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[摘 要]非能动核电厂的1E级直流及UPS系统是核电站中的保证核安全非常重要的电气系统，向全厂用于安全停堆的仪表、控制、监控和其他重要功能的安全设备提供可靠电源。在失去全部厂外电源和/或厂内交流电源的情况下，1E级直流及UPS系统向指定的直流和交流不间断负荷提供持续供电；并为主控室和远程停堆工作站提供正常及应急照明。系统中的调压变压器起着重要的作用，是被认定的1E级系统和非1E级系统间的隔离设备，因此对其容量选择和计算具有重要的意义，本文着重对此进行论述。
[关键词]UPS；电厂；调压变压器；容量计算
中图分类号：TM721.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）29-0001-02
1、定义、术语和缩略语
1.1定义、术语
1.1.1 1E级（安全相关）
是电厂电气设备和系统的一种安全级别，这种级别的设备和系统是完成反应堆紧急停堆、安全壳隔离以及安全壳和反应堆热排出或其他防止放射性物质大量释放到环境的功能所必需的。
1.1.2 设计基准事故
为确定构筑物、系统和设备的可接受的性能要求，而在设计中所采用的假设事故。
1.1.3 不间断电源
在上游交流电源不可用期间，无延时或可瞬时提供低压交流供电的电气设备系统。
2、系统描述
1E级直流及UPS系统在厂内和厂外交流电源丧失并且不能恢复的72小时内，为电厂安全停堆和监测的重要负荷供电。
IE级直流系统的正常电源是非安全级交流电源系统。安全级系统和非安全级系统之间的连接通过作为隔离装置的蓄电池充电器及调压变压器完成。若正常交流电源不可用，1E级蓄电池将保证足够的供电容量为电厂安全停堆所需的重要厂用负荷供电72小时。
2.1 1E级直流子系统
1E级直流250Vdc子系统分为四个独立的序列（A，B，C，D）。A序列和D序列的蓄电池组以及B序列和C序列中的一个蓄电池组为24小时蓄电池组（两列60个单体的蓄电池串联），为在失去所有交流电源的情况下或发生设计基准事故时的最初24小时供电。B序列和C序列的第二个蓄电池组为72小时蓄电池组（两列60个单体的蓄电池串联），用于发生相同事件情况下需要供电的负荷保证72小时的供电。
蓄电池充电器连接在直流配电盘母线上。包括备用蓄电池充电器的1E级蓄电池充电器的交流输入电源来自于由厂内备用柴油发电机做后备的非1E级电动机控制中心。1E级蓄电池充电器为非1E级交流系统和1E级直流系统之间的隔离装置。蓄电池充电器配置了内置的隔离变压器以及分励脱扣的断路器。隔离变压器有限流的功能。输入的断路器与所有的下游的保护装置配合。同时，充电器配置了隔离二极管以防止蓄电池由充电器的1E级侧倒放电至非1E级侧。在输入端配置了过电压和低电压保护。
1E级直流电动机控制中心为250Vdc两线不接地系统。直流电动机控制中心为所有的直流电动阀提供分支回路的保护。直流电动阀的热过载装置的配置与RG导则1.106的要求一致。热过载装置的旁路仅在事故工况下使用。电动机控制中心的负荷的短路故障通过熔断器隔离开关保护。电动机降压启动器将大于等于5hp的电动机的启动电流限制在额定电流的500%之内。
2.2 1E级UPS子系统
1E级UPS电源为四个序列的仪表和控制母线供电。
A序列和D序列每个序列包含一个带仪表和控制配电盘的逆变器以及自带配电盘的调压变压器。每个逆变器由相关的24小时蓄电池组相连的配电盘供电。
B序列和C序列每个序列配置两台逆变器，两个仪表和控制配电盘，以及一台自带配电盘的后备调压变压器。
逆变器的电源分别来自24小时蓄电池组的配电盘和72小时蓄电池组的配电盘。
主控室以及远程停堆工作站的非1E级应急照明的电源来自于1E级UPS系统，通过隔离装置供电（两个串联的熔断器），1E级与非1E级设备的边界为熔断器。
2.3 调压变压器的功能及作用
调压变压器作为UPS系统的后备电源。根据IEEE 384和RG导则1.75的要求，调压变压器作为安全级电气系统和非安全级电气系统的隔离装置。调压变压器配置了内置的隔离变压器以及分励脱扣断路器，每个调压变压器配备一个固态的电压调节器，固态逻辑系统不受调压变压器的电气噪声的影响。
调压变压器的电源来自于由柴油发电机做后备的380V交流母线，采用2相供电，输出电压为交流220V。
若逆变器不运行或逆变器的直流输入不可用，则供电通过先通后断的静态转换开关自动切换至后备的调压变压器供电；调压变压器在逆变器发生故障或不可用的情况下确保UPS负荷交流供电的可用性，并且仅在相关逆变器不可用的情况下投入。当调压变压器投入使用时，失去交流电源将会导致相关的UPS配电盘母线供电的丧失。此外，逆变器还配置了手动维修旁路开关在逆变器退出运行进行维护时连接后备电源。
3、系统单线图
B序列调压变压器需满足2台逆变器满载运行和IDSB-EA-2盘的负载要求，为所有序列中负载要求最大的序列，因此以B序列调压变压器为例，进行论述和计算。图1为B序列调压变压器相关的单线图：
4、容量选择与计算
4.1负荷统计
如图一所示，调压变压器需提供2台逆变器满载负荷和IDSB-EA-2负荷要求。
根据相关文件，每台逆变器的负荷为15KVA，功率因数0.9；
IDSB-EA-2的负荷见表1：
4.2容量选择
根据4.1节可知，调压变压器的负荷计算容量如表2所示下：
逆变器的负荷为：15KVA
根据变压器容量标准数值，选择45KVA的变压器
4.3计算校验
根据上节所示容量计算结果，选择45KVA的变压器， 需对所选择的变压器容量进行校验。调压变压器的容量应保证其故障电流与保护装置如下配合：
调压变压器侧的出口短路电流应大于逆变器故障电流。
因此：
UPS逆变器的计算容量为15kVA
逆变器输出电流为：
Iinv= （15×1000）/220=68.2A
限流型逆变器故障电流为逆变器输出电流的2倍：
IFL =2×Iinv=2×68.2=136.4A
调压变压器额定容量为45kVA。额定容量和电压下的阻抗百分数为7%，故出口短路电流为满载额定电流的14.3倍，计算如下：
IRT=14.3× （45×1000）/220=2925A
计算结果如下：
IRT=2925A>I FL =136.4A
根据验证计算结果，选择容量为45kVA的调压变压器能够满足要求。
5、综述
通过对核电站直流及UPS系统的论述，确定了调压变压器功能，并经过容量选择及计算验证，最终得出了调压变压器的容量为45KVA；在此基础上，就可根据安装环境条件、抗震要求以及质量等级，采用相适应的制造标准，生产制造出可用的调压变压器。
[关键词]UPS；电厂；调压变压器；容量计算
中图分类号：TM721.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）29-0001-02
1、定义、术语和缩略语
1.1定义、术语
1.1.1 1E级（安全相关）
是电厂电气设备和系统的一种安全级别，这种级别的设备和系统是完成反应堆紧急停堆、安全壳隔离以及安全壳和反应堆热排出或其他防止放射性物质大量释放到环境的功能所必需的。
1.1.2 设计基准事故
为确定构筑物、系统和设备的可接受的性能要求，而在设计中所采用的假设事故。
1.1.3 不间断电源
在上游交流电源不可用期间，无延时或可瞬时提供低压交流供电的电气设备系统。
2、系统描述
1E级直流及UPS系统在厂内和厂外交流电源丧失并且不能恢复的72小时内，为电厂安全停堆和监测的重要负荷供电。
IE级直流系统的正常电源是非安全级交流电源系统。安全级系统和非安全级系统之间的连接通过作为隔离装置的蓄电池充电器及调压变压器完成。若正常交流电源不可用，1E级蓄电池将保证足够的供电容量为电厂安全停堆所需的重要厂用负荷供电72小时。
2.1 1E级直流子系统
1E级直流250Vdc子系统分为四个独立的序列（A，B，C，D）。A序列和D序列的蓄电池组以及B序列和C序列中的一个蓄电池组为24小时蓄电池组（两列60个单体的蓄电池串联），为在失去所有交流电源的情况下或发生设计基准事故时的最初24小时供电。B序列和C序列的第二个蓄电池组为72小时蓄电池组（两列60个单体的蓄电池串联），用于发生相同事件情况下需要供电的负荷保证72小时的供电。
蓄电池充电器连接在直流配电盘母线上。包括备用蓄电池充电器的1E级蓄电池充电器的交流输入电源来自于由厂内备用柴油发电机做后备的非1E级电动机控制中心。1E级蓄电池充电器为非1E级交流系统和1E级直流系统之间的隔离装置。蓄电池充电器配置了内置的隔离变压器以及分励脱扣的断路器。隔离变压器有限流的功能。输入的断路器与所有的下游的保护装置配合。同时，充电器配置了隔离二极管以防止蓄电池由充电器的1E级侧倒放电至非1E级侧。在输入端配置了过电压和低电压保护。
1E级直流电动机控制中心为250Vdc两线不接地系统。直流电动机控制中心为所有的直流电动阀提供分支回路的保护。直流电动阀的热过载装置的配置与RG导则1.106的要求一致。热过载装置的旁路仅在事故工况下使用。电动机控制中心的负荷的短路故障通过熔断器隔离开关保护。电动机降压启动器将大于等于5hp的电动机的启动电流限制在额定电流的500%之内。
2.2 1E级UPS子系统
1E级UPS电源为四个序列的仪表和控制母线供电。
A序列和D序列每个序列包含一个带仪表和控制配电盘的逆变器以及自带配电盘的调压变压器。每个逆变器由相关的24小时蓄电池组相连的配电盘供电。
B序列和C序列每个序列配置两台逆变器，两个仪表和控制配电盘，以及一台自带配电盘的后备调压变压器。
逆变器的电源分别来自24小时蓄电池组的配电盘和72小时蓄电池组的配电盘。
主控室以及远程停堆工作站的非1E级应急照明的电源来自于1E级UPS系统，通过隔离装置供电（两个串联的熔断器），1E级与非1E级设备的边界为熔断器。
2.3 调压变压器的功能及作用
调压变压器作为UPS系统的后备电源。根据IEEE 384和RG导则1.75的要求，调压变压器作为安全级电气系统和非安全级电气系统的隔离装置。调压变压器配置了内置的隔离变压器以及分励脱扣断路器，每个调压变压器配备一个固态的电压调节器，固态逻辑系统不受调压变压器的电气噪声的影响。
调压变压器的电源来自于由柴油发电机做后备的380V交流母线，采用2相供电，输出电压为交流220V。
若逆变器不运行或逆变器的直流输入不可用，则供电通过先通后断的静态转换开关自动切换至后备的调压变压器供电；调压变压器在逆变器发生故障或不可用的情况下确保UPS负荷交流供电的可用性，并且仅在相关逆变器不可用的情况下投入。当调压变压器投入使用时，失去交流电源将会导致相关的UPS配电盘母线供电的丧失。此外，逆变器还配置了手动维修旁路开关在逆变器退出运行进行维护时连接后备电源。
3、系统单线图
B序列调压变压器需满足2台逆变器满载运行和IDSB-EA-2盘的负载要求，为所有序列中负载要求最大的序列，因此以B序列调压变压器为例，进行论述和计算。图1为B序列调压变压器相关的单线图：
4、容量选择与计算
4.1负荷统计
如图一所示，调压变压器需提供2台逆变器满载负荷和IDSB-EA-2负荷要求。
根据相关文件，每台逆变器的负荷为15KVA，功率因数0.9；
IDSB-EA-2的负荷见表1：
4.2容量选择
根据4.1节可知，调压变压器的负荷计算容量如表2所示下：
逆变器的负荷为：15KVA
根据变压器容量标准数值，选择45KVA的变压器
4.3计算校验
根据上节所示容量计算结果，选择45KVA的变压器， 需对所选择的变压器容量进行校验。调压变压器的容量应保证其故障电流与保护装置如下配合：
调压变压器侧的出口短路电流应大于逆变器故障电流。
因此：
UPS逆变器的计算容量为15kVA
逆变器输出电流为：
Iinv= （15×1000）/220=68.2A
限流型逆变器故障电流为逆变器输出电流的2倍：
IFL =2×Iinv=2×68.2=136.4A
调压变压器额定容量为45kVA。额定容量和电压下的阻抗百分数为7%，故出口短路电流为满载额定电流的14.3倍，计算如下：
IRT=14.3× （45×1000）/220=2925A
计算结果如下：
IRT=2925A>I FL =136.4A
根据验证计算结果，选择容量为45kVA的调压变压器能够满足要求。
5、综述
通过对核电站直流及UPS系统的论述，确定了调压变压器功能，并经过容量选择及计算验证，最终得出了调压变压器的容量为45KVA；在此基础上，就可根据安装环境条件、抗震要求以及质量等级，采用相适应的制造标准，生产制造出可用的调压变压器。