周仁懷

(中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314303)

“華龍一號”每個機組設置了兩套應急柴油發(fā)電機組EMP(6.6 kV交流應急電源系統(tǒng)-系列A)和EMQ(6.6 kV交流應急電源系統(tǒng)-系列B)，它們構成了核電廠內(nèi)中壓應急交流電源，分別為帶有應急廠用設備的交流應急配電系統(tǒng)EMA(6.6 kV交流應急配電系統(tǒng)系列A)和EMB(6.6 kV交流應急配電系統(tǒng)系列B)供電。在電廠外部交流電源全部失去的條件下，每套柴油發(fā)電機組均可自動啟動并給應急廠用設備供電，以確保反應堆安全停堆，并且防止由于正常的外部電源系統(tǒng)失電而導致重要設備的損壞。為了驗證應急柴油發(fā)電機滿足設計要求，柴油發(fā)電機需經(jīng)一系列的調(diào)試試驗。以下就調(diào)試試驗項目進行簡要介紹，并分析試驗模式中止試驗失敗的原因，希望對后續(xù)“華龍一號”機組應急柴油發(fā)電機的調(diào)試以及定期試驗提供一定的借鑒和參考。

1 相關標準和要求

IEEE 387—2017 IEEE Standard Criteria for Diesel Generator Units Applied as Standby Power Supplies for Nuclear Power Generating Stations[1]和EJ-T 625—2004 核電廠備用電源用柴油發(fā)電機組準則[2]對核電廠應急柴油發(fā)電機的現(xiàn)場試驗進行了詳細規(guī)定且內(nèi)容一致，詳見表1。

表1 柴油發(fā)電機現(xiàn)場試驗

海外“華龍一號”應急柴油發(fā)電機組是由韓國現(xiàn)代重工有限公司供貨，由中船重工第703研究所無錫分部成套組裝，其主要參數(shù)如表2所示。

表2 柴油發(fā)電機主要參數(shù)

海外“華龍一號”調(diào)試人員根據(jù)應急柴油發(fā)電機的特點編制了8份試驗程序，并核對了IEEE 387—2017中的相應章節(jié)，確保調(diào)試試驗程序能滿足IEEE 387—2017的要求，具體如表3所示。

表3 柴油發(fā)電機調(diào)試程序

2 調(diào)試過程

2.1 試驗模式中止測試失敗

2019年12月31日，海外“華龍一號”首臺應急柴油發(fā)電機2EMQ開始進行試驗模式中止測試，驗收標準為：證明當柴油發(fā)電機組連接到它的母線上處于試驗模式下運行時，模擬的安全注射信號能夠使其轉為應急模式。試驗前2EMQ并網(wǎng)運行，有功功率在1 600 kW左右，隨后試驗人員模擬安注信號，2EMQ轉入應急模式，但有功功率自動下降直至逆功率，隨后發(fā)電機有功功率自動上升，最高至7 000 kW左右，期間有功功率無法手動調(diào)節(jié)，就地試驗人員緊急手動停機，試驗停止。整個試驗過程持續(xù)約72 s，試驗趨勢如圖1所示。

圖1 試驗模式中止測試趨勢圖

2.2 試驗模式中止測試標準

IEEE 387—2017 對試驗模式中止測試有如下規(guī)定：柴油發(fā)電機試驗模式并網(wǎng)運行期間，在模擬安全注射SIAS信號后，柴油發(fā)電機應轉為備用運行，應急母線上的負載切換到外電網(wǎng)供電。

2.3 原因分析

(1)應急柴油發(fā)電機邏輯不符合標準要求

“華龍一號”應急柴油發(fā)電機按照系統(tǒng)設計，安注信號啟動后，將觸發(fā)應急柴油發(fā)電機應急啟動信號，此時處于備用狀態(tài)的應急柴油發(fā)電機將自動應急啟動，若此時應急柴油發(fā)電機正在進行試驗(空載運行、并網(wǎng)運行)，也將轉入應急模式，但并網(wǎng)運行的柴油發(fā)電機未按IEEE 387—2017的要求切換負載，不滿足試驗模式中止測試的要求。

(2)調(diào)速器工作模式與應急柴油發(fā)電機運行方式不一致

應急柴油發(fā)電機有應急和試驗兩種運行模式。就地手動啟動屬于試驗模式，此時柴油發(fā)電機可手動調(diào)節(jié)電壓、轉速，柴油機可手動并網(wǎng)運行，所有停機信號均可停機；其他方式的啟動(遠方手動啟動、自動啟動)均為應急模式，此時柴油發(fā)電機不可手動調(diào)節(jié)電壓、轉速，并且僅有發(fā)電機超速保護、低電壓保護和就地緊急停機按鈕方可停機。

海外“華龍一號”柴油發(fā)電機采用Woodward電子調(diào)速器，基本原理是控制燃油的流量來實現(xiàn)對柴油發(fā)電機轉速的控制。調(diào)速器有Isochronouse無差和Droop有差兩種工作模式。Isochronouse無差模式可理解為轉速控制模式，即無論功率多少始終控制發(fā)電機在額定轉速運行，該模式應用于空載運行和帶載運行(非并網(wǎng))；Droop有差模式可理解為功率控制模式，即無論轉速多少始終控制發(fā)電機在給定的有功功率運行，該模式應用于并網(wǎng)運行。調(diào)速器的運行模式通過應急啟動信號和并網(wǎng)信號進行切換，當柴油發(fā)電機并網(wǎng)運行時，調(diào)速器工作于Droop有差模式，否則調(diào)速器工作于Isochronouse無差模式。

在此試驗中，當柴油發(fā)電機并網(wǎng)試驗期間收到安注啟動信號后，柴油機由試驗模式轉為應急模式，其調(diào)速器由Droop有差模式轉為Isochronouse無差模式，即無論功率多少始終控制發(fā)電機在額定轉速750 r/min運行。此時電網(wǎng)頻率50.08 Hz(751.1 r/min)，高于調(diào)速器額定轉速750 r/min，調(diào)速器自動減少燃油油量，但由于并網(wǎng)運行的柴油發(fā)電機無法改變電網(wǎng)頻率(轉速)，因此有功功率持續(xù)下降直至發(fā)生逆功率；隨后電網(wǎng)頻率開始下降并低于50 Hz(750 r/min)，調(diào)速器自動增加燃油油量，同上，有功功率持續(xù)上升，當頻率低于49.8 Hz(747 r/min)時，有功功率最高上升到7 000 kW，而此時無法手動調(diào)節(jié)柴油機轉速，且只有超速保護、低電壓保護和緊急停機按鈕才可停機，對柴油機造成極大危害，為保證機組安全，試驗人員現(xiàn)場緊急手機停機。

經(jīng)以上分析，該試驗有功功率發(fā)生大幅變化的直接原因為柴油發(fā)電機在并網(wǎng)運行時調(diào)速器的Droop有差控制模式被強制為Isochronouse無差控制模式。由于巴基斯坦電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定，在實施該試驗時極易造成柴油發(fā)電機逆功率或超功率，同時柴油發(fā)電機在應急模式下只有低電壓和超速保護，無法自動停機，這將對柴油發(fā)電機造成很大的損害。國內(nèi)參考電廠進行該試驗時，由于國內(nèi)電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，因此柴油發(fā)電機的有功功率波動較小，試驗模式中止測試合格。

2.4 解決方案

1)增加柴油機并網(wǎng)運行時通過應急啟動信號自動切換負載的邏輯。柴油發(fā)電機的邏輯已經(jīng)過鑒定，同時邏輯修改需要進行安全分析計算，現(xiàn)場不具備實施條件。

2)取消試驗模式中止測試項目。反應堆功率運行期間進行柴油發(fā)電機并網(wǎng)運行時，中壓配電系統(tǒng)的最大短路電流超過了斷路器的遮斷電流(50 kA)，因此柴油發(fā)電機并網(wǎng)試驗只在反應堆停堆換料期間實施，此時安全注射系統(tǒng)停用，不觸發(fā)安全注射信號。同時“華龍一號”應急柴油發(fā)電機定期試驗的要求為：每臺應急柴油發(fā)電機每兩個月進行一次低功率試驗，該試驗不并網(wǎng)。綜上，試驗模式中止測試不適用于“華龍一號”。

最終經(jīng)過評估，海外“華龍一號”應急柴油發(fā)電機取消試驗模式中止測試。

2.5 改進建議

由于中壓配電系統(tǒng)斷路器遮斷電流的限制，“華龍一號”不允許應急柴油發(fā)電機在反應堆功率運行期間進行并網(wǎng)試驗，其月度試驗執(zhí)行每兩個月的低功率試驗(不并網(wǎng))。該試驗需提前將該列柴油發(fā)電機對應母線上選定的負荷切換到另一列應急母線上，然后主控手動合柴油發(fā)電機出口斷路器，此時柴油發(fā)電機將應急啟動，待電壓、頻率滿足要求后，應急母線將由電網(wǎng)供電切換至柴油發(fā)電機供電，隨后按程序進行自動帶載。該試驗涉及的操作量大，耗時長、復雜度高，對試驗人員要求高。而并網(wǎng)試驗操作相對簡單，即就地手動啟動柴油發(fā)電機，待電壓、頻率滿足要求后，由主控通過同期操作將柴油發(fā)電機并入電網(wǎng)，按給定的功率并網(wǎng)運行。因此，建議后續(xù)機組在中壓配電系統(tǒng)最大短路電流滿足斷路器遮斷電流要求的前提下，實現(xiàn)反應堆功率運行期間應急柴油發(fā)電機可并網(wǎng)運行，同時增加柴油發(fā)電機并網(wǎng)時通過應急啟動信號的切換操作邏輯，滿足IEEE 387中試驗模式中止測試的要求，這樣月度試驗即可采用相對簡單的并網(wǎng)試驗。

3 結束語

本文通過對海外“華龍一號”應急柴油發(fā)電機試驗模式中止測試失敗案例的分析，發(fā)現(xiàn)“華龍一號”應急柴油發(fā)電機控制邏輯不滿足IEEE 387中試驗模式中止測試的要求，主要是因為反應堆功率運行期間不允許柴油發(fā)電機并網(wǎng)運行，同時柴油發(fā)電機的控制邏輯沒有考慮并網(wǎng)時通過應急啟動信號的切換操作。雖然柴油發(fā)電機取消了試驗模式中止測試項目，但月度低功率試驗相比并網(wǎng)試驗操作更加復雜，因此建議后續(xù)機組增加柴油機并網(wǎng)時通過應急啟動信號進行切換的邏輯，同時月度試驗改為并網(wǎng)試驗。