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      柴油發電機組行業應用-核電廠

    • 柴油發電機組行業應用-核電廠

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

      【關鍵詞】核電廠 應急柴油發電機 安全措施

      一、引言

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

      二、核電廠應急柴油發電機組的應急待載技術要求

      應急待載要求如下:

      (一)應急情況下空壓系統要保證連續啟動5次,每次不大于10s;

      (二)接到啟動指令后應在10-15s內啟動,并達到額定電壓和頻率;

      (三)切除大的單個負載,或在按程序加載的每一步驟之后,運行條件的瞬變均不應導致柴油發電機組轉速的增加超出超速跳閘小整定值與額定轉速之差的75%;

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

      (五)負載期間,頻率要在額定值的95%以上,電壓在額定值的75%以上,頻率恢復到其額定值的98%及電壓恢復到額定值的90%的時間應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)重要系統設備采取冗余配置;

      三、確保應急柴油發電機組安全的幾點措施

      (一)對應急柴油發電機組進行定期試驗

      試驗內容 試驗目的 檢查項目 判斷標準

      低負荷

      運行性能 證明柴油發電機組從備用條件下正常啟動的能力,并驗證是否達到要求的設計電壓和頻率 應急配電系統電壓恢復時間 

      柴油發電機組啟動時間 

      電壓 6.3±10% KV

      頻率 50 Hz

      機組運行狀態 30min內無異常報警信號出現

      發電機組重新帶負荷順序檢查 符合相關要求

      滿負荷

      運行性能 證明柴油發電機組的帶負荷運行能力 發電機組啟動時間 

      發電機組有功功率 6000KW

      發電機電流 

      發電機電壓 6.3±10% KV

      發電機速度控制 Fn=50±0.5Hz

      主控無不正常報警 符合相關要求

      帶額定負荷運行的短時間 > 1 h

      應急發電機組定期試驗內容

      指定定期試驗的依據包括HAF001/02《中華人民共和國民用核設施安全監督管理條例實施細則核設施的安全監督》、HAF103《核動力廠運行安全規定》以及國家核安全局制定的《核安全監督檢查大綱核電廠運行階段》中關于核安全檢查的方法、方式等內容[2]。定期試驗要求兩臺柴油機輪換每個月進行低功率試驗,每年進行一次滿功率試驗,其具體試驗內容及評判標準見表1。通過試驗,檢查應急柴油發電機組的運行情況、應急電源啟動可靠性,確保應急柴油發電機組的安全。

      (二)附加柴油發電機組滿負荷試驗

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

      名 稱 選擇方案 特 點

      試驗負荷

      的選擇 干式負荷 試驗負荷可制成箱式,通過投切不同組數的電阻和電抗器來實現負荷大小調節,每組回路由獨立的斷路器供電;便于放置于標準拖車,由牽引車牽引,在核電站內道路上行駛。

      濕式負荷 系統主要由電極板、極板行程操縱機構和水組成,水電阻結構,可將柴油發電機組產生的電能轉換成熱能,并通過水蒸氣擴散到大氣中,多組負荷和電抗器均可放置在標準拖車上,由牽引車牽引。

      試驗負荷與應急柴油發電機組的接口 增加斷路器 在應急柴油發電機組中壓柜出口新增斷路器,用于柴油發電機與試驗負荷之間的保護,同時作為應急柴油發電機組的安全隔離邊界。

      增加隔離開關 在應急柴油發電機組中壓柜出口新增隔離開關,并配熔斷器用于實現應急柴油發電機組與負荷之間的斷路保護,同時作為柴油發電機的安全隔離邊界

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

      增加接線箱 在附加柴油發電機組廠房外及中壓柜出口增加1個接線箱,銅排連接進線母排與出線母排;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 柴油機組的啟動 柴油發電機組達到額定電壓和頻率后,閉合試驗負荷的總斷路器,手動操作試驗負荷,逐步增加負荷電阻,使柴油發電機組逐步加載并使負荷功率穩定。

      柴油機組的停止 試驗完畢后,手動逐步減小負荷電阻至規定的負荷,方能停止柴油機組,同時應將停機命令送至試驗負荷小車的總進線斷路器,從而跳開總進線斷路器。

      移動負荷試驗方法關鍵技術參數

      (三)應急柴油發電機繼電保護設置

      我國目前的核電機組技術還缺乏自主創新的能力,主要依靠進口,提升應急供電的質量,加強電氣保護是我國應急柴油發電機運行面臨的現實問題。按照應急柴油發電機的運行模式,繼電保護裝置有試驗方式和應急方式兩種。試驗方式繼電保護由就地控制柜或主控室啟動,目的是檢驗柴油發電機事故應急情況下啟動并能程序帶載的可行性。應急方式繼電保護裝置,由反應堆保護、應急母線失壓、安全殼壓力高等信號觸發啟動柴油發電機,應急方式強調動作的可靠性,非嚴重事故允許跳閘。應急柴油發電機繼電保護設置與保護措施見表3,其中1-9為試驗方式繼電保護,10為應急方式繼電保護,后者強調可靠性的提升。

      序號及名稱 保護措施 序號及名稱 保護措施

      發電機差動保護 三項穩定電阻,增加延時,增加制動區,設置兩套差動保護 過、低頻保護 系統頻率限制在允許范圍

      定子接地保護 保護方法要與中壓接地方式相適應,依情況而定 過、低壓保護 準確設定過低電壓保護值

      負序過流保護 準確計算發電機所能承受的額定負序電流,保護轉子 逆功率保護 設置5s的逆功率保護值

      失磁保護 斷開滅磁開關,防止大軸受損 過載保護 按1.05倍額定功率設置過載保護

      低阻抗保護 配置常規后備保護,并保證對相間短路故障有一定的靈敏度 10保護可靠性 差動保護增加至2個,同時動作時方可跳閘;低電壓保護采用32方式,2個以上動作時方可跳閘

      試驗方式繼電保護措施

      四、結論

      歷史經驗表明,核電廠一旦發生事故,后果不可想象。我國核電事業正在迅猛發展,核電廠安全不容忽視。

      應急柴油發電機組的運行安全與應急質量的提升可采取以下措施:加強日常維護,定期對應急柴油發電機組進行試驗,觀察各指標是否符合相關要求;對應急柴油發電機組進行待載試驗,觀察其應急啟動和安全運行情況;對應急柴油發電機組進行繼電保護,確保事故時發電機組能夠提供高質量電能。


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