变器、变频器、主发电机及柴油发电机的励磁电源等等，这些设备的可靠运行是构成核安全的重要保障，因此在此类设备的选型过程中，选择性能优良的电力电子器件显得尤为重要。