專利名稱：基于無刷發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)用電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于無刷 發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源。
背景技術(shù)：
核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源(編碼為RAM系統(tǒng))是經(jīng)過隔離并獨立于廠用電源的 系統(tǒng)，專門為反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)供電。為了確保核電站安全可靠運行，要求該系統(tǒng)按規(guī) 定參數(shù)長期連續(xù)運轉(zhuǎn)，并在廠用電源短時失電時能夠維持供電，在異常狀況下能夠自我保 護(hù)。迄今為止，我國所有核電廠中基于發(fā)電機的控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源系統(tǒng)，全部采用 進(jìn)口國外早年設(shè)計的老式產(chǎn)品。而國外制造的控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源系統(tǒng)采用有刷發(fā)電機， 但是由于電刷的磨損，不僅需要定期維護(hù)，而且?guī)砉收想[患，有可能造成機組的意外停 機。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，能滿足核電廠運行要求的基 于無刷發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源。本實用新型是這樣實現(xiàn)的一種基于無刷發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源，兩套電動機_飛輪_發(fā)電機 組、配電柜和電動機斷路器，電動機_飛輪-發(fā)電機組通過電動機斷路器與外部380VAC連 接，通過發(fā)電機斷路器向負(fù)載供電；配電柜實現(xiàn)負(fù)載的配電；它還包括控制柜；控制柜實現(xiàn) 電動機_飛輪-發(fā)電機組的保護(hù)和工作狀態(tài)控制。如上所述的電動機_飛輪-發(fā)電機組包括異步電動機、慣性飛輪和無刷發(fā)電機， 慣性飛輪與異步電動機和無刷發(fā)電機的轉(zhuǎn)子同軸固定連接；異步電動機的定子繞阻與電動 機斷路器的另一端連接，異步電動機的軸與飛輪的一端連接，它在線電壓為380VAC、頻率為 50Hz的交流電壓的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，帶動慣性飛輪和無刷發(fā)電機轉(zhuǎn)動；慣性飛輪的另一端與無 刷發(fā)電機相連接，它保證整個驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)動部件具有足夠的轉(zhuǎn)動慣量，當(dāng)異步電動機失電 不超過1. 2秒時，確保發(fā)電機輸出電壓的跌落不超過10%和輸出頻率跌落不超過12% ；無 刷發(fā)電機的輸出端與發(fā)電機斷路器的一端連接，它在異步電動機和慣性飛輪的帶動下轉(zhuǎn)動 發(fā)電。如上所述的異步電動機額定功率的為132kW、額定電壓為三相380VAC、額定頻率 為50Hz、同步轉(zhuǎn)速為1500rpm ；慣性飛輪的轉(zhuǎn)動慣量> 302Kg -m2 ；無刷發(fā)電機的輸出電壓為 額定線電壓260VAC、額定頻率50Hz的三相交流電，無刷發(fā)電機的額定視在功率為400KVA， 額定有功功率為100KW，負(fù)載功率因數(shù)為0. 25 ；所述的整個驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)動部件包括電動機 轉(zhuǎn)子、飛輪和發(fā)電機轉(zhuǎn)子。如上所述的控制柜包括2個單發(fā)電機組控制柜和1個公共控制柜；所述的單機組控制柜控制單發(fā)電機組的啟動、停止，采集無刷發(fā)電機勵磁回路勵磁電壓、勵磁電流，無刷 發(fā)電機輸出端母線的輸出電壓、輸出電流，并進(jìn)行顯示；它還實現(xiàn)電動機_飛輪-發(fā)電機組 故障信號的采集以及保護(hù)；所述的公共控制柜實現(xiàn)雙機組的并機、解列，電動機-飛輪-發(fā) 電機組母線故障信號采集以及無刷發(fā)電機保護(hù)。如上所述的保護(hù)動作包括差分保護(hù)、失磁保護(hù)、逆功率保護(hù)、過流保護(hù)、斷路器故 障和系統(tǒng)欠頻保護(hù)。如上所述的單機組控制柜包括保護(hù)繼電器、中間繼電器、PLC控制器、顯示裝置、斷 路器開關(guān)、變壓器和輔助電源；保護(hù)繼電器包括失磁保護(hù)繼電器、欠壓保護(hù)繼電器、逆功率保護(hù)繼電器、過流保護(hù) 繼電器和差分保護(hù)繼電器；失磁保護(hù)繼電器與無刷發(fā)電機勵磁回路和PLC控制器相連接，通過安裝在勵磁回 路中的分流器采集無刷發(fā)電機勵磁回路勵磁電流，向PLC控制器發(fā)送勵磁回路勵磁電流是 否正常信號；當(dāng)無刷發(fā)電機勵磁回路電流低于設(shè)定值時，失磁保護(hù)繼電器動作，PLC控制器 采集到失磁保護(hù)繼電器動作信號后，經(jīng)邏輯符合后實現(xiàn)失磁保護(hù)，失磁保護(hù)動作為斷開故 障發(fā)電機組的發(fā)電機斷路器；欠壓保護(hù)繼電器的輸入觸點與變壓器的輸出端連接，輸出觸點和PLC控制器相連 接，欠壓保護(hù)繼電器采集無刷發(fā)電機輸出端母線的輸出電壓，當(dāng)發(fā)電機輸出端母線的輸出 電壓信號低于設(shè)定值時，欠壓保護(hù)繼電器動作，PLC控制器采集到欠壓保護(hù)繼電器動作信號 后，經(jīng)邏輯符合后實現(xiàn)欠壓保護(hù)，欠壓保護(hù)為斷開故障發(fā)電機組的發(fā)電機斷路器；逆功率保護(hù)繼電器的輸入觸點與電流互感器的輸出端和變壓器的輸出端連接，繼 電器的輸出觸點和PLC控制器連接，它采集電流互感器輸出的電流信號和無刷發(fā)電機輸出 端母線的輸出電壓，進(jìn)行逆功率檢測；當(dāng)逆功率繼電器檢測到電動機-飛輪-發(fā)電機組的逆 功率信號后，逆功率保護(hù)繼電器動作，PLC控制器采集到逆功率保護(hù)繼電器動作信號后，經(jīng) 邏輯符合后實現(xiàn)逆功率保護(hù)，保護(hù)動作為斷開故障機組的發(fā)電機斷路器，將出現(xiàn)逆功率的 機組從母線解列；過流保護(hù)繼電器的輸入觸點與電流互感器的輸出端連接，繼電器的輸出觸點和 PLC控制器連接，它采集電流傳感器輸出的電流信號，進(jìn)行過流檢測；當(dāng)電流傳感器輸出的 電流信號超過設(shè)定值時，過流保護(hù)繼電器動作，PLC控制器采集到過流保護(hù)繼電器動作信號 后，經(jīng)邏輯符合后實現(xiàn)過流保護(hù)，保護(hù)動作為斷開故障機組的發(fā)電機斷路器；差分保護(hù)繼電器的兩個輸入觸點分別與安裝在無刷發(fā)電機定子公共端及輸出端 母線的電流互感器的輸出端連接，差分保護(hù)繼電器的輸出觸點和PLC控制器連接；它采集 無刷發(fā)電機定子繞組兩端的電流信號，進(jìn)行差分檢測；當(dāng)無刷發(fā)電機定子繞組兩端電流不 平衡量超過設(shè)定值時，差分保護(hù)繼電器動作，PLC控制器采集到差分保護(hù)繼電器動作信號 后，經(jīng)邏輯符合后實現(xiàn)無刷發(fā)電機差分保護(hù)，保護(hù)動作為斷開故障機組的發(fā)電機斷路器；變壓器的輸入端與隔離開關(guān)的另一端相連接，用于將無刷發(fā)電機輸出端母線的電 壓轉(zhuǎn)換成保護(hù)繼電器輸入信號允許的電壓；顯示裝置與無刷發(fā)電機勵磁回路勵磁繞組輸出端、安裝在無刷發(fā)電機勵磁回路上 的分流器的輸出端、安裝在無刷發(fā)電機輸出端母線上的電流互感器的輸出端和隔離開關(guān)連 接，用于顯示采集到的無刷發(fā)電機勵磁回路勵磁電流、勵磁電壓、無刷發(fā)電機輸出端母線上的電流和電壓； 電動機斷路器開關(guān)與PLC控制器相連，它向PLC控制器送入允許斷開或閉合電動 機斷路器的信號；它在操作人員的操作下閉合或斷開；當(dāng)電動機斷路器開關(guān)閉合時，啟動 電動機；當(dāng)開關(guān)斷開時，停止異步電動機；發(fā)電機斷路器開關(guān)與PLC控制器相連，它向PLC 控制器送入允許斷開或閉合發(fā)電機斷路器的信號；它在操作人員的操作下閉合或斷開； 中間繼電器實現(xiàn)斷路器開關(guān)狀態(tài)、斷路器狀態(tài)以及PLC控制器I/O端口口的擴展， 包括容量擴展和數(shù)量擴展，同時實現(xiàn)從24V控制信號到48V控制信號的轉(zhuǎn)換；實現(xiàn)機組保 護(hù)、本機狀態(tài)顯示和本控制柜狀態(tài)信號輸出；輔助電源為單機組控制柜內(nèi)各器件供電；PLC控制器接收來自保護(hù)繼電器的觸點信號、斷路器開關(guān)狀態(tài)信號、斷路器狀態(tài)信 號以及其它控制柜狀態(tài)信號，根據(jù)設(shè)定程序運行，進(jìn)行邏輯符合判斷，向外發(fā)出控制信號， 控制1套電動機-飛輪-發(fā)電機組的啟動、停止，當(dāng)保護(hù)繼電器動作時向外輸出相應(yīng)的保護(hù) 控制信號和報警信號，實現(xiàn)電動機_飛輪-發(fā)電機組故障信號的采集以及保護(hù)，保護(hù)動作包 括組差分保護(hù)、失磁保護(hù)、逆功率保護(hù)、過流保護(hù)、斷路器故障和系統(tǒng)欠頻保護(hù)；所述的其它 控制柜狀態(tài)信號包括公共控制柜總線欠頻控制信號、公共控制柜發(fā)電機并機允許信號和另 一單機控制柜發(fā)電機開關(guān)狀態(tài)及發(fā)電機斷路器狀態(tài)信號。如上所述的包括保護(hù)繼電器、同步繼電器、中間繼電器、PLC控制器、顯示裝置、斷 路器開關(guān)和輔助電源；保護(hù)繼電器包括欠壓保護(hù)繼電器、欠頻保護(hù)繼電器、接地故障檢測繼電器；欠壓保護(hù)繼電器的輸入端通過變壓器同260VAC公共母線連接，繼電器的輸出觸 點和PLC控制器連接；當(dāng)260VAC公共母線的電壓低于設(shè)定值時，欠壓保護(hù)繼電器動作，PLC 控制器采集到欠壓保護(hù)繼電器動作信號后，經(jīng)邏輯符合后實現(xiàn)母線欠壓保護(hù)，保護(hù)動作為 斷開正在運行的電動機_飛輪_發(fā)電機組機組相應(yīng)的發(fā)電機斷路器；欠頻保護(hù)繼電器的輸入觸點通過變壓器同260VAC公共母線連接，繼電器的輸出 觸點和PLC控制器連接；當(dāng)260VAC公共母線的頻率低于設(shè)定值時，欠頻保護(hù)繼電器動作， PLC控制器采集到欠頻保護(hù)繼電器動作信號后，經(jīng)邏輯符合后實現(xiàn)母線欠頻保護(hù)，保護(hù)動作 為斷開正在運行的電動機_飛輪-發(fā)電機組機組相應(yīng)的發(fā)電機斷路器；接地故障檢測繼電器測量260VAC公共母線中線同保護(hù)地之間的絕緣電阻，輸出 觸點同PLC控制器相連接；當(dāng)260VAC公共母線中線同保護(hù)地之間的絕緣電阻低于設(shè)定值 時，接地故障檢測繼電器動作，PLC控制器采集到接地故障檢測繼電器動作信號后，經(jīng)邏輯 符合后實現(xiàn)接地故障保護(hù)，保護(hù)動作為斷開正在運行的電動機_飛輪-發(fā)電機組機組相應(yīng) 的發(fā)電機斷路器；同步繼電器輸入信號為兩個發(fā)電機輸出端母線的電壓信號，它檢測兩路電壓的電 壓差值、頻率差值以及相位差，在繼電器內(nèi)部進(jìn)行計算及邏輯判斷，當(dāng)兩路電壓信號符合并 機條件時，同步繼電器輸出觸點動作，給出并機允許信號，該信號送入PLC控制器，配合單 機組控制柜實現(xiàn)雙機組并機；顯示裝置的輸入信號為兩個無刷發(fā)電機輸出端260VAC母線上的電壓、在顯示裝 置內(nèi)部進(jìn)行計算及邏輯判斷，顯示裝置監(jiān)視兩路電壓的壓差、頻差以及相位差，當(dāng)具備同步 條件時，顯示裝置會給出相應(yīng)的同步允許指示；[0031 ] 中間繼電器實現(xiàn)斷路器開關(guān)狀態(tài)、斷路器狀態(tài)、并機模式選擇開關(guān)狀態(tài)以及PLC 控制器I/O端口的擴展，包括容量擴展和數(shù)量擴展，同時實現(xiàn)從24V控制信號到48V控制信 號的轉(zhuǎn)換；實現(xiàn)機組保護(hù)、并機、本機狀態(tài)顯示和本控制柜狀態(tài)信號輸出；并機模式選擇開關(guān)為一個3位選擇開關(guān)，它通過操作人員的操作實現(xiàn)并機工作模 式的選擇；輔助電源為公共控制柜內(nèi)各器件供電；PLC控制器接收來自保護(hù)繼電器的信號和其它控制柜的狀態(tài)信號，根據(jù)設(shè)定程序 進(jìn)行運算，進(jìn)行邏輯符合判斷，向外發(fā)出保護(hù)控制信號和報警信號，實現(xiàn)機組公共母線的報 警和保護(hù)，實現(xiàn)機組并機的手動、半自動及全自動并機功能。如上所述的配電柜包括2個單機組配電柜和1個公共配電柜；單機組配電柜實現(xiàn) 向下游負(fù)載配電，同時配合公共控制柜實現(xiàn)機組運行過程中并機、解列；公共配電柜實現(xiàn)輸 出母線電壓公共控制用電的配電，并安裝并機專用負(fù)載以實現(xiàn)無真實負(fù)載狀態(tài)下的機組并 機。如上所述的單機組配電柜包括發(fā)電機斷路器、電流互感器、分流器、隔離開關(guān)和輔 助電源；發(fā)電機斷路器安裝在發(fā)電機與負(fù)載之間；電流互感器安裝在發(fā)電機斷路器的進(jìn)線端母線上，測量無刷發(fā)電機出線端的母線 電流，為過流保護(hù)繼電器、差分保護(hù)繼電器、逆功率保護(hù)繼電器以及電流顯示提供信號；分流器安裝在發(fā)電機斷路器的進(jìn)線端母線上，測量無刷發(fā)電機輸出端的母線電 流，為該系統(tǒng)的備用輸出接口 ；隔離開關(guān)共有3個，其中2個安裝在無刷發(fā)電機輸出端和單機組控制柜的變壓器 之間，另一個安裝在260VAC公共母線與公共控制柜的變壓器之間；其中，2個隔離開關(guān)中1 個的一端與1個無刷發(fā)電機輸出端母線連接，另一端同1個單機組控制柜的變壓器、公共 控制柜的同步繼電器和公共控制柜的顯示裝置相連；2個隔離開關(guān)中的另1個的一端與另 1個發(fā)電機輸出端母線連接，另一端同另1個單機組控制柜的變壓器、公共控制柜的同步繼 電器和公共控制柜的顯示裝置相連；另一個隔離開關(guān)的一端與260VAC公共母線連接，另一 端與公共控制柜的變壓器相連接；它在操作人員的操作下閉合或斷開； 輔助電源為單機組配電柜內(nèi)各器件供電。如上所述的公共配電柜包括一個小型的塑殼斷路器、空載并機專用電阻和輔助電 源；小型塑殼斷路器用于實現(xiàn)輸出電壓公共控制用電的配電開關(guān)，用于公共控制電壓 的配電，它在操作人員的操作下閉合或斷開；空載并機專用電阻為一個不大于10KW的小功率電阻，它在電動機空載并機時加 載在母線上，并機完成后，切除該并機電阻；輔助電源為公共配電柜內(nèi)各器件供電。本實用新型的有益效果是1.采用無刷發(fā)電機可以避免有刷電機在系統(tǒng)運行過程中的電刷磨損，從而避免因 為電刷磨損引起的非故障停機；2.由于有刷電機在并機狀態(tài)下勵磁繞組處于并聯(lián)狀態(tài)，而無刷電機則不需要勵磁繞組并聯(lián)，采用無刷電機可以避免并機狀態(tài)下單無刷發(fā)電機勵磁繞組故障(短路)引起的 雙機停機事故，提高了機組運行的穩(wěn)定性和電站運行的經(jīng)濟(jì)性；3.采用無刷電機避免了由于電刷磨損后的碳粉污染電機繞組引起的故障；4.實施例中的無刷發(fā)電機具有高靈敏自勵系統(tǒng)，在短期停機后(一年以內(nèi))可以 利用剩磁(不需要外加勵磁)直接啟動發(fā)電，簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)以及運行程序，提高了設(shè)備的 安全性和可靠性；5.采用基于無刷發(fā)電機的PLC控制器，簡化了控制棒電源系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了 系統(tǒng)的數(shù)字化保護(hù)功能；在不增加系統(tǒng)硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了模擬繼電保護(hù)裝置中不 易于實現(xiàn)的全自動并機功能，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和操作程序，提高了系統(tǒng)運行的可靠性；6.使用PLC作為控制器實現(xiàn)了系統(tǒng)的數(shù)字化控制，在設(shè)計過程過中可以方便實現(xiàn) I/O接口的冗余，提高了系統(tǒng)對控制處方變更的適應(yīng)性。7.在配電柜內(nèi)增加了用于空載專用并機電阻，實現(xiàn)了在不帶實際負(fù)載條件下的并 機，并機成功率達(dá)100%。

圖1是本實用新型的一種基于無刷發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源的系統(tǒng) 框圖；圖2是本實用新型的一種基于無刷發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源的電氣 單線圖；圖3是本實用新型的一種基于無刷發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源的單機 組控制柜局部結(jié)構(gòu)原理圖；圖4是本實用新型的一種基于無刷發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源的公共 控制柜局部結(jié)構(gòu)原理圖；圖中1.兩套電動機-飛輪-發(fā)電機機組，2.單機組控制柜，3.公共控制柜，4.單 機組配電柜，5.公共配電柜，6.負(fù)載。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的一種基于無刷發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū) 動機構(gòu)電源進(jìn)行介紹如圖1所示，一種基于無刷發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源(RAM)，包括兩套 電動機_飛輪-發(fā)電機(MG)機組1、控制柜、配電柜和電動機斷路器。如圖2所示，MG機組包括異步電動機、慣性飛輪和無刷發(fā)電機，慣性飛輪與異步電 動機和無刷發(fā)電機的轉(zhuǎn)子同軸固定連接。電動機斷路器的一端與380VAC供電母線連接，另 一端與異步電動機的定子繞阻連接；它在操作人員的操作下閉合或斷開，當(dāng)電動機斷路器 閉合時，異步電動機啟動；當(dāng)電動機斷路器斷開時，異步電動機停止。異步電動機的軸與飛 輪的一端連接，它在線電壓為380VAC、頻率為50Hz的交流電壓的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，帶動慣性飛 輪和無刷發(fā)電機轉(zhuǎn)動。在本實施例中，采用額定功率為132kW、額定電壓為三相380VAC、額 定頻率為50Hz、同步轉(zhuǎn)速為1500rpm的異步電動機。慣性飛輪的另一端與無刷發(fā)電機相連接，它保證整個驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)動部件具有足夠的轉(zhuǎn)動慣量，當(dāng)異步電動機失電不超過1. 2秒時，確保無刷發(fā)電機輸出電壓的跌落不超過 10%和輸出頻率跌落不超過12%。上述整個驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)動部件包括異步電動機轉(zhuǎn)子、飛輪 和無刷發(fā)電機轉(zhuǎn)子。在本實施例中，慣性飛輪的轉(zhuǎn)動慣量> 302Kg m2。無刷發(fā)電機的輸出端與發(fā)電機斷路器的一端連接，它在異步電動機和慣性飛輪 的帶動下轉(zhuǎn)動發(fā)電，輸出電壓為額定線電壓260VAC、額定頻率50Hz的三相交流電，無刷發(fā) 電機的額定視在功率為400KVA，額定有功功率為100KW，負(fù)載6功率因數(shù)為0. 25。在本實 施例中，無刷發(fā)電機在穩(wěn)態(tài)工況下的額定電壓為260V士 5% (相-相電壓)，同步轉(zhuǎn)速為 1500rpmo發(fā)電機斷路器的另一端與負(fù)載6相連接，它在操作人員的操作下閉合或斷開，當(dāng) 發(fā)電機斷路器閉合時，向負(fù)載6供電；當(dāng)電動機斷路器斷開時，停止向負(fù)載6供電。圖2中，異步電動機表示異步電動機，無刷發(fā)電機表示無刷發(fā)電機，飛輪表示慣性 飛輪?？刂乒癜?個單無刷發(fā)電機組控制柜和1個雙無刷發(fā)電機組控制柜。單機組控制柜2控制單無刷發(fā)電機組的啟動、停止，采集無刷發(fā)電機勵磁回路勵 磁電壓、勵磁電流，無刷發(fā)電機輸出端母線的輸出電壓、輸出電流，并進(jìn)行顯示；它還實現(xiàn)無 刷發(fā)電機組故障信號的采集以及保護(hù)，保護(hù)動作包括差分保護(hù)、失磁保護(hù)、逆功率保護(hù)、過 流保護(hù)、斷路器故障。如圖3所示，在本實施例中，單機組控制柜2包括保護(hù)繼電器、中間繼電器、PLC控 制器、顯示裝置、斷路器開關(guān)、變壓器和輔助電源。保護(hù)繼電器包括失磁保護(hù)繼電器、欠壓保護(hù)繼電器、逆功率保護(hù)繼電器、過流保護(hù) 繼電器和差分保護(hù)繼電器。失磁保護(hù)繼電器與無刷發(fā)電機勵磁回路和PLC控制器相連接，通過安裝在勵磁回 路中的分流器采集無刷發(fā)電機勵磁回路勵磁電流，向PLC控制器發(fā)送勵磁回路勵磁電流是 否正常信號。當(dāng)無刷發(fā)電機勵磁回路電流(通過分流器采集電壓信號)低于設(shè)定值時，失 磁保護(hù)繼電器動作，PLC控制器采集到失磁保護(hù)繼電器動作信號后，經(jīng)邏輯符合后實現(xiàn)失磁 保護(hù)，失磁保護(hù)動作為斷開故障無刷發(fā)電機組的發(fā)電機斷路器。欠壓保護(hù)繼電器的輸入觸點與變壓器的輸出端連接，它的輸入信號為無刷發(fā)電機 輸出端母線電壓，輸出觸點和PLC控制器相連接，欠壓保護(hù)繼電器采集無刷發(fā)電機輸出端 母線的輸出電壓，當(dāng)無刷發(fā)電機輸出端母線的輸出電壓信號低于設(shè)定值時，欠壓保護(hù)繼電 器動作，PLC控制器采集到欠壓保護(hù)繼電器動作信號后，經(jīng)邏輯符合后實現(xiàn)欠壓保護(hù)，欠壓 保護(hù)為斷開故障無刷發(fā)電機組的發(fā)電機斷路器；在機組啟動階段，只有當(dāng)欠壓保護(hù)繼電器 無動作時，發(fā)電機斷路器才可以閉合，否則，發(fā)電機斷路器無法閉合。逆功率保護(hù)繼電器的輸入觸點與電流互感器的輸出端和變壓器的輸出端連接，它 的輸入信號為無刷發(fā)電機輸出端母線電壓和電流，繼電器的輸出觸點和PLC控制器連接， 它采集電流互感器輸出的電流信號和無刷發(fā)電機輸出端母線的輸出電壓，進(jìn)行逆功率檢 測。當(dāng)逆功率繼電器檢測到MG機組的逆功率信號后，逆功率保護(hù)繼電器動作，PLC控制器 采集到逆功率保護(hù)繼電器動作信號后，經(jīng)邏輯符合后實現(xiàn)逆功率保護(hù)，保護(hù)動作為斷開故 障機組的發(fā)電機斷路器，將出現(xiàn)逆功率的機組從母線解列。在雙MG機組并機運行時，單機 MG機組失電超過1. 2s，失電MG機組被作為異步電動機運行，此時，觸發(fā)逆功率保護(hù)。過流保護(hù)繼電器的輸入觸點與電流互感器的輸出端連接，它的輸入信號為無刷發(fā)電機輸出端母線電流，繼電器的輸出觸點和PLC控制器連接，它采集電流傳感器輸出的電 流信號，進(jìn)行過流檢測。當(dāng)電流傳感器輸出的電流信號超過設(shè)定值時，過流保護(hù)繼電器動 作，PLC控制器采集到過流保護(hù)繼電器動作信號后，經(jīng)邏輯符合后實現(xiàn)過流保護(hù)，保護(hù)動作 為斷開故障機組的發(fā)電機斷路器。差分保護(hù)繼電器的兩個輸入觸點分別與安裝在無刷發(fā)電機定子公共端及輸出端 母線的電流互感器的輸出端連接，它的輸入信號為無刷發(fā)電機定子公共端及輸出端的電流 信號，差分保護(hù)繼電器的輸出觸點和PLC控制器連接。它采集無刷發(fā)電機定子繞組兩端的 電流信號，進(jìn)行差分檢測。當(dāng)無刷發(fā)電機定子繞組兩端電流不平衡量超過設(shè)定值時，差分保 護(hù)繼電器動作，PLC控制器采集到差分保護(hù)繼電器動作信號后，經(jīng)邏輯符合后實現(xiàn)無刷發(fā)電 機差分保護(hù)，保護(hù)動作為斷開故障機組的發(fā)電機斷路器。上述保護(hù)繼電器的設(shè)定值的范圍可以根據(jù)實際運行的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。上述PLC控制器實現(xiàn)邏輯符合和進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動作為現(xiàn)有技術(shù)。變壓器的輸入端與隔離開關(guān)的另一端相連接，用于將無刷發(fā)電機輸出端母線的電 壓轉(zhuǎn)換成保護(hù)繼電器輸入信號允許的電壓，本實施例中，變壓器的變比為2. 6 1。顯示裝置與無刷發(fā)電機勵磁回路勵磁繞組輸出端、安裝在無刷發(fā)電機勵磁回路上 的分流器的輸出端、安裝在無刷發(fā)電機輸出端母線上的電流互感器的輸出端和隔離開關(guān)連 接變壓器的一端連接，用于動態(tài)顯示采集到的無刷發(fā)電機勵磁回路勵磁電流、勵磁電壓、無 刷發(fā)電機輸出端母線上的電流和電壓。顯示裝置由顯示表頭和指示燈實現(xiàn)，可采用現(xiàn)有技 術(shù)實現(xiàn)。斷路器開關(guān)包括電動機斷路器開關(guān)和發(fā)電機斷路器開關(guān)。電動機斷路器開關(guān)與 PLC控制器相連，它向PLC控制器送入允許斷開或閉合電動機斷路器的信號。它在操作人員 的操作下閉合或斷開。當(dāng)電動機斷路器開關(guān)閉合時，啟動異步電動機；當(dāng)電動機斷路器開關(guān) 斷開時，停止異步電動機。發(fā)電機斷路器開關(guān)與PLC控制器相連，它向PLC控制器送入允許 斷開或閉合發(fā)電機斷路器的信號。它在操作人員的操作下閉合或斷開。中間繼電器實現(xiàn)斷路器開關(guān)狀態(tài)、斷路器狀態(tài)以及PLC控制器I/O端口口的擴展， 包括容量擴展和數(shù)量擴展，同時實現(xiàn)從24V控制信號(PLC輸出信號)到48V控制信號(保 護(hù)動作的驅(qū)動信號)的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)機組保護(hù)、本機狀態(tài)顯示和本控制柜狀態(tài)信號輸出。中間 繼電器實現(xiàn)上述功能為現(xiàn)有技術(shù)。輔助電源為單機組控制柜2內(nèi)各器件供電。 PLC控制器接收來自保護(hù)繼電器的信號、斷路器開關(guān)的狀態(tài)信號、斷路器的狀態(tài)信 號以及其它控制柜的狀態(tài)信號。上述其它控制柜狀態(tài)信號包括公共控制柜3總線欠頻控制 信號、公共控制柜3無刷發(fā)電機并機允許信號和另一單機控制柜無刷發(fā)電機開關(guān)狀態(tài)及發(fā) 電機斷路器狀態(tài)信號。PLC控制器根據(jù)設(shè)定程序運行，進(jìn)行邏輯符合判斷，向外發(fā)出控制信 號，控制1個MG機組的啟動、停止，當(dāng)保護(hù)繼電器動作時向外輸出相應(yīng)的保護(hù)控制信號和報 警信號，實現(xiàn)MG機組故障信號的采集以及保護(hù)。上述保護(hù)動作包括組差分保護(hù)、失磁保護(hù)、 逆功率保護(hù)、過流保護(hù)、斷路器故障和系統(tǒng)欠頻保護(hù)，均通過中間繼電器實現(xiàn)。PLC控制器為 現(xiàn)有技術(shù)，它根據(jù)實現(xiàn)功能采取現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。 在本實施例中，在PLC控制器I/O端口的配置過程中采用必要的冗余設(shè)計，即I/O 端口相比較實際的實用量多出至少20%，并配備必要的中間繼電器實現(xiàn)I/O端口的擴展，在此種條件下，對于系統(tǒng)控制方案的升級，如增加保護(hù)功能或者更改保護(hù)邏輯等，所有的邏 輯符合均可以通過更改軟件的方式來實現(xiàn)，不需要大幅度的更改硬件邏輯電路，只需要更 改局部接線即可實現(xiàn)對與控制處方變更的適應(yīng)。如圖4所示，在本實施例中，公共控制柜3包括保護(hù)繼電器、同步繼電器、中間繼電 器、PLC控制器、顯示裝置、斷路器開關(guān)、并機模式選擇開關(guān)和輔助電源，實現(xiàn)雙機組的并機、 解列，MG機組母線故障信號采集以及無刷發(fā)電機保護(hù)。保護(hù)動作包括總線欠壓保護(hù)、欠頻 保護(hù)、接地故障保護(hù)等及相應(yīng)的故障指示。保護(hù)繼電器包括欠壓保護(hù)繼電器、欠頻保護(hù)繼電器、接地故障檢測繼電器。兩個發(fā)電機斷路器另一端短接作為260VAC公共母線。欠壓保護(hù)繼電器的輸入端 通過變壓器同260VAC公共母線連接。260VAC公共母線連接兩個發(fā)電機斷路器和負(fù)載6，欠 壓保護(hù)繼電器的輸出觸點和PLC控制器連接。當(dāng)260VAC公共母線的電壓低于設(shè)定值時，欠 壓保護(hù)繼電器動作，PLC控制器采集到欠壓保護(hù)繼電器動作信號后，經(jīng)邏輯符合后實現(xiàn)母線 欠壓保護(hù)，保護(hù)動作為斷開正在運行MG機組的發(fā)電機斷路器。欠頻保護(hù)繼電器的輸入觸點通過變壓器同260VAC公共母線連接，繼電器的輸出 觸點和PLC控制器連接。當(dāng)260VAC公共母線的頻率低于設(shè)定值時，欠頻保護(hù)繼電器動作， PLC控制器采集到欠頻保護(hù)繼電器動作信號后，經(jīng)邏輯符合后實現(xiàn)母線欠頻保護(hù)，保護(hù)動作 為斷開正在運行無刷發(fā)電機組的發(fā)電機斷路器。接地故障檢測繼電器測量260VAC公共母線中線(N線)同保護(hù)地之間的絕緣電 阻，輸出觸點同PLC控制器相連接。當(dāng)260VAC公共母線中線(N線)同保護(hù)地之間的絕緣 電阻低于設(shè)定值時，接地故障檢測繼電器動作，PLC控制器采集到接地故障檢測繼電器動作 信號后，經(jīng)邏輯符合后實現(xiàn)接地故障保護(hù)，保護(hù)動作為斷開正在運行機組的發(fā)電機斷路器。上述保護(hù)繼電器的設(shè)定值的范圍可以根據(jù)實際運行的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。同步繼電器輸入信號為兩個無刷發(fā)電機輸出端母線的電壓信號，它檢測兩路電壓 的電壓差值、頻率差值以及相位差，在繼電器內(nèi)部進(jìn)行計算及邏輯判斷，當(dāng)兩路電壓信號符 合并機條件時，即相位差、壓差、頻差均符合并機條件時，同步繼電器輸出觸點動作，給出并 機允許信號，該信號送入PLC控制器，配合單機控制柜實現(xiàn)雙機組并機。繼電器內(nèi)部進(jìn)行計 算及邏輯判斷兩路電壓信號是否符合并機條件為現(xiàn)有技術(shù)。顯示裝置的輸入信號為兩個無刷發(fā)電機輸出端260VAC母線上的電壓、在顯示裝 置內(nèi)部進(jìn)行計算及邏輯判斷，顯示為動態(tài)顯示，顯示裝置監(jiān)視兩路電壓的壓差、頻差以及相 位差，當(dāng)具備同步條件時，顯示裝置會給出相應(yīng)的同步允許指示。在本實施例中，顯示裝置 為同步指示器，它為現(xiàn)有技術(shù)。 中間繼電器實現(xiàn)斷路器開關(guān)狀態(tài)、斷路器狀態(tài)、并機模式選擇開關(guān)狀態(tài)以及PLC 控制器I/O端口的擴展，包括容量擴展和數(shù)量擴展，同時實現(xiàn)從24V控制信號(PLC輸出信 號)到48V控制信號(保護(hù)動作的驅(qū)動信號)的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)機組保護(hù)、并機、本機狀態(tài)顯示 和本控制柜狀態(tài)信號輸出。并機模式選擇開關(guān)為一個3位選擇開關(guān)，它通過操作人員的操作實現(xiàn)并機工作模 式的選擇，并機工作模式包括手動并機、半自動并機及自動并機。輔助電源為公共控制柜3內(nèi)各器件供電。PLC控制器接收來自保護(hù)繼電器的信號和其它控制柜的狀態(tài)信號。上述其它控制柜的狀態(tài)信號包括單機控制柜電動機斷路器狀態(tài)信號和單機控制柜無刷發(fā)電機開關(guān)狀態(tài) 及發(fā)電機斷路器狀態(tài)信號。PLC控制器根據(jù)設(shè)定程序進(jìn)行運算，進(jìn)行邏輯符合判斷，向外發(fā) 出保護(hù)控制信號和報警信號，實現(xiàn)機組公共母線的報警和保護(hù)，實現(xiàn)機組并機的手動、半自 動及全自動并機功能。PLC控制器為現(xiàn)有技術(shù)，它根據(jù)實現(xiàn)功能采取現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)。手動并機由操作人員將并機模式選擇開關(guān)選擇至手動并機模式，由操作人員依 次閉合1個MG機組的電動機斷路器開關(guān)、1個MG機組上的發(fā)電機斷路器開關(guān)、另1個MG機 組的電動機斷路器開關(guān)，待顯示裝置同步信號指示同步允許時，閉合另1個MG機組發(fā)電機 斷路器開關(guān)，在此過程中，同步繼電器輸出信號被屏蔽，一致保持同步允許狀態(tài)。半自動并機由操作人員將并機模式選擇開關(guān)選擇至半自動并機模式，由操作人 員依次閉合1個MG機組的電動機斷路器開關(guān)、1個MG機組發(fā)電機斷路器開關(guān)、另1個MG 機組的電動機斷路器開關(guān)、另1個MG機組發(fā)電機斷路器開關(guān)，上述信號均由單機組控制柜 2送入公共控制柜3進(jìn)行邏輯符合，符合設(shè)定條件時，公共控制柜3發(fā)出同步允許信號。此 時，在公共控制柜3的同步允許信號未到達(dá)之前，1個MG機組的電動機斷路器、1個MG機組 的發(fā)電機斷路器、另1個MG機組的電動機斷路器均閉合，另1個MG機組的發(fā)電機斷路器未 閉合，此時由公共控制柜PLC控制器判斷是否符合同步條件，待同步條件符合后，控制另1 個MG機組的發(fā)電機斷路器閉合，實現(xiàn)并機。全自動并機由操作人員將并機模式選擇開關(guān)選擇至全自動并機模式，由公共控 制柜3和兩個單機控制柜的3個PLC控制器按照預(yù)先設(shè)定的并機程序閉合各個開關(guān)及斷路 器，實現(xiàn)全自動并機。配電柜包括2單機組配電柜4和1個公共配電柜5。單機組配電柜4實現(xiàn)向下游負(fù)載6配電，同時配合公共控制柜3實現(xiàn)機組運行過 程中并機、解列，柜內(nèi)包括發(fā)電機斷路器、電流互感器、分流器、隔離開關(guān)和輔助電源。電流互感器安裝在發(fā)電機斷路器的進(jìn)線端母線上，測量無刷發(fā)電機出線端的母線 電流，為單機控制柜內(nèi)的過流保護(hù)繼電器、差分保護(hù)繼電器、逆功率保護(hù)繼電器以及電流顯 示提供信號。電流互感器為現(xiàn)有技術(shù)。分流器安裝在發(fā)電機斷路器的進(jìn)線端母線上，測量無刷發(fā)電機輸出端的母線電 流，為該系統(tǒng)的備用輸出接口，在本系統(tǒng)的負(fù)載6為控制棒驅(qū)動機構(gòu)(RGL)負(fù)載6時，回路 中存在大量的直流分量，此時電流互感器已經(jīng)不能夠滿足回路電流的測量，需要分流器的 配合以實現(xiàn)回路電流的測量。隔離開關(guān)共有3個，其中2個安裝在無刷發(fā)電機輸出端和單機組控制柜2的變壓 器之間，另一個安裝在260VAC公共母線與公共控制柜3的變壓器之間。其中，2個隔離開 關(guān)中1個的一端與1個無刷發(fā)電機輸出端母線連接，另一端同1個單機組控制柜2中的變 壓器、公共控制柜3的同步繼電器和公共控制柜3的顯示裝置相連。2個隔離開關(guān)中的另1 個的一端與另1個無刷發(fā)電機輸出端母線連接，另一端同另1個單機組控制柜2中的變壓 器、公共控制柜3的同步繼電器和公共控制柜3的顯示裝置相連。另一個隔離開關(guān)的一端 與260VAC公共母線連接，另一端與公共控制柜3中的變壓器相連接。它們在操作人員的操 作下閉合或斷開。輔助電源為MG機組下游配電柜內(nèi)各器件供電。公共配電柜5實現(xiàn)輸出母線電壓公共控制用電的配電，并安裝并機專用負(fù)載6以實現(xiàn)無真實負(fù)載6狀態(tài)下的機組并機。公共配電柜5包括一個小型的塑殼斷路器、空載并機專用電阻和輔助電源。小型塑殼斷路器用于實現(xiàn)輸出電壓公共控制用電的配電開關(guān)，此開關(guān)用于公共控 制電壓的配電，屬于該系統(tǒng)的必備外部接口，它在操作人員的操作下閉合或斷開?？蛰d并機專用電阻為一個不大于10KW的小功率電阻，在異步電動機空載并機時， 將它在加載無刷發(fā)電機公共的母線上，并機完成后，切除該并機電阻，使用該方法，可以使 得并機成功率達(dá)到100%。異步電動機空載并機對于異步電動機來說一直是一個技術(shù)難點， 如果不使用并機電阻，并機的允許條件頻差和壓差容易滿足，但是第三個條件相位差對于 兩個均處于空載狀態(tài)下的異步電動機而言是很難滿足的，因為此時的兩套機組輸出電壓的 相位差是固定的，沒法改變。采用空載并機專用電阻，就可以使兩套機組的其中一套處于空 載狀態(tài)，另一套處于小負(fù)載6狀態(tài)，使兩套機組有很小的頻率差值，既滿足頻差的要求，同 時使得相位差處在一種動態(tài)的變化過程，此種條件下，并機的允許條件必定是可以滿足的， 因此，使用該空載并機專用電阻可實現(xiàn)不帶實際負(fù)載6條件下的100%并機成功率。輔助電源為公共配電柜5內(nèi)各器件供電。同時所有的機柜內(nèi)均安裝防凝露加熱器。RAM系統(tǒng)工作過程如下核電站反應(yīng)堆啟堆運行時，RAM系統(tǒng)首先啟動。1個MG機組(或另1個MG機組) 的380VAC電源斷路器閉合后，異步電動機帶動該機組的飛輪和無刷發(fā)電機在29s內(nèi)完成啟 動，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速；無刷發(fā)電機勵磁定子的剩磁(或輔助電源產(chǎn)生的磁場)使勵磁機轉(zhuǎn)子 (與主勵磁轉(zhuǎn)子同軸)感應(yīng)出交流電壓，經(jīng)安裝在同一軸上的整流器變換為直流電后直接 給主勵磁轉(zhuǎn)子供電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，無刷發(fā)電機的主定子線圈在旋轉(zhuǎn)磁場中感應(yīng)出260V交 流電，這個電壓也作為自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)的參考電壓，控制由輔助電源提供給勵磁定 子的電流，使輸出的260V電壓得以穩(wěn)定。以同樣的方式可以啟動另1個MG機組(或1個 MG機組)，啟動不分先后。任意一個MG機組產(chǎn)生的功率均可以保證負(fù)載6 (RGL系統(tǒng))正常 工作。為了提高可靠性，需要兩個MG機組并聯(lián)運行。并聯(lián)時，由操作人員選擇并機模式 (手動、半自動、自動)，實現(xiàn)不同并機模式下的機組并機。在并機過程中，首先啟動1號(或 2號)MG機組，并閉合其發(fā)電機斷路器，加載并機專用負(fù)載6 ；然后啟動2號(或1號)MG機 組并使其空載，由于負(fù)載6的不同，兩臺無刷發(fā)電機的輸出頻率將產(chǎn)生差異，當(dāng)同步儀表檢 測到兩臺無刷發(fā)電機的相位差、電壓差以及頻率差符合并機條件后，操作另一臺發(fā)電機斷 路器閉合，使兩個MG機組并聯(lián)工作，為負(fù)載6 (RGL系統(tǒng))供電。如果任意一個MG機組發(fā)生故障，可以通過斷開其斷路器將其隔離檢修，由另一個 MG機組單獨為負(fù)載6(RGL系統(tǒng))供電，即使它的異步電動機發(fā)生短時失電，其飛輪的儲能也 可以保證持續(xù)供電時間大于1. 2秒。檢修完畢后，可按前述步驟再并機運行。在并聯(lián)運行中，當(dāng)任意一臺異步電動機失電(或故障)時，該機組將喪失(或減 弱)驅(qū)動力，該MG機組的無刷發(fā)電機轉(zhuǎn)變?yōu)楫惒诫妱訖C運行，由另外一套機組的無刷發(fā)電 機為其提供動力同時還要給負(fù)載6供電，這種狀況由逆功率檢測裝置檢測，并經(jīng)過適當(dāng)延 時(以鑒別短時失電)后，自動斷開失電(或故障)機組的斷路器將其隔離，由正常的那個 MG機組單獨為負(fù)載6 (RGL系統(tǒng))供電。[0115] 在并聯(lián)運行中，當(dāng)兩臺異步電動機同時失電時，兩套機組同時喪失驅(qū)動力，由于慣 性飛輪的儲能作用，它們將同時緩慢降低轉(zhuǎn)速，以保證能夠為負(fù)載6提供至少1. 2秒的供電 時間。如果1. 2秒后異步電動機電源仍不能恢復(fù)，將通過欠頻((44Hz)或欠壓(窓4V ) 檢測，同時斷開兩個MG機組的發(fā)電機斷路器和電動機斷路器，使負(fù)載6完全失電，這種情況 在核電站被判別為廠用電源故障，應(yīng)當(dāng)落棒停堆，因此斷電是屬于偏安全的操作動作。故障 排除后，可按前述過程再次啟動。
權(quán)利要求一種基于無刷發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源，兩套電動機-飛輪-發(fā)電機組(1)、配電柜和電動機斷路器，電動機-飛輪-發(fā)電機組(1)通過電動機斷路器與外部380VAC連接，通過發(fā)電機斷路器向負(fù)載(6)供電；配電柜實現(xiàn)負(fù)載(6)的配電；其特征在于它還包括控制柜；控制柜實現(xiàn)電動機-飛輪-發(fā)電機組(1)的保護(hù)和工作狀態(tài)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無刷發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源，其特 征在于所述的電動機-飛輪-發(fā)電機組⑴包括異步電動機、慣性飛輪和無刷發(fā)電機，慣 性飛輪與異步電動機和無刷發(fā)電機的轉(zhuǎn)子同軸固定連接；異步電動機的定子繞阻與電動機 斷路器的另一端連接，異步電動機的軸與飛輪的一端連接，它在線電壓為380VAC、頻率為 50Hz的交流電壓的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，帶動慣性飛輪和無刷發(fā)電機轉(zhuǎn)動；慣性飛輪的另一端與無 刷發(fā)電機相連接，它保證整個驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)動部件具有足夠的轉(zhuǎn)動慣量，當(dāng)異步電動機失電 不超過1. 2秒時，確保發(fā)電機輸出電壓的跌落不超過10%和輸出頻率跌落不超過12% ；無 刷發(fā)電機的輸出端與發(fā)電機斷路器的一端連接，它在異步電動機和慣性飛輪的帶動下轉(zhuǎn)動 發(fā)電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無刷發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源，其特征 在于所述的異步電動機額定功率的為132kW、額定電壓為三相380VAC、額定頻率為50Hz、 同步轉(zhuǎn)速為1500rpm ；慣性飛輪的轉(zhuǎn)動慣量> 302Kg m2 ；無刷發(fā)電機的輸出電壓為額定線 電壓260VAC、額定頻率50Hz的三相交流電，無刷發(fā)電機的額定視在功率為400KVA，額定有 功功率為100KW，負(fù)載(6)功率因數(shù)為0. 25 ；所述的整個驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)動部件包括電動機轉(zhuǎn) 子、飛輪和發(fā)電機轉(zhuǎn)子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無刷發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源，其特征 在于所述的控制柜包括2個單發(fā)電機組控制柜(2)和1個公共控制柜(3)；所述的單機組 控制柜⑵控制單發(fā)電機組的啟動、停止，采集無刷發(fā)電機勵磁回路勵磁電壓、勵磁電流， 無刷發(fā)電機輸出端母線的輸出電壓、輸出電流，并進(jìn)行顯示；它還實現(xiàn)電動機-飛輪-發(fā)電 機組(1)故障信號的采集以及保護(hù)；所述的公共控制柜(3)實現(xiàn)雙機組的并機、解列，電動 機-飛輪-發(fā)電機組(1)母線故障信號采集以及無刷發(fā)電機保護(hù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于無刷發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源，其特征 在于所述的保護(hù)動作包括差分保護(hù)、失磁保護(hù)、逆功率保護(hù)、過流保護(hù)、斷路器故障和系統(tǒng) 欠頻保護(hù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種基于無刷發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源，其 特征在于所述的單機組控制柜⑵包括保護(hù)繼電器、中間繼電器、PLC控制器、顯示裝置、 斷路器開關(guān)、變壓器和輔助電源；保護(hù)繼電器包括失磁保護(hù)繼電器、欠壓保護(hù)繼電器、逆功率保護(hù)繼電器、過流保護(hù)繼電 器和差分保護(hù)繼電器；失磁保護(hù)繼電器與無刷發(fā)電機勵磁回路和PLC控制器相連接，通過安裝在勵磁回路中 的分流器采集無刷發(fā)電機勵磁回路勵磁電流，向PLC控制器發(fā)送勵磁回路勵磁電流是否正 常信號；當(dāng)無刷發(fā)電機勵磁回路電流低于設(shè)定值時，失磁保護(hù)繼電器動作，PLC控制器采集 到失磁保護(hù)繼電器動作信號后，經(jīng)邏輯符合后實現(xiàn)失磁保護(hù)，失磁保護(hù)動作為斷開故障發(fā) 電機組的發(fā)電機斷路器；欠壓保護(hù)繼電器的輸入觸點與變壓器的輸出端連接，輸出觸點和PLC控制器相連接，欠壓保護(hù)繼電器采集無刷發(fā)電機輸出端母線的輸出電壓，當(dāng)發(fā)電機輸出端母線的輸出電壓 信號低于設(shè)定值時，欠壓保護(hù)繼電器動作，PLC控制器采集到欠壓保護(hù)繼電器動作信號后， 經(jīng)邏輯符合后實現(xiàn)欠壓保護(hù)，欠壓保護(hù)為斷開故障發(fā)電機組的發(fā)電機斷路器；逆功率保護(hù)繼電器的輸入觸點與電流互感器的輸出端和變壓器的輸出端連接，繼電器 的輸出觸點和PLC控制器連接，它采集電流互感器輸出的電流信號和無刷發(fā)電機輸出端母 線的輸出電壓，進(jìn)行逆功率檢測；當(dāng)逆功率繼電器檢測到電動機-飛輪-發(fā)電機組⑴的逆 功率信號后，逆功率保護(hù)繼電器動作，PLC采集到逆功率保護(hù)繼電器動作信號后，經(jīng)邏輯符 合后實現(xiàn)逆功率保護(hù)，保護(hù)動作為斷開故障機組的發(fā)電機斷路器，將出現(xiàn)逆功率的機組從 母線解列；過流保護(hù)繼電器的輸入觸點與電流互感器的輸出端連接，繼電器的輸出觸點和PLC控 制器連接，它采集電流傳感器輸出的電流信號，進(jìn)行過流檢測；當(dāng)電流傳感器輸出的電流信 號超過設(shè)定值時，過流保護(hù)繼電器動作，PLC采集到過流保護(hù)繼電器動作信號后，經(jīng)邏輯符 合后實現(xiàn)過流保護(hù)，保護(hù)動作為斷開故障機組的發(fā)電機斷路器；差分保護(hù)繼電器的兩個輸入觸點分別與安裝在無刷發(fā)電機定子公共端及輸出端母線 的電流互感器的輸出端連接，差分保護(hù)繼電器的輸出觸點和PLC控制器連接；它采集無刷 發(fā)電機定子繞組兩端的電流信號，進(jìn)行差分檢測；當(dāng)無刷發(fā)電機定子繞組兩端電流不平衡 量超過設(shè)定值時，差分保護(hù)繼電器動作，PLC采集到差分保護(hù)繼電器動作信號后，經(jīng)邏輯符 合后實現(xiàn)無刷發(fā)電機差分保護(hù)，保護(hù)動作為斷開故障機組的發(fā)電機斷路器；變壓器的輸入端與隔離開關(guān)的另一端相連接，用于將無刷發(fā)電機輸出端母線的電壓轉(zhuǎn) 換成保護(hù)繼電器輸入信號允許的電壓；顯示裝置與無刷發(fā)電機勵磁回路勵磁繞組輸出端、安裝在無刷發(fā)電機勵磁回路上的分 流器的輸出端、安裝在無刷發(fā)電機輸出端母線上的電流互感器的輸出端和隔離開關(guān)連接， 用于顯示采集到的無刷發(fā)電機勵磁回路勵磁電流、勵磁電壓、無刷發(fā)電機輸出端母線上的 電流和電壓；電動機斷路器開關(guān)與PLC控制器相連，它向PLC控制器送入允許斷開或閉合電動機斷 路器的信號；它在操作人員的操作下閉合或斷開；當(dāng)電動機斷路器開關(guān)閉合時，啟動電動 機；當(dāng)開關(guān)斷開時，停止異步電動機；發(fā)電機斷路器開關(guān)與PLC控制器相連，它向PLC控制 器送入允許斷開或閉合發(fā)電機斷路器的信號；它在操作人員的操作下閉合或斷開；中間繼電器實現(xiàn)斷路器開關(guān)狀態(tài)、斷路器狀態(tài)以及PLC控制器I/O端口口的擴展，包括 容量擴展和數(shù)量擴展，同時實現(xiàn)從24V控制信號到48V控制信號的轉(zhuǎn)換；實現(xiàn)機組保護(hù)、本 機狀態(tài)顯示和本控制柜狀態(tài)信號輸出；輔助電源為單機組控制柜內(nèi)各器件供電；PLC控制器接收來自保護(hù)繼電器的觸點信號、斷路器開關(guān)狀態(tài)信號、斷路器狀態(tài)信號以 及其它控制柜狀態(tài)信號，根據(jù)設(shè)定程序運行，進(jìn)行邏輯符合判斷，向外發(fā)出控制信號，控制1 套電動機-飛輪-發(fā)電機組⑴的啟動、停止，當(dāng)保護(hù)繼電器動作時向外輸出相應(yīng)的保護(hù)控 制信號和報警信號，實現(xiàn)電動機-飛輪-發(fā)電機組⑴故障信號的采集以及保護(hù)，保護(hù)動作 包括組差分保護(hù)、失磁保護(hù)、逆功率保護(hù)、過流保護(hù)、斷路器故障和系統(tǒng)欠頻保護(hù)；所述的其 它控制柜狀態(tài)信號包括公共控制柜總線欠頻控制信號、公共控制柜發(fā)電機并機允許信號和 另一單機控制柜發(fā)電機開關(guān)狀態(tài)及發(fā)電機斷路器狀態(tài)信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于無刷發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源，其特征 在于所述的包括保護(hù)繼電器、同步繼電器、中間繼電器、PLC控制器、顯示裝置、斷路器開 關(guān)和輔助電源；保護(hù)繼電器包括欠壓保護(hù)繼電器、欠頻保護(hù)繼電器、接地故障檢測繼電器； 欠壓保護(hù)繼電器的輸入端通過變壓器同260VAC公共母線連接，繼電器的輸出觸點和 PLC控制器連接；當(dāng)260VAC公共母線的電壓低于設(shè)定值時，欠壓保護(hù)繼電器動作，PLC控制 器采集到欠壓保護(hù)繼電器動作信號后，經(jīng)邏輯符合后實現(xiàn)母線欠壓保護(hù)，保護(hù)動作為斷開 正在運行的電動機_飛輪_發(fā)電機組機組(1)相應(yīng)的發(fā)電機斷路器；欠頻保護(hù)繼電器的輸入觸點通過變壓器同260VAC公共母線連接，繼電器的輸出觸點 和PLC控制器連接；當(dāng)260VAC公共母線的頻率低于設(shè)定值時，欠頻保護(hù)繼電器動作，PLC控 制器采集到欠頻保護(hù)繼電器動作信號后，經(jīng)邏輯符合后實現(xiàn)母線欠頻保護(hù)，保護(hù)動作為斷 開正在運行的電動機_飛輪_發(fā)電機組機組(1)相應(yīng)的發(fā)電機斷路器；接地故障檢測繼電器測量260VAC公共母線中線同保護(hù)地之間的絕緣電阻，輸出觸點 同PLC控制器相連接；當(dāng)260VAC公共母線中線同保護(hù)地之間的絕緣電阻低于設(shè)定值時，接 地故障檢測繼電器動作，PLC控制器采集到接地故障檢測繼電器動作信號后，經(jīng)邏輯符合后 實現(xiàn)接地故障保護(hù)，保護(hù)動作為斷開正在運行的電動機-飛輪-發(fā)電機組機組(1)相應(yīng)的 發(fā)電機斷路器；同步繼電器輸入信號為兩個發(fā)電機輸出端母線的電壓信號，它檢測兩路電壓的電壓差 值、頻率差值以及相位差，在繼電器內(nèi)部進(jìn)行計算及邏輯判斷，當(dāng)兩路電壓信號符合并機條 件時，同步繼電器輸出觸點動作，給出并機允許信號，該信號送入PLC控制器，配合單機組 控制柜(2)實現(xiàn)雙機組并機；顯示裝置的輸入信號為兩個無刷發(fā)電機輸出端260VAC母線上的電壓、在顯示裝置內(nèi) 部進(jìn)行計算及邏輯判斷，顯示裝置監(jiān)視兩路電壓的壓差、頻差以及相位差，當(dāng)具備同步條件 時，顯示裝置會給出相應(yīng)的同步允許指示；中間繼電器實現(xiàn)斷路器開關(guān)狀態(tài)、斷路器狀態(tài)、并機模式選擇開關(guān)狀態(tài)以及PLC控制 器I/O端口的擴展，包括容量擴展和數(shù)量擴展，同時實現(xiàn)從24V控制信號到48V控制信號的 轉(zhuǎn)換；實現(xiàn)機組保護(hù)、并機、本機狀態(tài)顯示和本控制柜狀態(tài)信號輸出；并機模式選擇開關(guān)為一個3位選擇開關(guān)，它通過操作人員的操作實現(xiàn)并機工作模式的 選擇；輔助電源為公共控制柜(3)內(nèi)各器件供電；PLC控制器接收來自保護(hù)繼電器的信號和其它控制柜的狀態(tài)信號，根據(jù)設(shè)定程序進(jìn)行 運算，進(jìn)行邏輯符合判斷，向外發(fā)出保護(hù)控制信號和報警信號，實現(xiàn)機組公共母線的報警和 保護(hù)，實現(xiàn)機組并機的手動、半自動及全自動并機功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無刷發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源，其特征 在于所述的配電柜包括2個單機組配電柜⑷和1個公共配電柜(5)；單機組配電柜⑷ 實現(xiàn)向下游負(fù)載(6)配電，同時配合公共控制柜(3)實現(xiàn)機組運行過程中并機、解列；公共 配電柜(5)實現(xiàn)輸出母線電壓公共控制用電的配電，并安裝并機專用負(fù)載(6)以實現(xiàn)無真 實負(fù)載(6)狀態(tài)下的機組并機。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于無刷發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源，其特征在于所述的單機組配電柜(4)包括發(fā)電機斷路器、電流互感器、分流器、隔離開關(guān)和輔助 電源；發(fā)電機斷路器安裝在發(fā)電機與負(fù)載(6)之間；電流互感器安裝在發(fā)電機斷路器的進(jìn)線端母線上，測量無刷發(fā)電機出線端的母線電 流，為過流保護(hù)繼電器、差分保護(hù)繼電器、逆功率保護(hù)繼電器以及電流顯示提供信號；分流器安裝在發(fā)電機斷路器的進(jìn)線端母線上，測量無刷發(fā)電機輸出端的母線電流，為 該系統(tǒng)的備用輸出接口；隔離開關(guān)共有3個，其中2個安裝在無刷發(fā)電機輸出端和單機組控制柜(2)的變壓器 之間，另一個安裝在260VAC公共母線與公共控制柜(3)的變壓器之間；其中，2個隔離開關(guān) 中1個的一端與1個無刷發(fā)電機輸出端母線連接，另一端同1個單機組控制柜(2)的變壓 器、公共控制柜(3)的同步繼電器和公共控制柜(3)的顯示裝置相連；2個隔離開關(guān)中的另 1個的一端與另1個發(fā)電機輸出端母線連接，另一端同另1個單機組控制柜(2)的變壓器、 公共控制柜(3)的同步繼電器和公共控制柜(3)的顯示裝置相連；另一個隔離開關(guān)的一端 與260VAC公共母線連接，另一端與公共控制柜(3)的變壓器相連接；它在操作人員的操作 下閉合或斷開；輔助電源為單機組配電柜(4)內(nèi)各器件供電。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于無刷發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源，其特 征在于所述的公共配電柜(5)包括一個小型的塑殼斷路器、空載并機專用電阻和輔助電 源；小型塑殼斷路器用于實現(xiàn)輸出電壓公共控制用電的配電開關(guān)，用于公共控制電壓的配 電，它在操作人員的操作下閉合或斷開；空載并機專用電阻為一個不大于10KW的小功率電阻，它在電動機空載并機時加載在 母線上，并機完成后，切除該并機電阻；輔助電源為公共配電柜(5)內(nèi)各器件供電。
專利摘要本實用新型屬于核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)用電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于無刷發(fā)電機的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源，目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，能滿足核電廠運行要求的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)電源。其特征在于它包括兩套電動機-飛輪-發(fā)電機組(1)、控制柜、配電柜和電動機斷路器；電動機-飛輪-發(fā)電機組通過電動機斷路器與外部380VAC連接，通過發(fā)電機斷路器向負(fù)載供電；控制柜實現(xiàn)電動機-飛輪-發(fā)電機組的保護(hù)和工作狀態(tài)控制；配電柜實現(xiàn)負(fù)載的配電。本實用新型的有益效果是1.采用無刷發(fā)電機可以避免有刷電機在系統(tǒng)運行過程中的電刷磨損，避免因為電刷磨損引起的非故障停機；2.提高了機組運行的穩(wěn)定性和電站運行的經(jīng)濟(jì)性。
文檔編號H02H7/06GK201584857SQ200920298730
公開日2010年9月15日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者萬海生, 何力, 尹小龍, 崔晨光, 張前平, 張波, 趙海江 申請人:中國核動力研究設(shè)計院