AP1000稳压器比例式电加热器控制屏调试介绍

AP1000稳压器比例式电加热器控制屏调试介绍

田士蒙刘智博

（山东核电有限公司烟台265116）

摘要：本文介绍了AP1000稳压器电加热器的设计与比例式电加热器控制屏的工作原理，重点介绍了在比例式电加热器控制屏现场调试过程中遇到的问题及解决方法，为以后的机组调试及将来的运行维护提供经验反馈。

关键词：比例式电加热器控制屏PHC；触发控制器；过零触发

1前言

三代AP1000非能动反应堆稳压器设计了5组电加热器用来调节主冷却系统的压力，其中有1组为控制组，4组为备用组，备用组由负荷控制中心MCC的抽屉开关直接分合投退，而控制组加热器则由比例式电加热器控制屏（以下简称PHC）根据所需加热功率控制。正常运行工况下，若主冷却系统的压力出现下降，电站控制系统内部逻辑将根据温度压力参数自动计算出需要投入的电加热器功率，这时调节功率以4-20mA的控制信号的形式传给PHC，PHC按此命令调节控制组电加热器的电压，达到调节功率的目的。

PHC为美国AMETEKHDR公司生产的ZF3型功率控制器，该产品在国内暂无使用先例。由于无调试经验借鉴，调试人员在调试初期虽然经过精心的准备，但还是遇到诸多问题，例如可控硅不能导通、输出电压无法正确测量、负载如何选择等。调试人员边学边干，不断分析探寻解决问题的方法，最终解决了这些问题，顺利完成PHC的调试并取得宝贵的试验数据。

2AP1000稳压器比例式电加热器控制屏介绍

2.1PHC结构

如图1所示，PHC主要元器件为3相双向可控硅、ZF3触发控制器、以及主回路上所需的保护继电器、报警跳闸回路等。

ZF3脉冲触发控制器与双向可控硅是PHC的核心部件，控制器按照接收的4-20mA控制信号，调节可控硅在单位时间上的导通周波个数，将400V的输入电压按比例调节成对应的输出电压（均方根电压）。此电压虽然为不连贯的正弦波，但对于纯电阻负荷可近似为线性的功率输出。

2.2PHC工作原理

之所以叫比例控制，是因为施加在加热器上的电压波形不是连续的，其时间轴上的电压波形图出现的周波数受控制信号4-20mA的比例控制，从而决定了电加热器的功率大小。即1秒50个周波内，导通的周波越多，则电加热器的输出功率越大。

ZF3的触发控制采用的是正弦波电压过零触发，当可控硅的阳极与阴极施加正向电压，同时触发脉冲电压作用于控制极上时，可控硅导通，输出电压。当触发脉冲信号消失且阳极上的输入电压过零时，可控硅截止，无输出电压。由此可见，控制触发脉冲电压信号的产生即能控制输出电压与功率。

采用过零触发的控制方式，输出电压的波形与标准正弦波相比高次谐波含量较小，且电加热器投入时的电压与功率随波形从零点上升，对厂用电系统的影响较小。虽然输出波形（见图3、4）较标准正弦波不够平滑，但稳压器电加热器为惰性较大的阻性负载，对电压波形的要求并不高。

3PHC调试过程简介

PHC的调试由单体试验和带载试验组成，单体试验可分为非带电试验与上电试验，非带电试验主要包括：元器件检查、控制回路查线、绝缘测试等。上电试验主要是控制功能检查及保护校验。带载试验则是要验证PHC的带载能力。

3.1非带电试验

验证PHC屏内主回路与控制回路的元器件及接线与设计图纸一致，且满足设计规格书的要求。要注意的是可控硅不能进行绝缘测试，需将相关熔丝打开以隔离可控硅，否则有可能损坏可控硅。

3.2上电试验

使用三相试验电源对PHC上电，逐一验证状态指示、风扇运行、报警信号、调压功能、跳闸命令等。

3.3带载试验

验证PHC能带负载实现电压及功率调节的功能，且输出参数在设计允许范围之内，不出现报警等异常。

4PHC调试中遇到的问题及处理方法

4.1首次上电后电压继电器跳闸

当PHC首次上电后，TIMEMARKEX269三相电压继电器直接动作，而此时施加的三相电源电压为400V，未进入电压继电器的动作区域，且该三相电压继电器在之间的校验中是合格的，后检查发现是因为上电的三相电源相序反了，虽然电压幅值正常，但继电器监测到反相后跳闸。调整电源相序后电压继电器就正常了。

4.2可控硅无法导通

上电后可控硅的冷却风扇及PHC柜的风扇正常运转，但当模拟4-20mA控制命令时，可控硅无输出电压。调试人员仔细分析了可控硅的工作原理发现，在可控硅首次导通后，需流过一个维持电流才能持续导通，但在试验时可控硅处于空载状态，则没有维持电流通过，可控硅不会导通。导通要求的维持电流很低，也即只需很小的负载就能使可控硅持续导通，从而能按4-20mA的命令调节负载。

4.3灯泡负载的选择

在试验负载的选择上，当时有现成的三相电炉子可供使用，但调试人员结合ZF3型功率控制器的工作原理，放弃使用电炉子，而使用3个40W的灯泡自做了简单的星型负载。使用灯泡而不是电阻丝的原因是灯泡的明暗及间断闪烁的频率能直接反应出可控硅的输出电压的大小。16mA与12mA的不同输入命令下，16mA时灯泡亮度更高，闪烁的频度更小。

4.4可控硅的输出电压不能读出

在可控硅输出端接上星型灯泡负载上电后，改变控制命令信号，即使灯泡的亮度跟闪烁频率在变化，但使用FLUKE287多功能数字万用表测出的电压一直是400V，后换成指针式万用表后读数就与设计电压一致了。数字万用表精度与分辨率都很高，它用很高的采样率采集电压信号再经过模数转换后显示出来，显示的是一两个周波电压的有效值，而不是一段时间的有效电压。而指针式电压表测试的是多个周波时间内的电压有效值，因此能准确读出可控硅的输出均方根电压。

4.5录取可控硅输出电压波形来验证PHC的比例调节功能

在不同的控制命令下，使用录波装置录取可控硅的输出波形，监视导通周波与截止周波的比例，以验证PHC的调节能力。从图3的波形图上可以看出，12mA的控制信号时的导通与截止周波各占一半，对应的功率为全周波电压的50%。而16mA控制信号下的导通周波与截止周波数的比例为3：1，也即功率为全周波电压的75%。这与表1所列的设计功率参数一致，验证了PHC的比例调节特性。

5结束语

调试初期，由于缺乏相关模拟电子理论知识，在可控硅的导通及输出电压测量上走了不少弯路，但最后都一一解决了这些问题。尤其是选择使用灯泡星型负载与输出电压录波相结合的试验方式是一个很好的经验反馈，既直观地看到了输出电压与功率的改变，又得到了详细的波形数据，圆满地验证了PHC的功率调节能力。通过PHC的调试，调试人员掌握了PHC的工作原理，为后继机组的调试及将来的机组运行维护积累了可贵的经验。

参考文献:

[1]ZF1-3_15-70HDRZF3功率控制器安装及运维手册