CN220754420U - 核电厂移动式应急电源及其发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种核电厂移动式应急电源及其发电机，该核电厂移动式应急电源中的发电机包括同轴布设的主机转子、旋转整流器和励磁机转子、以及对应于主机转子的主机定子和对应于励磁机转子的励磁机定子。该发电机还包括切换开关和并列设置的多个励磁调节器。多个励磁调节器均与励磁机定子连接，且多个励磁调节器的预设参数分别按发电机所服务的至少一个核电机组所用预设电压设定。切换开关位于励磁调节器与主机定子之间，且切换开关配置为切换至多个励磁调节器中的任一个励磁调节器进行调节。本实用新型通过在发电机内设置可切换的多个励磁调节器，从而使得发电机可同时满足同一甚至不同核电厂用电压的需求。

Description

核电厂移动式应急电源及其发电机

技术领域

本实用新型属于发电机技术领域，具体涉及一种核电厂移动式应急电源及其发电机。

背景技术

核电厂移动式应急电源为一种在正常电力供应发生故障时能继续向核电厂的安全重要用电设备和装置供电的电源，从而利用移动式应急电源能够为实施应急措施提供临时动力，以缓解事故后果。

目前在事故情况下，移动式应急电源中的发电机通过中压交流应急母线为核电机组电动辅助给水泵及其运行所需要的控制电源恢复供电。目前已建成核电厂的中压厂用电压均为6.3kV，但随着我国能源电力系统清洁化、低碳化转型，核电系统不断壮大，同时考虑由于建设时间间隔较长或选用堆型技术不同容量不同等原因，新建核电厂中压厂用电存在采用10.5kV情况，造成同一厂址内的中压厂用电压不同的情况。

然而，现有的同一移动式应急电源中的发电机只能输出一种电压等级，且在发电机内的唯一励磁调节器损坏后会导致发电机停止运转。另外，在多堆厂址建设过程中，由于建设时间间隔较长或选用的堆型技术不同容量不同等原因，可能造成同一厂址内的中压厂用电压不同，对于此类的核电厂，一台移动式应急电源只能为一种堆型服务，无法满足整个核电厂的需求，降低了移动式应急电源的能效与应急灵活性，限制了移动式应急电源的作用发挥，造成了资源浪费。

因而，目前同一移动式应急电源中的发电机的输出电压较为单一且不可调，这使得同一移动式应急电源中的发电机已无法满足同一核电厂甚至不同核电厂用电压的需求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例致力于提供一种核电厂移动式应急电源及其发电机，通过在核电厂移动式应急电源中的发电机内设置可切换的多个励磁调节器，以解决现有技术中因同一移动式应急电源中的发电机的输出电压较为单一且不可调而无法满足同一核电厂甚至不同核电厂用电压的需求的问题。

本实用新型第一方面提供了一种核电厂移动式应急电源中的发电机，该发电机包括同轴布设的主机转子、整流器和励磁机转子、以及对应于主机转子的主机定子和对应于励磁机转子的励磁机定子。该发电机还包括切换开关和并列设置的多个励磁调节器。多个励磁调节器均与励磁机定子连接，且多个励磁调节器的预设参数分别按发电机所服务的至少一个核电机组所用预设电压设定。切换开关位于励磁调节器与主机定子之间，且切换开关配置为切换至多个励磁调节器中的任一个励磁调节器进行调节。

在上述方案中，通过在核电厂移动式应急电源中的发电机中增设切换单元和并列设置的多个励磁调节器，利用切换开关切换至多个励磁调节器中的任一个励磁调节器进行调节，从而使得同一移动式应急电源中的发电机的输出电压可调，进而使得发电机可同时满足同一核电厂甚至不同核电厂用电压的需求，实现资源整合。

在本实用新型一个具体实施方式中，多个励磁调节器包括第一励磁调节器和第二励磁调节器。至少一个核电机组包括第一核电机组和第二核电机组，第一励磁调节器按第一核电机组所用第一预设电压设定。第二励磁调节器按第二核电机组所用第二预设电压设定。

在本实用新型一个具体实施方式中，第一预设电压为6.3kV。第二预设电压为10.5kV。

在本实用新型一个具体实施方式中，多个励磁调节器包括第一励磁调节器和第二励磁调节器。至少一个核电机组包括第一核电机组，第一励磁调节器和第二励磁调节器均按第一核电机组所用第一预设电压设定。

在本实用新型一个具体实施方式中，发电机的容量不小于发电机所服务的至少一个核电机组对应的容量中的最大值。

在本实用新型一个具体实施方式中，发电机中载流导体的额定电流不小于发电机所服务的至少一个核电机组对应的载流导体的额定电流中的最大值。

本实用新型第二方面提供了一种核电厂移动式应急电源，该核电厂移动式应急电源包括移动车、柴油机和本实用新型第一方面提供的核电厂移动式应急电源中的发电机。柴油机与发电机电连接，且柴油机配置为驱动发电机发电。移动车配置为承载柴油机和发电机，以使柴油机和发电机可移动。

附图说明

图1所示为本实用新型一实施例提供的一种核电厂移动式应急电源的结构示意图。

图2所示为本实用新型一实施例提供的一种核电厂移动式应急电源中的发电机的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1所示为本实用新型一实施例提供的一种核电厂的移动式应急电源的结构示意图。如图1所示，该核电厂的移动式应急电源100包括移动车110、柴油机120和本实用新型实施例的核电厂移动式应急电源中的发电机200。柴油机120与发电机200电连接，且柴油机120配置为驱动发电机200发电。移动车110配置为承载柴油机120和发电机200，以使柴油机120和发电机200可移动。

需要说明的是，由于该核电厂的移动式应急电源100包括了本实用新型实施例的核电厂移动式应急电源中的发电机200，因此，该核电厂的移动式应急电源100的技术效果可参考本实用新型实施例的核电厂移动式应急电源中的发电机200的技术效果的描述，此处不再赘述。

图2所示为本实用新型一实施例提供的一种核电厂移动式应急电源中的发电机的结构示意图。图1所示实施例为图2所示实施例的一应用场景。

如图2所示，该核电厂移动式应急电源中的发电机200包括同轴布设的主机转子1、整流器5和励磁机转子3、以及对应于主机转子1的主机定子2和对应于励磁机转子3的励磁机定子4。该发电机200还包括切换开关6和并列设置的多个励磁调节器210。多个励磁调节器210均与励磁机定子4连接，且多个励磁调节器210的预设参数分别按发电机所服务的至少一个核电机组所用预设电压设定。切换开关6位于励磁调节器210与主机定子2之间，且切换开关6配置为切换至多个励磁调节器210中的任一个励磁调节器210进行调节。如此，在该发电机200中，通过设置切换开关6和多个励磁调节器210，利用切换开关6切换至多个励磁调节器210中的任一个励磁调节器210进行调节，从而使得一台发电机200能够同时实现多种输出电压可调或者一种输出电压多种输出方式可调，进而使得一台包括发电机200的移动式应急电源可同时满足同一核电厂甚至不同核电厂用电压的需求，实现资源整合，大大提高了发电机200的效能和应急灵活性，充分发挥了包括发电机200的移动式应急电源的应急电源作用。同时，在经济方面，不同电压的电厂建设时可减少一台或多台包括发电机200的移动式应急电源的成本，也可减少存放一台或多台包括发电机200的移动式应急电源的建筑物造价，同时还可减少对于增加一台或多台包括发电机200的移动式应急电源因运行检修维护所产生的相关费用，大大提高了经济性。

需要说明的是，发电机200包含发电机励磁系统。励磁调节器也可以称为自动电压调节器(Auto Voltage Regulator，AVR)或交流发电机调节器等。

图2所示的发电机200的结构仅仅是示例性地，为了便于说明发电机200的工作原理，简化了发电机200的结构。在发电机200未工作时，主机转子1、整流器5和励磁机转子3可以是基本上沿轴A布设，在发电机200工作时，主机转子1、整流器5和励磁机转子3可以偏离轴A。

切换开关6可以根据实际需求，通过手动切换或继电器控制的自动切换，切换至核电机组对应电压等级的励磁调节器210进行调节，在切换开关6上可设有明显电压等级标识，便于切换选择。

交流发电机励磁系统是供给发电机励磁电流的电源及其附属设备的统称。交流发电机励磁系统通常包括励磁功率单元和励磁调节器210。励磁功率单元向发电机的励磁绕组提供可调节的直流励磁电流。励磁调节器210本质上是一种固态电子设备，用于柴油发电机，励磁调节器210执行电压调节及无功分配、提高同步发电机并列的稳定性两项作用，例如，励磁调节器210根据发电机的运行状态自动调节励磁功率单元输出的励磁电流的大小，实现对发电机输出电压的自动调节。励磁功率单元可以包括励磁机转子3、励磁机定子4和整流器5。

下面，对励磁调节器的工作原理进行具体说明。

U＝4.44×N×K×f×φ 公式(1)

f＝p×n/60 公式(2)

φ＝F/R_m＝N×I/R_m 公式(3)

上述公式(1)至(3)中，U为发电机的输出电压，N为匝数，K为常系数(例如，K约为1.1-1.25)，f为频率，Φ为磁通量，p为极对数，n为转速，F为磁动势，R_m为磁阻，I为励磁电流。

由上述公式(1)至(3)可知，励磁调节器210的工作原理是：当发电机的转速升高时，励磁调节器通过减小发电机的励磁电流I来减小磁通Ф，使发电机的输出电压保持不变。

在本实用新型至少一实施例中，多个励磁调节器210包括第一励磁调节器和第二励磁调节器。至少一个核电机组包括第一核电机组和第二核电机组，第一励磁调节器按第一核电机组所用第一预设电压设定。第二励磁调节器按第二核电机组所用第二预设电压设定。如此，使得一台发电机200可实现输出电压为多种可调，进而使得包括发电机200的移动式应急电源能够同时为不同电压等级的核电机组提供电能。

在一些实施例中，第一预设电压为6.3kV。第二预设电压为10.5kV。如此，通过设置第一预设电压为6.3kV。第二预设电压为10.5kV，从而使得一台发电机200可实现输出电压为6.3kV与10.5kV两种可调。

需要说明的是，第一励磁调节器的预设参数设置可以按照6.3kV对应需求设定，第一励磁调节器的工作原理是当发电机的转速升高时，第一励磁调节器通过减小发电机的励磁电流I来减小磁通Ф，使发电机的输出电压保持不变。

第二励磁调节器的预设参数设置可以按照10.5kV对应需求设定，第二励磁调节器的工作原理是当发电机的转速升高时，第二励磁调节器通过减小发电机的励磁电流I来减小磁通Ф，使发电机的输出电压保持不变。

例如，针对核电厂一期设计初期即采用该发电机200的情况，该发电机200可同时满足一期与后期的需求，大大提高了移动式应急电源200的可用性及效能。

又例如，针对核电厂一期项目建设完成，二期项目采用包括该发电机200的移动式应急电源100的情况，该包括该发电机200的移动式应急电源100可同时满足一期与二期的需求。在6.3kV移动式应急电源不可用时，包括该发电机200的移动式应急电源100可替代其发挥为应急措施提供临时动力，并为恢复厂内内外交流电源提供时间窗口的作用，大大增加了安全性。同时在经济方面，可减少6.3kV移动柴油车故障更换费用，大大提高了经济性。

再例如，针对核电厂一期及二期项目已完成且均改造至包括该发电机200的移动式应急电源100的情况，两期所使用的两台包括该发电机200的移动式应急电源100可并联运行或互为备用，进一步增加了包括该发电机200的移动式应急电源100的使用灵活性，在核电厂丧失全部交流电源时(包括厂址附加柴油发电机)，该包括该发电机200的移动式应急电源100为实施应急措施提供临时动力的能力也将进一步增加，大大提高了核电厂的安全水平，对核安全的贡献显著提高。

在本实用新型至少一实施例中，多个励磁调节器210包括第一励磁调节器和第二励磁调节器。至少一个核电机组包括第一核电机组，第一励磁调节器和第二励磁调节器均按第一核电机组所用第一预设电压设定。如此，通过调整第一励磁调节器和第二励磁调节器的参数，使得第一励磁调节器和第二励磁调节器均按第一核电机组所用第一预设电压设定，从而实现第一励磁调节器和第二励磁调节器互为备用，提高发电机200工作的安全可靠性。

在本实用新型至少一实施例中，发电机200的容量不小于发电机200所服务的至少一个核电机组对应的容量中的最大值。如此，由于发电机200服务的核电机组不同，不同核电机组所需电压等级不同，同时不同核电机组需要移动电源加载的负荷也不同，因此在进行发电机200的容量选型时，通过设置发电机200的容量不小于发电机200所服务的至少一个核电机组对应的容量中的最大值，从而使得发电机200的容量可包络大容量机组的发电机容量，进而实现发电机200同时满足多种电压等级所对应的核电机组。

在本实用新型至少一实施例中，发电机200中载流导体的额定电流不小于发电机200所服务的至少一个核电机组对应的载流导体的额定电流中的最大值。如此，通过设置发电机200中载流导体的额定电流不小于发电机200所服务的至少一个核电机组对应的载流导体的额定电流中的最大值，从而使得发电机200中载流导体的额定电流可包络至少一个核电机组对应的载流导体的额定电流，避免了因发电机200中载流导体的额定电流太小而造成过流现象。

举例来说，多个励磁调节器210的选择可以根据载流导体的大小确定。发电机的功率计算公式如下公式(4)

P＝√3×U×I×cosφ 公式(4)

其中，P为发电机的额定功率，U为发电机的输出电压，I为发电机的额定电流，φ为电压与电流的相位差。

由上述公式(4)可知，当功率P一定时，电压U与电流I成反比，即电压U越小，电流I越大。因此，若移动式应急电源的功率确定后，6.3kV电压等级对应的额定电流大于10.5kV电压等级所对应的额定电流。因此，为避免过流，发电机200中载流导体的额定电流可以设置为不小于6.3kV电压等级对应的额定电流。

下面，对核电厂的移动式应急电源200的工作原理进行举例说明。

在核电厂的移动式应急电源200工作时，整个过程开始于柴油机着车(也即装载在移动车110上的柴油机120)驱动发电机200内部部件。利用主机转子1的剩磁产生一个较小的交流(Alternating Current，AC)电压信号在主机定子2上，该小交流信号通过切换开关6(切换开关6可通过手动切换或继电器控制的自动切换至所需电压等级对应的AVR)，被送到选定的AVR，AVR又将其整流转变为直流(Direct Current，DC)信号，并将其加入在励磁机定子4。此直流电流通过励磁机定子4时就产生一个磁场，磁场又依次在励磁机转子3上感应出一个交流电压，并输送到其同步转动的整流器5中，这时交流电压又由整流器5转变为直流电压。当直流电压出现在主机转子1时，就产生一个比原来的剩磁强大的磁场，因而在主机定子2上感应出一个较高的交流电压。较高的交流电压循环通过上述整个系统，并感应出更高的直流电压回到转子。这样循环往复直到产生一个近似发电机的额定输出电压V₁。在这时候，励磁调节器210中的自动稳压器开始限制通向励磁机定子4的电压，因而又限制了交流发电机的总输出电压V₁。最终，输出对应的需求电压，实现了一台移动式应急电源可输出电压为6.3kV与10.5kV两种可调。同时，可通过调整AVR的参数，实现两台AVR互为备用，提高柴油发电机工作的安全可靠性。

还需要说明的是，本实用新型实施例中各技术特征的组合方式并不限于本实用新型实施例中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本实用新型所记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种核电厂移动式应急电源中的发电机，其特征在于，包括同轴布设的主机转子、整流器和励磁机转子、以及对应于所述主机转子的主机定子和对应于所述励磁机转子的励磁机定子，其中，所述发电机还包括：

并列设置的多个励磁调节器，均与所述励磁机定子连接，分别按所述发电机所服务的至少一个核电机组所用预设电压设定；以及

切换开关，位于所述励磁调节器与所述主机定子之间，配置为切换至多个所述励磁调节器中的任一个励磁调节器进行调节。

2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，

多个所述励磁调节器包括第一励磁调节器和第二励磁调节器，其中，至少一个核电机组包括第一核电机组和第二核电机组，所述第一励磁调节器按所述第一核电机组所用第一预设电压设定，所述第二励磁调节器按所述第二核电机组所用第二预设电压设定。

3.根据权利要求2所述的发电机，其特征在于，

所述第一预设电压为6.3kV，所述第二预设电压为10.5kV。

4.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于，

多个所述励磁调节器包括第一励磁调节器和第二励磁调节器，其中，至少一个核电机组包括第一核电机组，所述第一励磁调节器和所述第二励磁调节器均按所述第一核电机组所用第一预设电压设定。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的发电机，其特征在于，

所述发电机的容量不小于所述发电机所服务的至少一个核电机组对应的容量中的最大值。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的发电机，其特征在于，

所述发电机中载流导体的额定电流不小于所述发电机所服务的至少一个核电机组对应的载流导体的额定电流中的最大值。

7.一种核电厂移动式应急电源，其特征在于，包括：

如权利要求1至6中任一项所述的核电厂移动式应急电源中的发电机；

柴油机，与所述发电机电连接，配置为驱动所述发电机发电；以及

移动车，配置为承载所述柴油机和所述发电机，以使所述柴油机和所述发电机可移动。