王瑞軍

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

秦二廠1/2 號(hào)機(jī)組水壓試驗(yàn)泵汽輪發(fā)電機(jī)組（LLS系統(tǒng)），簡(jiǎn)稱(chēng)“小汽機(jī)”；可在蒸汽壓力 7.6～0.76 MPa.abs（相應(yīng)溫度 292～170 ℃， 可承受瞬態(tài)壓力 8.6 MPa.abs）范圍內(nèi)運(yùn)行， 在最低壓力蒸汽供應(yīng)期間的運(yùn)行性能仍能為其用戶(hù)輸出穩(wěn)定且足夠的電能。

在電廠應(yīng)急配電系統(tǒng)無(wú)法供電的情況下，由小汽機(jī)供電的水壓試驗(yàn)泵代替上充泵以保證主泵的軸封水供給，從而保障一回路壓力邊界的完整性，避免一回路冷卻劑泄漏；同時(shí)，根據(jù)需要向1/2LNE360CR 和1/2ASG 系統(tǒng)的汽動(dòng)泵就地控制箱提供電源，以保證核電機(jī)組向安全工況過(guò)渡所必需的儀表、控制和保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，有力地保障了核電廠的安全。

運(yùn)行實(shí)踐中，小汽機(jī)出現(xiàn)過(guò)諸多問(wèn)題；其中以超速導(dǎo)致的不可用最為突出，可靠性大打折扣，嚴(yán)重影響核電機(jī)組的運(yùn)行安全。 特別在日本福島核事故后，事故應(yīng)急電源供給的可靠性問(wèn)題已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)、外核電業(yè)的高度重視。 如何提高LLS 系統(tǒng)的供電可靠性，尤其是在發(fā)生不可預(yù)計(jì)的嚴(yán)重事故時(shí)的可用性，已經(jīng)成為一個(gè)重要研究課題。

1 秦二廠水壓試驗(yàn)泵汽輪發(fā)電機(jī)組

秦二廠水壓試驗(yàn)泵汽輪發(fā)電機(jī)組（小汽機(jī)），采用法國(guó)法瑪通公司生產(chǎn)的4P1 型設(shè)備；其基本流程和電氣一次圖，如圖1 所示。

為了保證核電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，要求從余熱排出系統(tǒng)退出開(kāi)始升溫的所有狀態(tài)，水壓試驗(yàn)泵汽輪發(fā)電機(jī)組始終處于備用或例行試驗(yàn)狀態(tài)，可以隨時(shí)投入使用。

圖1 水壓試驗(yàn)泵汽輪發(fā)電機(jī)組基本流程和電氣一次圖

2 水壓試驗(yàn)泵汽輪發(fā)電機(jī)組不可用問(wèn)題分析

統(tǒng)計(jì)秦二廠水壓試驗(yàn)泵汽輪發(fā)電機(jī)組所有不可用事件原因，幾乎全為超速，如何避免該問(wèn)題一直是個(gè)難題。

2.1 水壓試驗(yàn)泵汽輪發(fā)電機(jī)組超速原因分析

要從根本上避免超速跳閘，必須了解影響汽輪機(jī)啟動(dòng)升速和負(fù)荷切換階段超速跳閘的各個(gè)因素；并根據(jù)核電廠蒸汽參數(shù)制定出標(biāo)準(zhǔn)的啟動(dòng)升速曲線，且根據(jù)該曲線優(yōu)化LLS 系統(tǒng)的運(yùn)行檢修參數(shù)。

大亞灣核電廠通過(guò)對(duì)LLS 系統(tǒng)汽輪機(jī)大量啟動(dòng)升速曲線的對(duì)比分析， 繪制出了標(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)升速曲線（見(jiàn)圖2）。 結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)升速曲線分析，LLS 系統(tǒng)汽輪機(jī)在啟動(dòng)升速過(guò)程中，有兩個(gè)關(guān)鍵速度點(diǎn)；當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到約1 000 r/min 時(shí)，調(diào)速器油壓建立，調(diào)速桿開(kāi)始輸出增加進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥LLS003VV 開(kāi)度的信號(hào)；而此時(shí)尚未帶上任何負(fù)載，開(kāi)大LLS003VV 勢(shì)必造成汽輪機(jī)超速跳閘。 為此，在LLS003VV 的閥芯前端設(shè)計(jì)有一個(gè)阻尼器， 功能是在啟動(dòng)階段未帶載之前將其閥芯壓住限制開(kāi)啟，此階段LLS 系統(tǒng)汽輪機(jī)的蒸汽供應(yīng)被限制在最小蒸汽供應(yīng)量上。

圖2 LLS 系統(tǒng)汽輪機(jī)標(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)升速曲線

當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到約2 000 r/min 時(shí)， 發(fā)電機(jī)建立勵(lì)磁電壓， 爾后0.6 s 內(nèi)負(fù)載電阻開(kāi)關(guān)9LLS027JA或9LLS028JA 閉合， 使該汽輪發(fā)電機(jī)組帶上負(fù)載電阻 9LLS001RS； 此時(shí)阻尼器仍未釋放，LLS003VV 仍被壓住無(wú)法增加開(kāi)度， 因此升速曲線會(huì)有一個(gè)因?yàn)榧虞d了負(fù)載電阻而出現(xiàn)轉(zhuǎn)速小幅下降的過(guò)程， 幅度在 0～400 r/min； 隨后伴著阻尼器的釋放，LLS003VV開(kāi)度增大，其汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速緩慢上升，最終（耗時(shí)9 s左右）穩(wěn)定在3 000 r/min 左右。

從以上分析中，不難發(fā)現(xiàn)LLS 系統(tǒng)小汽機(jī)超速的主要原因就是LLS003VV 動(dòng)作的不準(zhǔn)確，即：提前動(dòng)作或動(dòng)作時(shí)開(kāi)度偏大超調(diào)導(dǎo)致汽機(jī)超速。

2.2 水壓試驗(yàn)泵汽輪發(fā)電機(jī)組超速解決方法

水壓試驗(yàn)泵汽輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)上通過(guò)阻尼器壓住LLS003VV 延緩該進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥的開(kāi)啟和加載負(fù)載電阻兩項(xiàng)措施來(lái)控制小汽機(jī)啟動(dòng)時(shí)的升速速率，從而保證啟動(dòng)階段不出現(xiàn)超速跳閘； 而這兩項(xiàng)措施的優(yōu)化，有賴(lài)于標(biāo)準(zhǔn)升速曲線的繪制。

目前，秦二廠1/2 號(hào)機(jī)組已經(jīng)完成初步改造，增加了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)； 其可以幫助優(yōu)化小汽機(jī)的啟動(dòng)性能，降低超速跳閘導(dǎo)致的不可用風(fēng)險(xiǎn)。

3 水壓試驗(yàn)泵汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行改進(jìn)建議

秦二廠1/2 號(hào)機(jī)組LLS 系統(tǒng)日常運(yùn)行中有四個(gè)定期試驗(yàn)規(guī)程來(lái)驗(yàn)證其可用性，但執(zhí)行試驗(yàn)規(guī)程的一次通過(guò)率較低，經(jīng)常出現(xiàn)超速跳機(jī)，甚至出現(xiàn)過(guò)超速而機(jī)械超速保護(hù)未動(dòng)作，導(dǎo)致機(jī)組受損返修。 運(yùn)行人員冒險(xiǎn)手動(dòng)干預(yù)，幸無(wú)人員傷亡。

3.1 優(yōu)化手動(dòng)打閘操作裝置的必要性

小汽機(jī)所在廠房布置都很不方便人員進(jìn)出，當(dāng)發(fā)生超速飛車(chē)事故時(shí)，很有可能由于疏散不及時(shí)而導(dǎo)致人員傷亡。 綜合考慮各方面條件，采取距離防護(hù)是比較合適的選擇；在執(zhí)行具有相當(dāng)危險(xiǎn)性的手動(dòng)打閘操作時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離小汽機(jī)本體；所以建議進(jìn)行技術(shù)改造，設(shè)計(jì)一套遠(yuǎn)程手動(dòng)打閘操作裝置。

3.2 遠(yuǎn)程手動(dòng)打閘操作裝置

小汽機(jī)遠(yuǎn)程手動(dòng)打閘操作裝置， 其示意圖如圖3所示。由所在廠房的原有壓空管線SAR480VA 經(jīng)過(guò)兩道閥門(mén)V1/V2（雙閥便于隔離維修）引出一路進(jìn)入壓縮空氣緩沖罐 （不影響到LLS001/003VV 的壓空供應(yīng)），再通過(guò)安裝于該廠房門(mén)口（緊急情況下便于干預(yù)人員的安全撤離）的兩道閥門(mén)V3/V4（雙閥便于隔離維修）進(jìn)入氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)得氣動(dòng)作于LLS002VV 的機(jī)械停機(jī)裝置（超速停機(jī)手柄），從而實(shí)現(xiàn)小汽機(jī)的遠(yuǎn)距離手動(dòng)打閘停機(jī)。

圖3 LLS 系統(tǒng)小汽機(jī)遠(yuǎn)程手動(dòng)打閘裝置示意圖

正常狀態(tài)下， 閥門(mén)V1/V2 保持開(kāi)啟，V3/V4 保持關(guān)閉；試驗(yàn)時(shí)閥門(mén)V3/V4 一個(gè)開(kāi)啟另一個(gè)關(guān)閉，發(fā)生超速事故時(shí)，打開(kāi)閥門(mén)V3/V4，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)得氣動(dòng)作于LLS002VV 的機(jī)械停機(jī)裝置，LLS002VV 關(guān)閉，小汽機(jī)停轉(zhuǎn)。

另一種方案，可參考秦二廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組日用油箱緊急排油閥的設(shè)計(jì)，直接鋼絲繩加輪滑組件傳動(dòng)至廠房合理位置，簡(jiǎn)單可靠；距離較遠(yuǎn)轉(zhuǎn)彎較多有失效風(fēng)險(xiǎn)，需要加裝杠桿裝置以增加操作力矩和定期潤(rùn)滑。

同時(shí)，建議將LLS 系統(tǒng)技改增加的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)分出一支傳至遠(yuǎn)程手動(dòng)打閘操作裝置處顯示，利于工作人員觀察分析給出判斷并及時(shí)執(zhí)行停機(jī)操作；也可利用其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為小汽機(jī)增加電氣超速保護(hù)（超速電氣信號(hào)作用于LLS001VV，快速關(guān)閉以隔斷蒸汽供應(yīng)）。

4 LLS 系統(tǒng)電源改造

LLS 系統(tǒng)是壓水堆核電機(jī)組重要的備用電源，也是保障核電廠安全的最后一道屏障。 為提高電源可靠性，秦山核電基地一直在努力。

4.1 新增移動(dòng)電源車(chē)及其能否有效介入的思考

秦山核電配置了車(chē)載移動(dòng)電源， 其中車(chē)載低壓380 V 柴油發(fā)電機(jī)組2 臺(tái)，并且完成了配電裝置的接口改造；所以9LLS001AR 比改造前多了一路電源（見(jiàn)圖4），低壓移動(dòng)柴油發(fā)電車(chē)。

新增移動(dòng)電源系統(tǒng)只考慮給SBO 事故 （全廠失電）后維持堆芯余熱導(dǎo)出，一回路完整性和安全殼完整性必需的監(jiān)測(cè)、控制、動(dòng)力、通訊和照明設(shè)備（蒸發(fā)器水位和壓力，一回路溫度、壓力以及穩(wěn)壓器水位，穩(wěn)壓器卸壓閥的電磁閥，安全殼壓力和溫度，水壓試驗(yàn)泵等）供電。 因此，選擇給LLS 系統(tǒng)進(jìn)行再供電。

在發(fā)生地震海嘯等自然災(zāi)害時(shí)，如此大體積高質(zhì)量的車(chē)輛能否順利到達(dá)廠房是一個(gè)值得思考的問(wèn)題。地震海嘯時(shí)道路會(huì)被不同程度的破壞和阻塞，達(dá)到一定程度則影響車(chē)輛順利通過(guò)，甚至于無(wú)法在有效時(shí)間內(nèi)到達(dá)，導(dǎo)致核電機(jī)組事故無(wú)法得到緩解，甚至嚴(yán)重到日本福島核事故的等級(jí)。

建議秦山核電基地增加道路保障設(shè)施設(shè)備，如推土機(jī)、挖掘機(jī)、吊車(chē)等，以保障極端事故情況下的道路通暢； 必要時(shí)請(qǐng)求軍隊(duì)和直升機(jī)等特種作業(yè)人員和設(shè)備的支援。 同時(shí)，建議編寫(xiě)定期操練規(guī)程，模擬真實(shí)場(chǎng)景做好事故情況下的各作業(yè)人員配合及現(xiàn)場(chǎng)操作演練。

4.2 小汽機(jī)與小柴油機(jī)的對(duì)比分析

LLS 電源系統(tǒng)過(guò)去一直采用國(guó)外制造的汽輪發(fā)電機(jī)組，運(yùn)行參數(shù)特殊，維護(hù)工作量大，設(shè)備采購(gòu)接口復(fù)雜并受制于人，成本高且難以國(guó)產(chǎn)化。

綜合廠內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)多方面論證，秦二廠3/4號(hào)機(jī)組LLS 系統(tǒng)采用了簡(jiǎn)單可靠的國(guó)產(chǎn)柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行替代。 柴油發(fā)電機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)是熱效率高，設(shè)備緊湊，維護(hù)成本低；尤其是啟動(dòng)迅速、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠和可以頻繁起動(dòng)的特點(diǎn)，很適合作為應(yīng)急發(fā)電機(jī)組或備用發(fā)電機(jī)組使用。

柴油發(fā)電機(jī)組與汽輪發(fā)電組有很大不同，其廠房設(shè)計(jì)必有所區(qū)別。 如果將汽輪機(jī)改造成柴油機(jī)，土建方面將面臨很大難度；并且內(nèi)燃機(jī)的燃油和潤(rùn)滑油增大了火災(zāi)隱患，需要增加消防設(shè)施；燃燒產(chǎn)生窒息性氣體，并伴有煙塵油漬污染環(huán)境，需要設(shè)計(jì)好排煙通道并加強(qiáng)廠房換氣通風(fēng)。

秦二廠1/2 號(hào)機(jī)組正在逐步推進(jìn)實(shí)施對(duì)水壓試驗(yàn)泵汽輪發(fā)電機(jī)組的技術(shù)改造， 如果運(yùn)行效果良好，則無(wú)需大動(dòng)干戈用柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行替代；反之如果不能滿(mǎn)足要求，則花大氣力將小汽機(jī)改造成小柴油機(jī)不失為一條明路。

5 結(jié)語(yǔ)

所謂開(kāi)卷有益，相信本文的一些淺見(jiàn)有助于水壓試驗(yàn)泵汽輪發(fā)電機(jī)組超速問(wèn)題的緩解，有益于其可靠性的提高。 隨著運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的豐富，同時(shí)伴著科技和設(shè)計(jì)理念的進(jìn)步，LLS 電源系統(tǒng)一定會(huì)不斷得到優(yōu)化。

圖4 9LLS001AR 電氣一次圖