1. مقدمه
درایو پمپ خنک کننده راکتور (RCP) یک تجهیزات الکتریکی با نقطه خرابی حیاتی در نیروگاه هسته ای نسل سوم AP1000 است. عملکردهایی مانند تبدیل فرکانس و ولتاژ را برای RCP فراهم می کند و جریان راه اندازی RCP را محدود می کند و به عنوان تنها منبع تغذیه برای RCP عمل می کند. خرابی غیرمنتظره هر درایو RCP یک سیگنال قطع جریان کم راکتور را در عرض 1.1 ثانیه ایجاد میکند که منجر به خاموش شدن ناخواسته راکتور میشود.
شکل 1: چهار درایو RCP در هر واحد
شکل 2: نمودار تک خطی منبع تغذیه اصلی RCP 60 هرتز
واحدهای 1 و 2 نیروی هستهای شاندونگ جزو اولین واحدهای انرژی هستهای نسل سوم AP1000 در جهان هستند و همچنین به عنوان پروژه کلیدی چین برای توسعه بومی فناوری انرژی هستهای نسل سوم عمل میکنند. از زمان بهره برداری تجاری از واحد اول در سال 2018، چندین خاموشی برنامه ریزی نشده به دلیل خرابی درایوهای RCP وارداتی رخ داده است. این حوادث خطرات ایمنی را برای واحدهای هسته ای به همراه داشت و منجر به خسارات اقتصادی مستقیم تقریباً 12 میلیون یوان در هر واحد در روز شد که در مجموع به بیش از 100 میلیون یوان مگابیت انباشته شد. بنابراین، حل چالش 'گلوگاه' درایوهای RCP برای افزایش بیشتر قابلیت اطمینان تجهیزات و اطمینان از ایمنی عملیات انرژی هسته ای بسیار ضروری است.
2. بررسی اجمالی راه حل سیستم
در سال 2022، Shandong Nuclear Power Company Ltd. (SDNP)، موسسه تحقیقات و طراحی مهندسی هستهای شانگهای (SNERDI) و Shanghai Nancal Electric Co., Ltd. یک همکاری را آغاز کردند و با موفقیت یک RCP Drive را برای نسل سوم نیروگاه هستهای AP1000 در سال 2023 توسعه دادند.
طرح اصلی سیستم منبع تغذیه AP1000 RCP در زیر نشان داده شده است:
شکل 3: سیستم اصلی: One-Drive-One، بدون Hot Standby
بر اساس پیکربندی توان RCP از نوع راکتور AP1000، سیستم منبع تغذیه اصلی RCP (چهار درایو عامل) با افزودن یک درایو، EV-71، به عنوان یک منبع تغذیه معمولی در حالت آماده به کار، ارتقا یافت. نمودار تک خطی سیستم ارتقا یافته به شرح زیر است:
شکل 4: توپولوژی سیستم '4-operation and 1-standby'.
در صورت خرابی هر یک از درایوهای RCP، درایو پشتیبان داغ مشترک را می توان به سرعت روشن کرد (فعال سازی درایو پشتیبان). یک درایو تعمیر شده را می توان با استفاده از فناوری Failback به کار بازگرداند (درایو پشتیبان به وضعیت آماده به کار باز می گردد). بعلاوه، در سناریوهای شدید که در آن Failback با شکست مواجه می شود، درایو پشتیبان می تواند دوباره فعال شود. این امر به طور قابل توجهی قابلیت اطمینان عملیاتی درایوهای RCP و انعطاف پذیری سوئیچینگ درایو RCP را در حالت آماده به کار افزایش می دهد و باعث بهبود بیشتر قابلیت اطمینان عملیاتی و کارایی اقتصادی واحدهای انرژی هسته ای AP1000 می شود.
3. پیکربندی اصلی درایو RCP
خیر | مورد | مشخصات فنی / پیکربندی |
1 | ولتاژ نامی ورودی/خروجی درایو | سمت شبکه: 10.5 کیلو ولت، سمت موتور: 6.9 کیلو ولت |
2 | فرکانس خروجی رتبه بندی شده درایو | 60 هرتز |
3 | جریان خروجی امتیازی درایو | 880A |
4 | ظرفیت اضافه بار درایو | 1100A به مدت 1 دقیقه |
5 | سلول قدرت | آب خنک، دو ربع |
6 | شماره پالس یکسو کننده | 54 پالس |
7 | سیستم کنترل اصلی | طراحی اضافی، جایگزینی آنلاین، وقفه خروجی <1 میلی ثانیه |
8 | بای پس اتوماتیک سلول قدرت | بای پس متمرکز، خروجی بار کامل با دور زدن 2 سلول امکان پذیر است |
9 | واحد MTBF | بیش از 100000 ساعت |
10 | در دسترس بودن 18 ماهه | >0.9999 |
11 | زندگی طراحی | 60 سال |
12 | روش خنک کننده ترانسفورماتور | خنک کننده هوا-آب، طراحی هسته خنک کننده اضافی |
13 | فن خنک کننده | طراحی اضافی، جایگزینی آنلاین |
4. کل تجهیزات درایو RCP
شکل 5: کل تجهیزات درایو RCP
4.1 کابینه پیش شارژ توزیع ولتاژ پایین و ولتاژ متوسط
کابینت توزیع ولتاژ پایین دارای چندین منبع تغذیه فن 380 ولت و منبع تغذیه کنترل 220 ولت است. پس از سوئیچینگ خودکار، این منابع در بخشهای عملکردی مختلف درایو RCP توزیع میشوند.
مدار پیششارژ یک طرح پیششارژ ولتاژ متوسط، متشکل از یک مقاومت پیششارژ و یک قطعکننده مدار بایپس پیششارژ که بهطور موازی متصل شدهاند، اتخاذ میکند. قبل از اعمال ولتاژ متوسط به درایو، خازن های DC سلول های قدرت از طریق مقاومت پیش شارژ از قبل شارژ می شوند. این به طور موثر جریان هجومی را در لحظه بسته شدن سوئیچ ولتاژ متوسط کاهش می دهد و تاثیر آن بر شبکه ولتاژ متوسط را به حداقل می رساند.
4.2 کابینت ترانسفورماتور و خنک کننده هوا و آب
کابینت ترانسفورماتور دارای یک ترانسفورماتور یکسو کننده تغییر فاز نوع خشک با ظرفیت نامی 12000 کیلو ولت آمپر است. طرف اصلی یک ورودی 10.5 کیلو ولت دریافت می کند و سمت ثانویه 9 مجموعه خروجی 1650 ولت را ارائه می دهد که برق 9 سلول برق را تامین می کند.
برای حل اساسی مسائل نشت آب بالقوه، یک روش خنک کننده هوا-آب استفاده می شود. گرمای تولید شده توسط ترانسفورماتور نوع خشک از طریق آب خنک کننده خارجی پخش می شود. فن های خنک کننده کابینتی دارای طراحی اضافی هستند و می توانند به صورت آنلاین تعویض شوند.
4.3 کابینت برق
کابینت سلول قدرت جزء اصلی درایو است. هر فاز محرک از سه سلول برق متصل به سری تشکیل شده است که در مجموع نه سلول قدرت برای سه فاز را شامل می شود. هر سلول قدرت یک اینورتر منبع ولتاژ AC-DC-AC ورودی سه فاز و خروجی تک فاز است. سه سلول قدرت در هر فاز یک خروجی ولتاژ 7 سطحی تولید می کنند. در شرایط شدید، درایو همچنان میتواند خروجی تمام بار را حتی با دور زدن دو سلول برق ارائه دهد.
4.4 کابینه کنترل
کابینت کنترل شامل برد کنترل اصلی، PLC، رابط انسان و ماشین (HMI)، و غیره است. برد کنترل اصلی، فیبر نوری، و نمونهبرداری جریان و ولتاژ ورودی/خروجی همگی از طراحی اضافی با زمان سوئیچینگ معمولی کمتر از ms استفاده میکنند.
4.5 کابینت خنک کننده آب
مایع خنک کننده با فشار و جریان ثابت به طور مداوم از طریق مبدل حرارتی گردش می کند و گرما را از مدار سلول قدرت RCP Drive خارج می کند. طراحی اضافی برای پمپ های خنک کننده، مخزن تبادل یونی، مبدل حرارتی صفحه ای، سیلندر نیتروژن و ابزار کلیدی اعمال می شود.
5. نقاط عطف در RCP درایو محلی سازی
برای افزایش قابلیت اطمینان منبع تغذیه RCP برای نیروگاه هستهای AP1000، Nancal Electric به شاندونگ نوکلر در اجرای استراتژی گام به گام «سه فاز» برای بومیسازی RCP Drive کمک کرده است، و «راهحل هستهای شاندونگ» را برای نیروگاه مشابه در چین ارائه میکند.
از اکتبر تا نوامبر 2023، واحدهای 1 و 2 بازسازی '4-عملیات و 1-استاندبای' را تکمیل کردند و یک درایو RCP محلی شده در حالت آماده به کار را به هر واحد اضافه کردند.
در سپتامبر 2024، اولین جایگزینی محلی RCP Drive در واحد 2 تکمیل شد. کاربرد عملی به طور کامل امکانسنجی و صحت این مسیر فنی را تایید کرد.
در اکتبر 2025، جایگزینی سه درایو RCP باقی مانده در واحد 2 با نسخه های بومی سازی شده تکمیل شد. تمام آزمایشهای بار کامل در اولین تلاش موفقیت آمیز بود، و آن را به اولین کارخانه AP1000 چین تبدیل کرد که تحت بار کامل کاملاً بر روی درایوهای RCP محلیسازی شده کار میکرد.
جایگزینی چهار درایو RCP باقی مانده در واحد 1 برای نیمه اول سال 2026 برنامه ریزی شده است.
6. شاخص های فنی کلیدی برای سوئیچینگ درایو اصلی/پشتیبان
6.1 کدگذاری تجهیزات
خیر | کد تجهیزات | گروه بارگذاری | نام تجهیزات | اظهارات |
1 | ECS-EV-31 | 1 | RCP Drive 31 | درایو اصلی |
2 | ECS-EV-41 | 2 | RCP Drive 41 | درایو اصلی |
3 | ECS-EV-51 | 1 | RCP Drive 51 | درایو اصلی |
4 | ECS-EV-61 | 2 | RCP Drive 61 | درایو اصلی |
5 | ECS-EV-71 | 1/2 | RCP Drive 71 | درایو پشتیبان |
6.2 سناریوی اول: تغییر از درایو اصلی ناموفق به درایو پشتیبان
درایوهای اصلی EV-31/41/51/61 RCPها را در نقطه عملیاتی نامی کار می کنند، در حالی که درایو پشتیبان EV-71 در وضعیت آماده به کار داغ است. با شبیه سازی خرابی درایو اصلی، سوئیچ خروجی درایو اصلی خراب باز می شود. پس از باز شدن کامل سوئیچ خروجی، سوئیچ خروجی درایو پشتیبان EV-71 بسته می شود. پس از بسته شدن، EV-71 ابتدا ردیابی فاز قفل شده را بر اساس ولتاژ مغناطیسی باقیمانده نمونه موتور انجام می دهد. هنگامی که ردیابی حلقه قفل فاز موثر باشد، می تواند مستقیماً گشتاور برای عملیات تولید کند. کل زمان از خرابی تا توقف افت سرعت از 400 میلی ثانیه تجاوز نمی کند.
شکل 6: تغییر از درایو اصلی ناموفق به درایو پشتیبان
6.3 سناریوی دوم: بازگشت ناموفق از درایو پشتیبان به درایو اصلی تعمیر شده
پس از تعمیر یک درایو اصلی ناموفق، میتوان بدون نیاز به خاموش کردن واحد، یک خطای آنلاین از درایو پشتیبان به درایو اصلی انجام داد. زمان شکست ≤30 میلی ثانیه است.
شکل 7: بازگرداندن خطا از درایو پشتیبان به درایو اصلی
7. جوایز و تقدیرنامه ها
2024: به فهرست اولین تجهیزات فنی عمده در بخش انرژی توسط اداره ملی انرژی اضافه شد.
2025: جایزه دوم برای پیشرفت علم و فناوری توسط انجمن انرژی هسته ای چین (CNEA) اعطا شد.
8. نتیجه گیری
سیستم منبع تغذیه نیروگاه هسته ای AP1000 RCP Drive راه حل '4-عملیات و 1-استاندبای' را اتخاذ می کند. در صورت خرابی هر یک از درایوهای RCP، درایو پشتیبان داغ میتواند بهطور خودکار ظرف 360 میلیثانیه تا 700 میلیثانیه کنترل شود، که به طور قابلتوجهی قابلیت اطمینان منبع تغذیه RCP را بهبود میبخشد. یک درایو RCP تعمیر شده را می توان در عرض 30 میلی ثانیه با استفاده از فناوری Failback به کار بازگرداند و درایو پشتیبان را به وضعیت آماده به کار داغ بازگرداند.
سیستم کنترل اصلی RCP Drive از طراحی اضافی استفاده می کند. زمان تعویض معمولی بین سیستم های کنترل اصلی و پشتیبان کمتر از 1 میلی ثانیه است و قطعات را می توان به صورت آنلاین تعویض کرد. این فناوری در سطح بین المللی پیشرو است و عملکرد طولانی مدت، مستمر و پایدار واحد را تضمین می کند و قابلیت اطمینان ذاتی RCP Drive را تا حد زیادی افزایش می دهد.
تمرین مهندسی بازسازی بومی سازی در فاز اول نیروگاه هسته ای شاندونگ، امکان سنجی و صحت این مسیر فنی را به طور کامل تایید کرده است. می توان آن را در سیستم های منبع تغذیه RCP واحدهای AP1000/CAP1000 ترویج و اعمال کرد.