柴油发电机组行业应用-核电厂

柴油发电机组行业应用-核电厂

【摘 要】作为核电厂的重要安全设备，应急柴油发电机与核电安全息息相关。在发生紧急事故时，应急柴油发电机作为紧急电源可起到促使反应堆正常停止和保护关键设备受损的作用，在确保核电安全方面起着至关重要的作用。实践证明，一旦核电厂发生故障，如果应急柴油发电机不能正常启动并提供高质量电能，后果不堪设想。本文就核电厂应急柴油发电机的安全运行提出了几点措施，以提高核电厂安全。

【关键词】核电厂 应急柴油发电机 安全措施

一、引言

在规定的环境条件和地震载荷下，核电厂事故期间和事故后，应急柴油发电机要能按*加载程序加载，为水泵、照明、消防和通风等各类应急设备提供相应的电力，确保核电厂反应堆安全地关闭、排除余热[1]。一旦作为核安全防护重要防线的应急柴油发电机组失效，则后果不堪设想，日本福岛核电站事故就是一个典型案例。我国的核电事业正在迅猛发展，确保应急柴油发电机组安全之重要不言而喻。本文介绍了几点安全措施，以提升应急柴油发电机组的安全，希望为我国的核电事业尽微薄之力。

二、核电厂应急柴油发电机组的应急待载技术要求

应急待载要求如下：

（一）应急情况下空压系统要保证连续启动5次，每次不大于10s；

（二）接到启动指令后应在10-15s内启动，并达到额定电压和频率；

（三）切除较大的单个负载，或在按程序加载的每一步骤之后，运行条件的瞬变均不应导致柴油发电机组转速的增加**出**速跳闸较小整定值与额定转速之差的75%；

（四）保证柴油发电机供电的6.6KV供电系统有一相接地时能正常启动和运行；发电机组能承受一定的**频、短路、**压、**速运行等故障的能力。这些都必须符合发电机承受异常事故运行工况的要求。

（五）负载期间，频率要在额定值的95%以上，电压在额定值的75%以上，频率恢复到其额定值的98%及电压恢复到额定值的90%的时间应小于这一程序步骤开始和下一程序步骤开始之间的时间间隔的40%；

（六）重要系统设备采取冗余配置；

三、确保应急柴油发电机组安全的几点措施

（一）对应急柴油发电机组进行定期试验

试验内容 试验目的 检查项目 判断标准

低负荷

运行性能 证明柴油发电机组从备用条件下正常启动的能力，并验证是否达到要求的设计电压和频率 应急配电系统电压恢复时间 

柴油发电机组启动时间 

电压 6.3±10% KV

频率 50 Hz

机组运行状态 30min内无异常报警信号出现

发电机组重新带负荷顺序检查 符合相关要求

满负荷

运行性能 证明柴油发电机组的带负荷运行能力 发电机组启动时间 

发电机组有功功率 6000KW

发电机电流 

发电机电压 6.3±10% KV

发电机速度控制 Fn=50±0.5Hz

主控无不正常报警 符合相关要求

带额定负荷运行的较短时间 > 1 h

表1 应急发电机组定期试验内容

*定期试验的依据包括HAF001/02《*人民共和国民用核设施安全监督管理条例实施细则—核设施的安全监督》、HAF103《核动力厂运行安全规定》以及国家核安全局制定的《核安全监督检查大纲—核电厂运行阶段》中关于核安全检查的方法、方式等内容[2]。定期试验要求两台柴油机轮换每个月进行低功率试验，每年进行一次满功率试验，其具体试验内容及评判标准见表1。通过试验，检查应急柴油发电机组的运行情况、应急电源启动可靠性，确保应急柴油发电机组的安全。

（二）附加柴油发电机组满负荷试验

如果应急柴油发电机组在满负荷试验过程中出现异常，且短时间内无法修复时，则需用附加柴油发电机组替代异常应急柴油发电机组。在正常备用状态下，附加柴油发电机组也必须进行定期试验，试验内容与表1相同。为解决没有试验用负荷，无法进行满负荷试验的难题，可采用移动负荷来全面验证附加柴油发电机组的可行性[3]，该技术需要对试验负荷、试验负荷与应急柴油发电机组的接口、试验负荷与附加应急柴油发电机组的接口以及控制方式等进行精心设计和研究，其关键技术的选择及特点如表2所示。电厂可灵活安排柴油发电机组的检修窗口进行负荷试验，消除对大修时间的影响，提高柴油发电机组的可用率和安全性。

名 称 选择方案 特 点

试验负荷

的选择 干式负荷 试验负荷可制成箱式，通过投切不同组数的电阻和电抗器来实现负荷大小调节，每组回路由独立的断路器供电；便于放置于标准拖车，由牵引车牵引，在核电站内道路上行驶。

湿式负荷 系统主要由电极板、较板行程操纵机构和水组成，水电阻结构，可将柴油发电机组产生的电能转换成热能，并通过水蒸气扩散到大气中，多组负荷和电抗器均可放置在标准拖车上，由牵引车牵引。

试验负荷与应急柴油发电机组的接口 增加断路器 在应急柴油发电机组中压柜出口新增断路器，用于柴油发电机与试验负荷之间的保护，同时作为应急柴油发电机组的安全隔离边界。

增加隔离开关 在应急柴油发电机组中压柜出口新增隔离开关，并配熔断器用于实现应急柴油发电机组与负荷之间的断路保护，同时作为柴油发电机的安全隔离边界

试验负荷与附加应急柴油发电机组的接口 利用自带中压配电柜断路器 试验时将试验负荷的动力电缆直接与配电柜相对应的电厂断路器连接，试验完成后拆除电缆即可。

增加接线箱 在附加柴油发电机组厂房外及中压柜出口增加1个接线箱，铜排连接进线母排与出线母排；试验完毕，取下铜排，避免厂房外接线箱带电，确保安全。

控制方式 柴油机组的启动 柴油发电机组达到额定电压和频率后，闭合试验负荷的总断路器，手动操作试验负荷，逐步增加负荷电阻，使柴油发电机组逐步加载并使负荷功率稳定。

柴油机组的停止 试验完毕后，手动逐步减小负荷电阻至规定的负荷，方能停止柴油机组，同时应将停机命令送至试验负荷小车的总进线断路器，从而跳开总进线断路器。

表2 移动负荷试验方法关键技术参数

（三）应急柴油发电机继电保护设置

我国目前的核电机组技术还缺乏自主创新的能力，主要依靠进口，提升应急供电的质量，加强电气保护是我国应急柴油发电机运行面临的现实问题。按照应急柴油发电机的运行模式，继电保护装置有试验方式和应急方式两种。试验方式继电保护由就地控制柜或主控室启动，目的是检验柴油发电机事故应急情况下启动并能程序带载的可行性。应急方式继电保护装置，由反应堆保护、应急母线失压、安全壳压力高等信号触发启动柴油发电机，应急方式强调动作的可靠性，非严重事故允许跳闸。应急柴油发电机继电保护设置与保护措施见表3，其中1-9为试验方式继电保护，10为应急方式继电保护，后者强调可靠性的提升。

序号及名称 保护措施 序号及名称 保护措施

1 发电机差动保护 三项稳定电阻，增加延时，增加制动区，设置两套差动保护 6 过、低频保护 系统频率限制在允许范围

2 定子接地保护 保护方法要与中压接地方式相适应，依情况而定 7 过、低压保护 准确设定过低电压保护值

3 负序过流保护 准确计算发电机所能承受的额定负序电流，保护转子 8 逆功率保护 设置5s的逆功率保护值

4 失磁保护 断开灭磁开关，防止大轴受损 9 过载保护 按1.05倍额定功率设置过载保护

5 低阻抗保护 配置常规后备保护，并保证对相间短路故障有一定的灵敏度 10保护可靠性 差动保护增加至2个，同时动作时方可跳闸；低电压保护采用3取2方式，2个以上动作时方可跳闸

表3 试验方式继电保护措施

四、结论

历史经验表明，核电厂一旦发生事故，后果不可想象。我国核电事业正在迅猛发展，核电厂安全不容忽视。

应急柴油发电机组的运行安全与应急质量的提升可采取以下措施：加强日常维护，定期对应急柴油发电机组进行试验，观察各指标是否符合相关要求；对应急柴油发电机组进行待载试验，观察其应急启动和安全运行情况；对应急柴油发电机组进行继电保护，确保事故时发电机组能够提供高质量电能。