第28卷 第10期2021年10月仪器仪表用户INSTRUMENTATION Vol.282021 No.10
付文韬，崔明路，王 硕，廖圣勇
（中国核电工程有限公司，北京 100840）
吉林大学法学院摘 要：
本文针对核电厂DCS 机柜对电源系统用电需求过大，导致电源系统设计裕量较大，不利于核电厂经济性提升的问题，首先在梳理以往核电项目DCS 机柜用电需求的数据基础上，对不同堆型、不同平台、不同类别机柜用电进行实地测量；其次充分阐述并分析说明机柜用电需求理论值与实际测量值的区别与差异，以及两者之间的数据关系；最后对核电厂DCS 机柜用电分析的进一步优化进行了展望。关键词：用电需求；DCS 机柜；核电项目；DCS 平台；测试中图分类号：TP20 文献标志码： A Current Situation Analysis of the DCS Cabinets Power
Fu Wentao ，Cui Minglu ，Wang Shuo ，Liao Shengyong
（China Nuclear Power Engineering Co., Ltd.,Beijing, 100840, China）
Abstract：In view of the high power demand of DCS cabinet and the power system with more overmeasure during the nuclear
power plant design, it make to the disadvantage of economic improvement, so the situation of high power demand were summarized in this paper. First, the power demand for different types of nuclear power plant, different platforms, different categories of DCS cabinets were measured in the field, based on combing the input data of previous projects. Then, the difference and the relationship of between the theoretical and actual input power demand data for DCS cabinets and were stated and analyzed. Finally, how to optimize the input power demand data of DCS cabinet in nuclear power plant is prospected.Key words：power demand；DCS cabinet；nuclear power project；DCS platform；test
收稿日期：2021-08-19
作者简介：付文韬（1990-），男，山西人，硕士，工程师，从事核电厂仪控设计。
DOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2021.10.016文章编号：1671-1041(2021)10-0060-04
0 引言
在核电工程项目设计过程中，需要预估DCS 机柜对电源系统的供电需求，电源系统将根据用电需求开展进一步的负荷配电等设计工作。因此，为电源系统提供准确的DCS 机柜的用电量需求数据，能够在一定程度上优化核电厂电源系统设计，为核电厂经济性奠定好的基础。然而现阶段，在各核电厂设计过程中，DCS 机柜的用电需求数据
计算过程粗放，设计偏保守的情况普遍存在[1]，不仅加大了电源系统设计难度，还提高了对配电设备制造的要求及鉴定条件[2]，在一定程度上制约了电厂的经济性。
本文的主要目的是通过筛选不同类别的典型DCS 机柜，展现目前核电项目中不同堆型、不同平台之间用电需求数据与实测数据的差异，进而分析差异情况及来源，帮助DCS 机柜设计者重新定位用电需求数据与实测数据的相互关系。一方面为DCS 机柜对电源系统用电需求数据计算
付文韬·DCS机柜用电现状分析
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目上通常根据总点数，采用加权平均的方式来确定平均每个机柜的每种卡件的数量）。
对于控制柜来说，典型的柜内设备为处理器、各个种类的IO 卡件、机柜风扇、处理器风扇、机柜报警灯、电源转换模块等。在控制柜的用电量计算上，一般考虑机柜卡件满配，所有IO 卡件也按照所有通道满配计算。
DI 和DO 卡件的驱动供电需要额外计算，DI 卡件的驱动供电为DI 卡本身功耗与各个通道驱动电源功耗之和再乘以通道的同时动作系数，工程上保守采用0.7。DO 卡件的驱动供电=∑（通道输出驱动电流×驱动电压）×同时动作系数+卡件本身功耗，同时动作系数在工程上通常采用0.7。
AI 和AO 的驱动供电也是按照每个卡件的本身功耗加上每个通道的最大电流（20mA）再乘以系数（如0.7）。
1.3.2 电源柜用电量
电源柜用电量=∑控制柜用电量/交直流转换效率系数+∑（其他柜内设备数量×设备功耗）。
对于电源柜来说，柜内主要设备是断路器、二极管、机柜报警灯、机柜内风扇、交流转直流的电源转换模块等。电源柜为其下游的控制柜提供交流或直流电源，如果控制柜需要直流电源，需要在电源柜内完成220VAC 到24VDC/48VDC 的转换。工程上使用的交直流转换模块的转
换效率曲线随厂家的不同有差异，输出功率越低转换效率就越低，满功率下的转换效率一般为0.85～0.
9。电源模块的固有损耗在一定范围内波动，电源模块带不带负载，本身的损耗差距不大，所以在保证供电裕量的情况下，应当尽可能地提高电源模块的利用率。
1.3.3 服务器柜、网络柜用电量
服务器柜、网络柜用电量=∑（设备数量×设备功耗）×同时使用系数×利用系数×负荷工作均匀系数。
对于服务器柜来说，典型的柜内设备为服务器、交换机、机柜风扇、机柜报警灯、单向隔离装置等。对于网络柜来说，典型的柜内设备为交换机、机柜风扇、机柜报警灯等。其中，同时使用系数按照1来考虑，利用系数×负荷工作均匀系数通常情况下按0.8考虑。
2 测量方法
2.1 测试目的
通过对不同电站、不同平台、不同类型的DCS 机柜在实际运行过程中用电负荷进行测试，探究DCS 机柜在电厂运行过程中所需要的实际用电量，出设计时向电源系统提出的用电需求量与实际运行用电量的差异性，两者结合，综合分析得出应向电源系统可满足的合理有效的用电量范围，从而优化DCS 机柜用电需求。
2.2 测试机柜选取
测试机柜的选取，首先考虑了目前在役和在建典型的
的挖潜与研究提供借鉴与基础，另一方面为后续研究指引方向。
1 DCS机柜筛选与典型机柜用电需求数据
1.1 筛选原则
DCS 机柜用电需求数据筛选主要从以下几方面来考虑：首先，考虑目前核电站中不同DCS 平台的机柜用电量数据。
其次，对同一平台的同类型机柜用电量数据进行分析，比较选取出用电量明显较高的机柜。
最后，对用电量数据相同的机柜，挑选出执行典型功能的机柜。
1.2 典型机柜种类及用电量和散热量数据
本课题准备调研的DCS 供货商及平台包括：◇ TRICON+I/A 平台。◇TXS+SPPA T2000平台。◇Firmsys+Hollias-N。陈火军
依据1.1节描述的筛选原则，分别对不同DCS 平台的机柜开展筛选工作，梳理、筛选出不同平台下用
电量需求较高的某一典型机柜，表1为各类堆型下DCS 平台典型机柜的用电量需求数据。
1.3 DCS机柜用电量需求数据计算方法1.3.1 控制柜用电量
控制柜平均用电量=∑平均设备数量×设备功耗（项
表1 部分机柜用电量需求数据
Table 1 Power demand data of some cabinets
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仪器仪表用户
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DCS 系统的供货平台；其次考虑在役和在建核电厂实际运行用电负荷测量的客观条件；最后结合选定的核电厂，综合DCS 机柜的数量、种类、测量负荷等因素，挑选出需要具有代表性的各类机柜进行实际用电量测量。
挑选的平台和测量电站主要包括：吸收犯
1）TRICON+IA 平台在机组大修期间进行测量。2）TXS+SPPA T2000平台在机组调试期间进行测量。3）Firmsys+Hollias-N 在机组调试期间测量。
挑选机柜的类别涵盖level1和level2的典型机柜，主要包括：
◇控制柜◇继电器柜◇网络柜◇配电柜◇服务器柜
筛选过程中，首先按照供电分别从220VAC 配电和48VDC 配电进行筛选，其次根据电厂的配电单线图、全厂设备清单、机柜装配图，筛选所带负荷比较大的电源柜，机柜装配比较满的控制柜、网络柜、服务器柜。
2.3 测试工具
电流钳、万用表。
2.4 测试方法
分别在不同机柜间，测试典型控制柜和继电器柜、网络柜，通过电流钳和万用表测试出实际进线电压和电流，配电柜使用电流钳和万用表测试出实际进线和出线电压和电流。
3 机柜实际用电量测量及分析
机柜用电量现场测量期间，先后对不同电厂的不同机组进行用电量测试。测试中由于机柜所处环境不同，影响因素较多，实际测量的数据需要结合测量环境条件、影响因素来进行综合分析，提炼出有效的指导后续电站用电量需求计算的指导意见。
根据不同DCS 平台，主要测试结果及分析如下：1）TRICON+IA 平台
根据TRICON+IA 平台DCS 系统的设计，控制机柜（AR）一般有两路供电，分别由两台配电柜（TB）提供。因此，在测试的过程中，需要分别进行电流和电压的测试。
通过简单计算，可以得到如下需求功率/实测功率数据的比重（选取最小和最大比重机柜为例）：
◇TRICON+IA 平台FJS1机组，表2 为FJS1机组典型机柜数据统计。
在测量期间，通过对机柜及相关设备的运行情况分析后发现，由于电厂处于维修状态，会有一部分设备未处于运行状态，影响了部分机柜的用电情况，导致比重偏差较大。基于这一情况，暂且排除这类数据对结果的影响，在现有实测数据的基础上，补充20%的安全裕量后，发现机柜的整体比重平均在2～4倍之间。
◇TRICON+IA 平台FJS2机组，表3 为FJS2机组典型机柜数据统计。
同1号机组，在现有实测数据的基础上，补充20%的安全裕量，整体的比重也平均在2～4倍之间。
通过对本次测量机组数据的整理与对比，其中安全级机柜为2～5倍，非安全级机柜为2～6
倍。综合各类机
表2 FJS1机组典型机柜数据统计
Table 2 Data statistics of typical cabinets of FJS1 unit
表3 FJS2机组典型机柜数据统计
肠道微生物菌Table 3 Data statistics of typical cabinets of FJS2 unit
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柜考虑来说，TRICON+IA平台的机柜用电需求数据总体大概为实际数据的2～4倍。
2）TXS+T2000平台F56机组
根据DCS供电方案，DCS通过电源柜为下游控制柜供电，DCS供货商在用电量分析过程中仅提供供电柜用电量数据，对下游的控制柜负荷没有提供直接的数据，但现场实际测量过程中充分利用现场的条件，除了对供电柜进行用电量测量外，还对下游控制柜的实际用电量进行了测量，虽然无法直接进行控制柜的理论数据和实际测量数据进行对比，但可以充分利用实际测量数据来进行数据挖掘，探索供电柜及其下游负荷用电量之间的基本关系。
首先，通过分析供电柜的数据，可以发现电源柜理论用电量数据与实际测量值的比例基本处于4～5倍的区间。
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其次，分析控制柜与电源柜之间的关系，电源柜提供的用电量为下游负荷基本在2～4倍之间。其中，非安全级平台T2000为2～3陪，安全级平台TXS为2～4陪。
3）Firmsys+Hollias-N平台T56机组
该项目供电方案与TXS+T2000平台类似，通过电源柜为下游控制柜供电。由于现场环境的限制，很多机柜没有上电，所以只对供电机柜进行了测量：
◇NC配电柜：4～16倍。
◇NC*配电柜：4～5倍。
◇1E配电柜：2～6倍。
◇反应堆配电柜：4～6倍。
通过实地测量结果，可以发现在整个数据中发现实测值与需求数据差异非常大，根据现场分析确认，主要是由于供电柜下游负荷不满足机组正常运行状态造成的。为了进一步了解机柜的用电状态，通过与供货商及业主沟通，得到了如下一组TB柜与AR柜的工厂测试组合数据，表4 为T56机组典型机柜数据统计。
通过这一组数据，可以直观地发现无论是供电柜还是控制柜，实测功率均与需求功率有一定的差距，基本处于1～6倍之间。
4 结论
通过目前核电厂DCS机柜用电量现场测量以及相关数据分析，发现DCS机柜用电需求数据采用柜内设备及下游所有负荷额定功率累加的计算方式，其结果几乎为实际运行中DCS机柜用电量的2～4倍。因此，基于这一现实存在的差异，应对DCS机柜对电源系统的用电需求数据进行挖掘，尽可能将用电计算方式与实际运行情况相贴近；其次，需要探索机柜内设备的用电情况，包括电源转化模块的使用效
率，从而能够帮助并指导后续项目DCS机柜的设计。
参考文献：
王玉溪
[1] 国家核安全局.核动力设计安全规定:HAF102-2016[S].2016.
[2] AFCEN.核岛电气设备设计和建造准则:RCC-E 2005[S].2005.
表4 T56机组典型机柜数据统计
Table 4 Typical cabinet data statistics of T56 unit
《仪器仪表用户》
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