【摘 要】作為核電廠的重要安全設(shè)備，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)與核電安全息息相關(guān)。在發(fā)生緊急事故時，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)作為緊急電源可起到促使反應(yīng)堆正常停止和保護(hù)關(guān)鍵設(shè)備受損的作用，在確保核電安全方面起著至關(guān)重要的作用。實踐證明，一旦核電廠發(fā)生故障，如果應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)不能正常啟動并提供高質(zhì)量電能，后果不堪設(shè)想。本文就核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的安全運行提出了幾點措施，以提高核電廠安全。

【關(guān)鍵詞】核電廠 應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī) 安全措施

一、引言

在規(guī)定的環(huán)境條件和地震載荷下，核電廠事故期間和事故后，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)要能按指定加載程序加載，為水泵、照明、消防和通風(fēng)等各類應(yīng)急設(shè)備提供相應(yīng)的電力，確保核電廠反應(yīng)堆安全地關(guān)閉、排除余熱[1]。一旦作為核安全防護(hù)重要防線的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組失效，則后果不堪設(shè)想，日本福島核電站事故就是一個典型案例。我國的核電事業(yè)正在迅猛發(fā)展，確保應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組安全之重要不言而喻。本文介紹了幾點安全措施，以提升應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的安全，希望為我國的核電事業(yè)盡微薄之力。

二、核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的應(yīng)急待載技術(shù)要求

應(yīng)急待載要求如下：

（一）應(yīng)急情況下空壓系統(tǒng)要保證連續(xù)啟動5次，每次不大于10s；

（二）接到啟動指令后應(yīng)在10-15s內(nèi)啟動，并達(dá)到額定電壓和頻率；

（三）切除最大的單個負(fù)載，或在按程序加載的每一步驟之后，運行條件的瞬變均不應(yīng)導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的增加超出超速跳閘最小整定值與額定轉(zhuǎn)速之差的75%；

（四）保證柴油發(fā)電機(jī)供電的6.6KV供電系統(tǒng)有一相接地時能正常啟動和運行；發(fā)電機(jī)組能承受一定的超頻、短路、超壓、超速運行等故障的能力。這些都必須符合發(fā)電機(jī)承受異常事故運行工況的要求。

（五）負(fù)載期間，頻率要在額定值的95%以上，電壓在額定值的75%以上，頻率恢復(fù)到其額定值的98%及電壓恢復(fù)到額定值的90%的時間應(yīng)小于這一程序步驟開始和下一程序步驟開始之間的時間間隔的40%；

（六）重要系統(tǒng)設(shè)備采取冗余配置；

三、確保應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組安全的幾點措施

（一）對應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行定期試驗

試驗內(nèi)容試驗?zāi)康臋z查項目判斷標(biāo)準(zhǔn)

低負(fù)荷

運行性能證明柴油發(fā)電機(jī)組從備用條件下正常啟動的能力，并驗證是否達(dá)到要求的設(shè)計電壓和頻率應(yīng)急配電系統(tǒng)電壓恢復(fù)時間<13 s

柴油發(fā)電機(jī)組啟動時間<10 s

電壓6.3±10% KV

頻率50 Hz

機(jī)組運行狀態(tài)30min內(nèi)無異常報警信號出現(xiàn)

發(fā)電機(jī)組重新帶負(fù)荷順序檢查符合相關(guān)要求

滿負(fù)荷

運行性能證明柴油發(fā)電機(jī)組的帶負(fù)荷運行能力發(fā)電機(jī)組啟動時間<10 s

發(fā)電機(jī)組有功功率6000KW

發(fā)電機(jī)電流<687 A

發(fā)電機(jī)電壓6.3±10% KV

發(fā)電機(jī)速度控制Fn=50±0.5Hz

主控?zé)o不正常報警符合相關(guān)要求

帶額定負(fù)荷運行的最短時間> 1 h

表1 應(yīng)急發(fā)電機(jī)組定期試驗內(nèi)容

指定定期試驗的依據(jù)包括HAF001/02《中華人民共和國民用核設(shè)施安全監(jiān)督管理條例實施細(xì)則—核設(shè)施的安全監(jiān)督》、HAF103《核動力廠運行安全規(guī)定》以及國家核安全局制定的《核安全監(jiān)督檢查大綱—核電廠運行階段》中關(guān)于核安全檢查的方法、方式等內(nèi)容[2]。定期試驗要求兩臺柴油機(jī)輪換每個月進(jìn)行低功率試驗，每年進(jìn)行一次滿功率試驗，其具體試驗內(nèi)容及評判標(biāo)準(zhǔn)見表1。通過試驗，檢查應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的運行情況、應(yīng)急電源啟動可靠性，確保應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的安全。

（二）附加柴油發(fā)電機(jī)組滿負(fù)荷試驗

如果應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組在滿負(fù)荷試驗過程中出現(xiàn)異常，且短時間內(nèi)無法修復(fù)時，則需用附加柴油發(fā)電機(jī)組替代異常應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組。在正常備用狀態(tài)下，附加柴油發(fā)電機(jī)組也必須進(jìn)行定期試驗，試驗內(nèi)容與表1相同。為解決沒有試驗用負(fù)荷，無法進(jìn)行滿負(fù)荷試驗的難題，可采用移動負(fù)荷來全面驗證附加柴油發(fā)電機(jī)組的可行性[3]，該技術(shù)需要對試驗負(fù)荷、試驗負(fù)荷與應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的接口、試驗負(fù)荷與附加應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的接口以及控制方式等進(jìn)行精心設(shè)計和研究，其關(guān)鍵技術(shù)的選擇及特點如表2所示。電廠可靈活安排柴油發(fā)電機(jī)組的檢修窗口進(jìn)行負(fù)荷試驗，消除對大修時間的影響，提高柴油發(fā)電機(jī)組的可用率和安全性。

名 稱選擇方案特 點

試驗負(fù)荷

的選擇干式負(fù)荷試驗負(fù)荷可制成箱式，通過投切不同組數(shù)的電阻和電抗器來實現(xiàn)負(fù)荷大小調(diào)節(jié)，每組回路由獨立的斷路器供電；便于放置于標(biāo)準(zhǔn)拖車，由牽引車牽引，在核電站內(nèi)道路上行駛。

濕式負(fù)荷系統(tǒng)主要由電極板、極板行程操縱機(jī)構(gòu)和水組成，水電阻結(jié)構(gòu)，可將柴油發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換成熱能，并通過水蒸氣擴(kuò)散到大氣中，多組負(fù)荷和電抗器均可放置在標(biāo)準(zhǔn)拖車上，由牽引車牽引。

試驗負(fù)荷與應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的接口增加斷路器在應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組中壓柜出口新增斷路器，用于柴油發(fā)電機(jī)與試驗負(fù)荷之間的保護(hù)，同時作為應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的安全隔離邊界。

增加隔離開關(guān)在應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組中壓柜出口新增隔離開關(guān)，并配熔斷器用于實現(xiàn)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組與負(fù)荷之間的斷路保護(hù)，同時作為柴油發(fā)電機(jī)的安全隔離邊界

試驗負(fù)荷與附加應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的接口利用自帶中壓配電柜斷路器試驗時將試驗負(fù)荷的動力電纜直接與配電柜相對應(yīng)的電廠斷路器連接，試驗完成后拆除電纜即可。

增加接線箱在附加柴油發(fā)電機(jī)組廠房外及中壓柜出口增加1個接線箱，銅排連接進(jìn)線母排與出線母排；試驗完畢，取下銅排，避免廠房外接線箱帶電，確保安全。

控制方式柴油機(jī)組的啟動柴油發(fā)電機(jī)組達(dá)到額定電壓和頻率后，閉合試驗負(fù)荷的總斷路器，手動操作試驗負(fù)荷，逐步增加負(fù)荷電阻，使柴油發(fā)電機(jī)組逐步加載并使負(fù)荷功率穩(wěn)定。

柴油機(jī)組的停止試驗完畢后，手動逐步減小負(fù)荷電阻至規(guī)定的負(fù)荷，方能停止柴油機(jī)組，同時應(yīng)將停機(jī)命令送至試驗負(fù)荷小車的總進(jìn)線斷路器，從而跳開總進(jìn)線斷路器。

表2 移動負(fù)荷試驗方法關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

（三）應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)設(shè)置

我國目前的核電機(jī)組技術(shù)還缺乏自主創(chuàng)新的能力，主要依靠進(jìn)口，提升應(yīng)急供電的質(zhì)量，加強(qiáng)電氣保護(hù)是我國應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)運行面臨的現(xiàn)實問題。按照應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的運行模式，繼電保護(hù)裝置有試驗方式和應(yīng)急方式兩種。試驗方式繼電保護(hù)由就地控制柜或主控室啟動，目的是檢驗柴油發(fā)電機(jī)事故應(yīng)急情況下啟動并能程序帶載的可行性。應(yīng)急方式繼電保護(hù)裝置，由反應(yīng)堆保護(hù)、應(yīng)急母線失壓、安全殼壓力高等信號觸發(fā)啟動柴油發(fā)電機(jī)，應(yīng)急方式強(qiáng)調(diào)動作的可靠性，非嚴(yán)重事故允許跳閘。應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)設(shè)置與保護(hù)措施見表3，其中1-9為試驗方式繼電保護(hù)，10為應(yīng)急方式繼電保護(hù)，后者強(qiáng)調(diào)可靠性的提升。

序號及名稱保護(hù)措施序號及名稱保護(hù)措施

1 發(fā)電機(jī)差動保護(hù)三項穩(wěn)定電阻，增加延時，增加制動區(qū)，設(shè)置兩套差動保護(hù)6 過、低頻保護(hù)系統(tǒng)頻率限制在允許范圍

2 定子接地保護(hù)保護(hù)方法要與中壓接地方式相適應(yīng)，依情況而定7 過、低壓保護(hù)準(zhǔn)確設(shè)定過低電壓保護(hù)值

3 負(fù)序過流保護(hù)準(zhǔn)確計算發(fā)電機(jī)所能承受的額定負(fù)序電流，保護(hù)轉(zhuǎn)子8 逆功率保護(hù)設(shè)置5s的逆功率保護(hù)值

4 失磁保護(hù)斷開滅磁開關(guān)，防止大軸受損9 過載保護(hù)按1.05倍額定功率設(shè)置過載保護(hù)

5 低阻抗保護(hù)配置常規(guī)后備保護(hù)，并保證對相間短路故障有一定的靈敏度10保護(hù)可靠性差動保護(hù)增加至2個，同時動作時方可跳閘；低電壓保護(hù)采用3取2方式，2個以上動作時方可跳閘

表3 試驗方式繼電保護(hù)措施

四、結(jié)論

歷史經(jīng)驗表明，核電廠一旦發(fā)生事故，后果不可想象。我國核電事業(yè)正在迅猛發(fā)展，核電廠安全不容忽視。

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的運行安全與應(yīng)急質(zhì)量的提升可采取以下措施：加強(qiáng)日常維護(hù)，定期對應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行試驗，觀察各指標(biāo)是否符合相關(guān)要求；對應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行待載試驗，觀察其應(yīng)急啟動和安全運行情況；對應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行繼電保護(hù)，確保事故時發(fā)電機(jī)組能夠提供高質(zhì)量電能。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈曉瓊， 唐湘濤. 備用柴油發(fā)電機(jī)順序待載器在重水核電廠的應(yīng)用實踐[J]. 自動化與儀器儀表，2013，1.

[2]朱偉儒. 秦山第二核電廠柴油發(fā)電機(jī)組定期試驗監(jiān)督[J]. 核安全，2007，2.

[3]陸秀生， 鐘質(zhì)飛， 楊勇. CPR1000核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組試驗方法研究[J]. 核動力工程， 2011，32（1）.

作者簡介：

張兆虎（1979-） 男，湖北武漢中核集團(tuán)核動力運行研究所工程師學(xué)士核動力運行研究

李洋龍（1979-） 男，浙江嘉興中核管理有限公司工程師學(xué)士核電廠生產(chǎn)培訓(xùn)