EJ T 1038-1996 核电厂不间断电源的应用和试验.pdf
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1、J淮E蝴行核国和共民人华中EJ/T 1038-1” 核电厂不间断电源的应用和试验The application and testing 。funinterruptlble p。wersupplies for nuclear power plants pi - -EE-Fut- . 团圃EEE肌咽E l l - . E E- aa - . , . . l . . l l l -EE- l . l n民(lh.0A( , 1 1996-10-24发布1997-02-01实施中国核工业总公司发布EJ /T 1038-1996 目次前言.Ill IEEE前言. v 1 范围.2 引用标准.3 定义.4
2、 工作条件.3 5 设计要求.3 6 采购文件要求.9 7 试验要求.12 附录A(标准的附录).20 附录B(标准的附录). 27 EJ /T 1038 1996 别言本标准是根据美国国家标准学会和电气电子工程师学会的标准ANSI/IEEE944 -1986发电厂不间断电洒的应用和试验准则编写的,在技术内容上与该标准等效。不间断电源的应用对核电厂安全可靠运行起着极其重要的作用。本标准就是为了适应这种需要而制定的。它规定了在核电厂运行中应用的不间断电源的设计、采购、使用和试验要求。在编写过程中,根据我国的具体情况对原标准的部分内容作了局部的改动。首先引用标准尽可能采用我国标准,对尚未制定为我国
3、标准的NEMAPE 5 1985 (Utility type battery chargers),根据GB/TI. 22-1993的5.7. 3的规定,采用了直接引用的方法。IEC146 1973修订以后,改为IEC146-1-1,IEC 146-1-2和IEC146-1-3,我国尚无对应标准,因此也同样处理。其次,在定义一章中,为了减少不必要的篇幅,删去原标准中一些常用的一般术语。将“发电厂”改为“核电厂”。最后,按照我国标准的相应规定,对原标准中的交流和直流电压等级作了改动。在其他方面,都是等同采用了原标准的内容。本标准发布后,新的核电厂不间断电惊设计和已建的核电厂不间断电源的改进应符合本
4、际准规定。本际准的附录A、附录B都是标准的附录。本标准由全国核仪器仪表标准化技术委员会提出并归口。本标准起草单位:电力工业部苏州热工研究所。本标准主要起草人:范正平。本标准委托苏州热工研究所负责解择。mm 1 范围中华人民共和国核行业标准核电厂不间断电源的应用和试验The application and testing of uninterruptible power supplies for nuclear power plants EJ/T 1038-1996 本标准规定了用于核电厂运行的低压不间断电摞(UPS)系统使用和性能要求。本标准仅用于带着蓄电池组的半导体(静止式变流装置的UPS系
5、统。本标准的内容包括逆变装置的使用要求,如负荷数据和工作条件、性能要求和设计及例行试验要求这种逆变装置可以带或不带整流充电装置和转换开关。蓄电池及其充电装置的使用要求不属于本标准的范围。本标准不包括设备或部件的设计要求、安全有关的设计准则、设备质量鉴定要求和运行前或监督试验要求。2 引用标准A下列标准所包含的条文通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。;标准出版时,所示版本均为有效。所有标准都会被修订,使用本标准的各方应探讨使用下列际准最新版本的可能性。GB/T 7678-87 半导体自换相变流器GB/T 15473-95 核电厂安全级静止式充电装置及逆变装置的质量监起NEMA PE5 - 1
6、985 工业蓄电池充电装置IEC146-l-l-1991 半导体变流器设计和试验导则3 定义2本际准采用下列定义。3. 1 阻塞二级管blocking diode 阻止电流从UPS整流装置流向蓄电池但允许电流从蓄电池流向UPS逆变装置的器件。采用说明:1删去原标准引用的ANSIC84. l-1982,ANSI/IEEE 308-1980和ANSI/IEEE603 -1980. ANSI/ IEEE 650改为GB/T15473-95,IEC146改为IEC146-l-l-1991,IEC146-2改为GB/T7678-87. NEMA PE5 -1985为新版本e2删去原标准中“交流输入”、“
7、环境温度”等24个定义中国核工业总公司1996-10-24批准1997 02-01实施EJ /T 1038-1996 3. 2 旁路变压器bypass transformer 在UPS设备故障、临时过载或停运维修期间向UPS的负荷提供交流电源的变压器。3. 3 (周期性函数峰值因子(periodic function) crest factor 周期性函数的峰值(或最大值与均方根值之比。3. 4 直流连接dc link 整流装置(或整流充电装置)与逆变装置功能单元之间的直流电力连接。3. 5 设计试验design tests 为了确定特定类型或型号的设备或其部件的设计是否充分符合其预定的额定性
8、能并证明它在正常工作条件下或特定条件(如有规定)下能满意地运行所进行的试验。3.6 现场试验field tests 为了在设备制造厂不能模拟的实际工作条件下探查设备或其部件的性能而在现场用实际运行系统所进行的试验。3.7 谐波失真harmonic distortion 以迭加到基波分量上的谐波形状为特征的失真。所有的谐波均方根值与基波均方根值之比为i皆i皮总失真。3.8 逆变装置inverter 将直流电转换成交流电的设备或系统。3.9 低压电力系统low-voltage electric power system 交流电压的最大均方根值不越过lOOOV的电力系统。3.10 非线性负荷nonl
9、inear load 如果在负荷上施加正弦电压时负荷电流不是正弦波,那末这种负荷称为非线性负荷。3.11 输出电压output voltage 输出端子间的均方根电压(对特殊负荷另有规定时除外。3. 12 功率因数power factor 总的有功功率(瓦特与总的视在功率(均方根伏安值之比。3.13 转换速率slew rate 周期性波形从一个周期到紧邻的下一周期的频率变化量除以这两个周期的平均值所得之商。3. 14 静止式变流器static converter 使用静止式开关器件(如可控整流器、晶体管或磁放大器)的变流装置。3. 15 不间断电源系统UPS系统uninterruptible
10、power supply system 将未调的输入电源变换为电压和频率可调且经过滤波的交流电源系统,该系统即使在输入交流电源故障时也能不间断地连续供电。3. 16 电压不平衡系数voltage imbalance factor 三相电源输出的线电压负序分量与正序分量幅度之比。? “ EJ列T1038-1996 4工作条件规定正常工作条件及其范围有助于UPS的设计、使用和质量鉴定。对正常范围以外的特殊工作条件,应该全面明确地规定,并且必须相应地进行设备设计和质量鉴定。4. 1 正常工作条件正常工作条件及其范围如下:a) 环境温度1040,应取环境温度为25进行设备寿命计算zb) 相对温度(不凝
11、露)10%95%;。海拔高度lOOOm以下Fd) 用于核电厂安全级OE级设备时,辐射类型和照射量剂量率和i总剂量应根据每个核电厂的具体情况来规定;e) 电气工作条件按5.7和5.8规定zf) 抗震要求应根据每个核电厂的具体情况来规定sg) 外部的射频干扰和电磁干扰对设备的正常运行无明显影响。4.2 特殊工作条件当UPS的工作条件偏离正常工作条件时,应在采购文件中规定可适用的工作条件,其中包括偏离正常工作条件运行的持续时间。应根据这些条件进行UPS的设计和质量鉴定。5设计要求5. 1 概述现代仪器仪表和控制系统易于受到交流电摞系统扰动的影响,使官们经常受到停机、失效或敏感设备损坏的威胁。使用电压
12、调节装置和隔离变压器只能部分地解决电源扰动问题。对于要求采用可调的不间断供电的使用场合,这些装置是不起作用的。5.2 使用要求由于核电厂安全运行的重要性,重要仪表和控制负荷都由UPS系统供电。UPS系统应连续稳定供电,并使电惊扰动和变化的影响降到最低限度。在交流电摞线路出现扰动或断电情况下.UPS系统通过带有蓄电池的直流电源给重要负荷继续供电。5.3性能要求UPS系统必须能对核电厂重要负荷e提供可靠的、经过稳压和滤波的不间断电源。为此目的,UPS系统设计成能在失去交流电源期间继续供电,并且在供电电压和频率变化超过负荷的允许范围时进行调节。正确选定的UPS系统应能在供电系统遇到最严重的扰动时给负
13、荷连续供电。负荷供电在逆变装置与替代或备用电源之间自动转换时,负荷供电中断时间不得超过5ms.5.4选择依据选择UPS系统时,应考虑负荷的类型和特性。5.4. 1 负荷类型负荷可分为:3 EJ/T 1038-1996 a) 不能持续失电的负荷:b) 频率或电压波动不能超过预定限值的负荷zc) 谐波失真不能超过预定容许限值的负荷。负荷的类型确定以后,就可以选定适用的UPS系统来满足相应的要求。s. 4.2选择要素5.4.2. 1 规格通常,将根据负荷的需要来确定UPS系统的规格(一般指给定功率因数情况下的额定千伏安)。确定UPS系统规格时需要考虑的一个重要因素是系统将要承受的启动电流。因为UPS
14、的过载能力小,通常情况下,要求它能提供启动冲击电流或短路电流并据此来确定宫的规格是不现实也是不经济的。运用转换开关将瞬时负荷转换到旁路电源可以对缺少这种能力的UPS进行补偿。在没有转换能力的场合,应考虑将大冲击负荷有选择地加到UPS系统上。对不能提供大短路电流的UPS系统还应考虑选用故障消除装置来补偿。在确定UPS系统的规格时应采用下列负荷数据:a) 总的稳态负荷;b) 负荷功率因数zc) 持续的或短期的负荷;d) 负荷的启动冲击电流的要求。5.4. 2.2 单相和三相UPS根据负荷的要求,UPS系统可以使用单相或三相输出。对三相系统,应考虑相间负荷平衡和负荷功率因数以便使输出电压的不平衡降到
15、最低限度。5.4. 2.3 负荷的线性度因为非线性负荷电流的谐波含量可引起逆变装置输出电压波形的失真所以在选择UPS时必须考虑这种负荷的影响。此外,许多非线性负荷的大峰值电流可能影响逆变装置的规格及其限流功能,从而降低了实际的或视在的过载能力。5.4.3 配置这里介绍几种典型的适用于核电厂负荷的UPS系统的配置。5.4.3. 1 整流与充电装置兼用的单一式UPS整流与充电兼用的单一式UPS是最简单的配置,其中包括一个整流充电装置、一个逆变装置和一个蓄电池组,如图1所示,它是一种专用的系统。只要UPS在其技术规范规定的范围内连续运行,就能向负荷连续供电。供给负荷的交流电压不受输入交流电源扰动的影
16、响。逆变装置性能由它的供电能力确定,它可以通过整流充电装置由交流电源供电,也可以由蓄电池组供电。当交流电源故障时,蓄电池组将向逆变装置供电,以保持向负荷连续供电。蓄电池组的容量决定了该系统在没有交流电源输入的情况下能运行的时间。这种配置和其他配置相比,主要优点是简单,且价格最低。主要缺点是逆变装置故障将导致重要负荷断电。4 EJ/T 1038-1996 5.4.3. 2 整流与充电装置分开的单一式UPS在使用整流充电装置时,采用独立的整流装置和蓄电池充电装置(见图2)。在这种情况下逆变装置通过整流装置供电。蓄电池通过充电装置充电,并将蓄电池保持在满充电状态。为了防止整流装置给蓄电池充电,在蓄电
17、池和直流馈线之间接个阻塞二极管。这种配置适合于负荷己配备一台充电装置和蓄电池组的场合,并允许将UPS系统退出运行而对直流负荷没有影响。它的主要缺点是逆变装置故障将导致重要负荷断电。5.4.3. 3 有替代电、源和静止式转换开关的单一式UPS在必须给负荷连续供电时,应像图3所示的那样增设一个替代电源和静止式转换开关。这种配置按以下两种方式运行。5.4.3.3. 1 连续运行在连续运行方式中,负荷通过转换开关与UPS连接。在UPS故障或者出现象负荷电流瞬态如启动冲击电流或故障电流情况下,负荷通过转换开关自动转换到替代电源。5.4.3.3. 2 备用运行在备用运行方式中,通过替代电惊和转换开关向负荷
18、供电。5.4.3.4 冗余备用式UPS冗余备用式配置具有单一式UPS的运行能力,并且采用了同样的预防措施。该配置相当于单一式UPS的配置。当正在运行的UPS故障时,通过转换开关将负荷转接到备用的UPS,!lll图4所示。5.4. 3.5 有旁路(维修电源和转换开关的UPS这种配置用于UPS系统的定期维护和试验。当需要旁路UPS系统时转换开关(可以,是手动的)将交流负荷转接到交流电源。该转换开关应该根据相应的负荷是否允许短时间断电来选用。如果负荷不能断电,该转换开关应选用先合后开型,以便UPS检查和试验而停运时对负荷没有影响。该配置如图5所示。5.5 旁路变压器和调压器通常替代电源或旁路电源的电
19、压需要某种形式的滤波和稳压,一般采用调压变压器。滤波和稳压设备的过载能力应与故障隔离装置、启动冲击电流及电压要求协调。5.6特定要求5. 6. 1 系统与负荷间的相互作用UPS系统可能对负荷的各种特性有影响,负荷对UPS的特性也可有影响。在所有的运行条件下,逆变装置的控制线路调节输出电流和电压并为逆变装置提供过载和短路保护。宜将负荷分成若干支路,每个支路采用快速保护装置进行保护,从而使排除故障所用的时间最短,并将系统的扰动降到最低限度。5. 6. 2 可用性UPS总的可用时间应根据交流输出母线来估算。该时间受各种因素影响,如制造厂给的平均无故障时间CMTBF)、平均修理时间CMTTR)、逆变装
20、置元件的配置(例如,冗余元件的使用情况和旁路开关的性能)和例行维护时间表。逆变装置MTBF大约为20,000h,在使用合适的工具和l零件情况下,MTTR大约为lh。在确定UPS总的可用时间时,可以认为整5 EJ/T 1038-1996 i武装置输入端交流电源在99.9%的时间内是可用的。5.7 电源条件下面给出UPS系统电惊一般特性及其范围。如果超出这些范围,用户应向制造厂提出要求。5.7. 1 交流电源输入的交流电惊一般特性及范围如下:a) 一般情况下,电源为380/220V,50Hz,稳态频率变化量应在士1%内1,电压持续波动范围如无其他说明规定为士10%;b) 电源可以直接接地、通过电阻
21、接地或不接地,用户应向制造厂提出接地要求zc) 电据电压总的谐波失真不得超过JO%,谐波分量不得超过图6中的给定值;d) 过电压瞬态可以是慢变化的(搅动)或快变化的(脉冲)。慢变化的过电压瞬时值不应超过电源额定电压的120%,持续时间不应超过30s。快变化的过电压瞬时值不应超过他V,并且应以1.2/50电压波形代表;e) 过载电流瞬时值不应超过3kA,并且应该用8/20s电流波形表示;f) 低电压瞬态可以是任意大小的降压,直到完全失压,并且在任意长的时间内可以重复出现:g) 提供的短路电流应限制在22,OOOA ( 380V)和10,OOOA (220V) 22,可以通过电源系统阻抗或者限流熔
22、断器来限制短路电流zh) 可以承受的频率瞬态在土5%以内(例如,负载转换)。5. 7. 2 直流电源逆变装置直流输入的一般特性及其范围如下(可以采用与本规定不同的电压,但必须具备相应的运行特征):a) 在额定电压llOV3直流系统中所使用的UPS应能在蓄电池组电压为93.5 124V范围内运行。使用额定电压220V5J的直流电源的UPS应能在蓄电地组电压为187248V6范围内运行。同时还应考虑从蓄电地输出端到UPS的电压降;b) 直流电惊一般不接地,并配有接地探测装置;c) 对于直流电惊不是专用于逆变装置的;UPS,交流纹被电压的幅值不应超过直流电源额定电压的2%;d) 快速过电压瞬时值(脉
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- EJ 1038 1996 核电厂 不间断电源 应用 试验
