核电站控制棒驱动机构电源机组励磁方式的选择
《电气开关 （》 ２ ０１ ５． ｏ Ｎ．５ ）
文
章编 号： ０ ０１４ — ８ ９ Ｘ（ ２ ０ １ ２５ ） ０— ０ ０ ９５６一 Ｏ ３
核
站电控制棒驱机动构电 机 组励源磁方式选择 的孟子
荣（ 东 电北大学力 ， 吉林 林吉 １３ ０２１ ２ ）
摘 要 ：于 由 国民经 持 续济快速 长增 ，电 力 括包煤炭 、 石 油等 能源 经已 始开 出 现 几年十 前中 国 经起济飞 时 期的 瓶 颈制 约征 兆核。 作电为安 全、 高效 、清洁的 能 源，必 大力发将 展 缓 以解这 些 问 题 针。对 目核前电 站 的控制 棒驱 动
机 构 电 源：电机 动发一电 机 （组Ｍ—Ｇ 机 组） ， 分析其 用于应 系该 的各统类 励磁 方 式 缺优 点， 并提 出一种可 用 于 控 制棒 驱动机 构电 源新型的磁励方 。式
关 词 ： 键核 电站； 制控 驱棒 动机构 ； 电源 系统 ；磁励系
统中 分图 号 ：类 Ｔ ７ ６Ｍ 文标 献码 识 ： Ｂ
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Ｋｅｙ ｗｏ ｒ ｓｄ：ｎ ｕ ｃ ｌ ａ ｒｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｐ ａｌｎ ｔ ； ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏｌ ｒｏ ｄ ｄｉ ｒｖ ｅ ｅｍｃ ｈ ａｎ ｉｓ ｍ； ｐ ｏ ｅ ｒ ｗｓ ｙ ｓｔ ｍ；ｅｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ａｔ ｉ ｏｎ－ ｓ ｓｙ ｅｔｍ
１ 制棒驱控机构动电源 绍
介控棒制 动机驱 构源电 机组 ， 既 控为 制 棒 动驱机 构 提可靠供电能 的备设¨Ｊ 控。棒制驱动机是核构电站 内 驱动控 棒 的装制置 ，为 证核 电保站能够 安 停 全 堆 在， 设 计该装上 一旦置失去 电力 供 应，控 棒制就 会 全部 掉
， 导落反致 应堆停堆 。 目 在 役前 核 站采电 用的控制 棒 动驱机 构 源电均 为 电动 机 发 一电 组 机 Ｍ（—Ｇ ｓｅ ｔ ） ， 如 图１所 示 。每个 核电厂有 两套 动电 机 发电机组。 正在
２
磁励方 式比 较
电发机是组否稳 定 行很运 程度大上取 决 于它励
的磁
系统。励磁统的系靠可对系统性和发电组机安的全 运 有着行极 大的 影响。发 电 的励机磁 系统 按 照电流引
入磁 绕场组 方 式可 为 有分 刷励 磁 系统 无和刷 励 磁 统， 系们各它 有优缺 点，下 将做面 要简 分 Ｊ 。 析 有刷 励磁 系是 统种 被一泛 广用应 于领各 域励的 磁系 统 。它按照励 磁流取电得 式 方可 为直分流 磁励 系 统 和机控 可硅静 止励 磁系 两种统 。直 流励磁机励磁 系统 是由与发电 机同轴 的直 流 电 机产 生 直发流 ，电 过 经电
和滑环刷 接加 在 发直电机 转 子线圈从 而为 定线子圈 提
常工 作 件条 ，下两套 动电 发机电 组机并 联运行 并， 分 均负总 荷。两套 动电机发 机电 驱动 电机 组滑的差频率 需 尽可 一能致 ，以防 止 载负分 配 时两台 电发 之机间 的 荡 振。当 套一 电动机 发电机组不能正 常工 作或 网失 并败 时 ，另 一套 设 应备具 能 够备承 担 全 负载部 的力能 这。 样 即使在 套 一动 发 电电 机 装置在 役检修 或 失效 时 ，
也
供 场 磁。控可 静 止励磁硅 系统是 通 过 发机电机端 励 的
变磁压 进器桥 式行 整流， 得 到 所需 要 的流 直 ， 电再 经过
电刷 和 环加 滑发在电 机转 子 线上 ，圈 产 生磁 切 场割 定子 线 。圈有刷励 磁方 式 的 优点 在 于： １ ） （发 电机与 励 磁统界 系 限明显
， 相 独立 对 （ ２ ）； 励 磁电流 励、 磁 压电 容 获取 ；易（ ３ ） 励 机 状磁态 监 方测便、 数值 准 。由确于
能
证保对控制棒驱动构机续供电连 。
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）９
７
刷电的存在， 其缺也较点 显明： １（ ） 加 了增触 接电阻， 随
着磁励电 流的 增 ， 大电 和 刷 滑环常 常 接 触 因不良导
电 刷磨在时产损生的粉碳给对周环境产生边不 良 影响，
会 降低 边周 设备 缘绝， 给安 运 全行带 来 隐 患 （；３ ）
维护 不 便方 ，需 时 定理清碳粉 查检 更 。 换 一
一 一一
发致 ，热 甚至烧坏刷架 会和滑 ，环存 安在风 险全 （ ２； ） 一
一 一一 一一一 一 一一 一一 一 一 一一 。 一 一一一 一 一 一一一 一 一 一 一 一 一一 一一 一
一：
电动 ：机
发机电 ：
：
１ １ ８ ： ｋ５ Ｗ，３ ８ ０ Ａ Ｃ 。Ｖ５ Ｈ０ｚ ， ５ ０ ０ ｋ ， Ｖ ０５Ｈ ｚ ， ２ ６ ０， Ｖ ： 三 相 应 电动机 感 三 相步同动电机
＝ ／ ／ 一 轮
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注
解：
２．反应堆 停 堆断 器 和路制控 。器 ．３负 荷由提线 升圈 ， 传线递 和圈夹 持线 圈Ｊ组
１
测． 量，保 护 继 器电和 发电 机口出断 路 器。
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攀
辩 嘱
无刷 磁方励式 近些是年来 新 的一兴种 新型 励方 磁 式 它， 的要主 部 为件 交流励 磁 机 和旋 整 转 流 器随着 。 旋转 整流 装 置靠可的不 断提 升 ， 刷 励 无 发 电机磁 的 的应用也 加更广泛 。其 原 理 为交 励 磁机流 的输 出 安装由 在 机组 旋转部分 的硅 整流 器整 流 后，直 接 送 到 同 步发 电 的转机 励 子磁绕 中 去 组。因 为发 电 机 转 子励磁 绕 上无法 单 独控为 棒制 驱动机 电源构机 组设置 房 间。大 部分 核 电站 其将与 其 负他 荷心中 线 母布柜置在 一同个 间， 房这样 控就制 棒 驱动机 构 电 源不能 环对境 造 成 污 染 ，不产 生 电 干磁 ， 扰且不 应 有 生 发 灾火 的 风 。险这
组 整流器、交和励流机磁枢电在同都一上旋转 ， 轴此彼 处 绝于对静 状 态 止，这样 取 就消 了刷 电 、换向 和器环滑 等传统励磁 部机。件交励流机实质上是旋磁电
转枢式 交的 流发电机 。 这种励 方磁 具式有 如 优 点下： （１ ） 结 紧构 凑， 地占面小 积 ；（２ 不）存在损 的磨碳粉 发 ，机电 两 端 会 非 常净 洁， 且无而 需更 换 电 刷， 护维方便 （ ；３） 不存在接不 触以良及因 此而发热问题 ，的更不 会产 生 火花电 而 烧设坏备 ； （ ）４ 讯通干 扰 。实小 表践明 ，当 硅
整流器 质 量良 好时， 运 行是相 当 可 靠的 无 刷励。磁 也 不少有缺点 ： （ ） 励 磁１发 电机 输 出 直的流 电 直接 接 在 转 子 的 组绕 上， 无 法接直测量 子 转实的 际电流； （ ２）由 于无刷 励磁 中 步 同发 机电 子 励磁 转 流电变 化是的 由 交 励磁 流 机的磁 电场来流 调节 的， 相应 速度 慢 ； （ ３ ） 旋 对 整流转 可器 性 要求 靠 。高
， 样统的传有刷励磁不可应于用代核现 电厂控制棒 励 磁 系统， 需 从 无 刷励 要 中选磁 最择 励 磁优 式 方。控制 棒 驱 动机 是构通过 电 磁 的原 来 理 操作控 棒 制运的 动 。 制棒控驱的机构动带的所荷有负三类 ： 升提线，圈加 持 线圈， 传线圈。递有通只过定逻辑顺一才序能保 控证 制棒理合动 。运种这荷并非稳负负荷定 ，冲 性击大较， 电故 源统系一定 要 足 稳定够才 保能 在证 荷负波 时 保 动
证 定稳供电 根。 据术 规格技 书 中要 的求要 在一台 退出
运行 时另一 台 担 负全 部 荷 且 负电 波 压 不动 可超 过 １０ ％ 因。此需 采要用 磁 装励 置 能快否 响应 速成 为选择
的一 个重
要 指标 。鉴 于普通 的无 励刷磁 置响装应 速 度 慢较， 如 遇到极端情 况 时恐怕 难保以证 压 电足 要满求， 而 从致导电站 发生 不必 要的停 机 事故 ， 造 巨成大 经济 损 失。为免 避这 情 况种发 生 ， 励 磁电 流获 得 式 上形 可 以采 用三次 谐 波 助 绕辅组 （ 三 谐次波 与 波 基绕组 串
联）的 式 方取获励 磁电流 。如 ２所示图。
辅助 ３组绕无刷磁励 系统 现
的大代型 核电站， 因 核岛 内空 间有 ，限一 般设
计其 中１Ｈ为基波 绕 ，组为 保正 障常运行 和过载 运 行 时 的 磁励 提供能 量 应 供； （ 下
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电《 气开 关 》《２ ０ １ ． ５Ｎ ｏ ． ） ５ ２
００２—０ ２ —０１ ．
护接零
（ 零线 ） ， 否 则就会造漏 电保成护器拒或误动动。 ２（） 根 据测 结果 实 正，常 情 况 ，下 村 每户 农地 对漏 流 电约为 几个ｍ Ａ 且，对 地 泄 漏电 流与 荷负电 流 呈正 向
关关 系 ， 参可 照荐推 经的验 式公 行进估 计 对，于照 明 路 和生电 用 电活 的 相单电路 对 ，漏 电地 约 为流 荷 电 负 的流 千两分之一 ， 于三对相 三 线 制和 三线四线 制的动 线力路及 力动 和照明 混 线合 路， 对漏 电地流约 为 荷 负
［２ ］ Ｄ Ｌ ／ Ｔ ７３６— ２ ００ 剩０余电流动作护 保器农安装村行运程 ［ 规ｓ ．中
华］ 人民共 和 经 国 贸济易 委会员发 布 ２ ０， ０１一 Ｏ １一 Ｏ１ ．
［
３］ 全 国 一编统 写 进作业 网工培电教 材训 ｆＭ ］ 辽 ．科 学技宁 术出 版
社， １ ９ ９３ ， １ ．
收 稿期日 ：２ １０５ — ０ — ４ １
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电 流千分的之。一所以 ， 三相在四 线制采用 Ｉ １ｒ ’系统
低 电压 网中 ， 不把 性 同 的负 荷质 大 小 匀均 分 布 到地三 相 电网上 ，到 三做 负荷平 相分 衡 ， 配可小减三 不 平相 衡 漏电流， 从 提 升而 电保漏护 器的可靠性 。 ３（ 要 避）免组 合 漏式 电 护器保 的零 电流 保序护器
（ 接上 ９ ７第 页）
几
种错的装设误方 法 ：零序① 流互电感 只器穿工作过
零 线 工作（零 中线 过流的 三 相 荷负 不 衡平 电 远超流漏 电保 护器额 电定 动作 值流 ， 足 以使漏 电 保 器护 发生 误
图２
作而动能正不常投 运）； ② 作零工未穿线零序 过电 流 互感 （ 器相负三荷 不衡 平电 足流以 使漏电 保 器 护 发 生误动作不而正常投能 运 ） ；③工零线作 和中点接性地 线 同穿 过零序 电流时互感 器 （ 工 零 线 作流中过 三 的相 荷负平衡 不流和电电漏网流电以足漏使保护器电生 发动作误 而不 正能 常投 运 ）； ④零 序流电互 感 器 穿只过
线零的重 复 地 接线（ 电漏 因流 中性被点 接线 分地 流而
Ｈ 为三 ３谐 次波 绕组， 当 短 发路 生时 基，波绕 组 被 切断 ，而 三次谐绕波仍组感应出三能谐次波压 电， 为 强 励 供足够 能量提 当负荷 。然变 动突时也 感 会 应出次三 电 势快 了加相应速 度 。这种 励 磁方 式不仅 加 快 了 响 速 应 度 更 能 ，够提供 足够 强的励 量 。其能 构结形式如 图 ３所示 。
药磁 励机 励 磁 磁机组 绕转绕子组 主励 主定 子绕 绕组
磁
弱减 ， 而从大大低 降了护可靠性保 ） ；⑤ 极三四线 式漏 保电护 器接人未电源零 线 （ 导 致 保 器护内部 试验回 路无
法接 通 ， 试 验 钮按 起 不作用 ）； ⑥ 漏 电开 的进 关线出 接反 （ 致导脱
扣线 长时圈间带 电烧毁） 。
（ ４ ） 保护被电网下以故能造障成漏电保护误器 动作： 在漏 ①电保 护回的 路相线 中 、线零其与 他路公回 用 常见。 的如在甲 、 乙漏电 护保 器保 护的 回两之 间 路接用 电设备跨， 设备的 常正荷 负流电作会为不平衡电 流 足 以，两使 台 电漏 保器护都 动作跳 闸 ， 严重将影 两响 个回路 正 用 电 常 ；② 零在序 流电互感 的进器 线两 出侧 跨
负接荷 （ 跨 接 的负 荷 电流一 般 大 于 漏 远 动电作 电
ｎ 【 ｌ Ｌ Ｊ— Ｖ ， 、 ，～、 — ＿ 一 － ｝ ＿ ＿ ． ． ●＿ — Ｊ Ｌ Ｉ — ｒ — 、 一 —
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Ａ Ｖ Ｒ ｌ
图３
辅
绕助组
辅助 绕组 Ａ为Ｖ （ 电Ｒ 调 压节 器） 提供 流 电交 ，源 Ａ ＶＲ 励 为绕磁 组提 直供流 电 ， 形 源励 成磁机 磁 场， 励 磁 机 转子绕组 旋转 割切磁 场感 应出交 流 电， 再 过通旋
流 ，而因成漏电保护造误动器作而使其法无运投） ③； 被在保电网内使用 自护耦负载式（ 由于自耦 负式荷 工作 流 的电一部分 通过 耦自变压 底器 座上的接地线 构而
分成 线流路， 导 致漏电保 护器误动 作 ） ； ④ 大 电 机 负 荷 关开 合闭 不同 步 。 等于 圈与 线机壳 （大地） 之 间加 上 了 电相压， 对 于 壳机 地对 电容 Ｉ １ Ｆ以ｘ 上的 大电机， 此 时 电容 流电可 高 ７达 ｍ Ａ０以上 ， 一 般 会 超 漏过 保电护 器 动 作电流 ， 会引 误 起作 。 动 参
考献 文
［１ ］ＬＤ ／Ｔ ４ ９ — ９ ０ ２０ １农低压电村力术技 程规［ Ｓ １．中国力出版 社电，
转整 器转流换成直电供给流励主磁组绕 这种辅助。 绕组 磁系励统具有 好 的强很励能 力， 能够 提供 足 够 的 短路 电流持续
力 。能
参考献 文［
１ ］ 俞 伟 ， 高蕴花．周 电站核制棒驱控机动构 源电系统［ Ｊ ］．发 电 设 备
，２０ １ ２， ６２（ ４ ） ．
［
２ ］ 王明． 炜 Ｂ Ｂ低压 Ａ同发 步电机 磁 励系统的 现实［ Ｊ ］． 移动 电 与源 车辆
。 ０２１ ．０ １．
［ ３ ］ 世英姜． 发机电 不同的励 磁方式及 较 分比 析［ Ｊ］ ． 移 动电与 源车 辆．
１ ９９９ ． ． １
收
日期稿： ２０ １ ４一 ｌ 一 Ｏ ３ Ｏ