核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機組的運行

張祝愿　黃強　魏中華

【摘 要】本文主要結(jié)合應(yīng)急柴油發(fā)電機設(shè)計特點，對其啟動停運、保護設(shè)置、鑰匙連鎖、電源故障等方面，從現(xiàn)場運行人員的角度做了淺要概述。對日常運行、定期試驗、事故處理中遇到的一些問題、操作做了淺要的分析。

【關(guān)鍵詞】應(yīng)急柴油發(fā)電機組；設(shè)計特點；啟動；停運；保護設(shè)置

0 引言

對于反應(yīng)堆，余熱的排出是涉及電廠安全的一個重要內(nèi)容。應(yīng)急柴油機的設(shè)置可以保證在失去廠外電情況下反應(yīng)堆的安全停運，余熱可以正常帶出，經(jīng)由RRI傳遞至環(huán)境。應(yīng)急柴油機可以保證在事故情況下專設(shè)安全系統(tǒng)的可靠性，即使失去外電源，安全系統(tǒng)仍然可以由柴油機供電發(fā)揮設(shè)計功能。

核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機掛在6kV中壓系統(tǒng)上，分為A/B兩列（LHP/Q），從啟動信號、控制電源、廠房布置到啟動后帶載負荷，均完全獨立，確保任一環(huán)節(jié)故障均不會引起兩列同時不可用。從冗余性考慮，增設(shè)了第5臺柴油發(fā)電機組（LHF）， 通過簡單的連接就可以作為任何一個安全列的應(yīng)急電源。使機組的安全列不僅由原來的應(yīng)急柴油發(fā)電機作備用，并且附加的LHF也可以作同樣級別的備用。使廠內(nèi)電源的安全可靠性得到極大的提高。應(yīng)急柴油發(fā)電機作為我廠的重要保安電源，其運行可靠性對核安全的意義十分重大。

1 應(yīng)急柴油發(fā)電機組的設(shè)計特點

秦山第二核電廠的應(yīng)急柴油機為16缸4沖程單作用自點火型16PC2—5V 400柴油發(fā)電機。設(shè)兩排汽缸共16缸呈V型排列，每排8個汽缸，兩排汽缸連桿共用一根曲軸。工作時柴油以高壓霧狀噴入燃燒室內(nèi)燃燒，放出熱能，通過高壓燃氣膨脹將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功。采用了廢氣渦輪增壓和燃燒進氣中冷技術(shù)，極大提高了機組的功率和效率。發(fā)電機的形式為自冷卻、6.0KV50HZ同步交流發(fā)電機，其冷卻風機與轉(zhuǎn)軸緊密連接。冷卻介質(zhì)為廠房內(nèi)的空氣，空氣的入口位于機身兩側(cè)，出口位于發(fā)電機機身上部。在停機時，為了防止發(fā)電機出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象，發(fā)電機裝有防潮電加熱元件，電加熱元件在發(fā)電機運行時停止工作。發(fā)電機的中性點對地是絕緣的，發(fā)電機沒有安裝飛輪。

柴油機除了主要組件外，要使其正常、安全而又可靠的運轉(zhuǎn)還必須保證氣、油、水的充分供應(yīng)和循環(huán)。其輔機主要包括：燃油系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、低溫水系統(tǒng)、高溫水系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)以及有關(guān)裝置。

1.1 燃油系統(tǒng)

設(shè)有一可貯存滿足額定功率運行7天所需燃油的主油箱和一個可貯存滿足發(fā)電機在1.1倍額定功率運行60分鐘所需燃油的日用油箱。設(shè)有電動燃油泵、柴油機驅(qū)動的主供油泵和電動輔助供油泵。主油箱通過兩臺100%容量的電動燃油泵向日用油箱供油（有柴油機啟動命令時自啟動）；日用油箱向柴油機供油通過主供油泵進行；在有啟動命令前提下如果燃油壓力低，一臺電動輔助泵會備用自啟進行增壓?；馂那闆r下可通過開閥將日用油箱的油排到主油箱。此閥誤開會導致日用油箱無油。

1.2 潤滑油系統(tǒng)

設(shè)置了預潤滑油泵、潤滑油預熱裝置供機組熱備用時使用，使?jié)櫥拖到y(tǒng)內(nèi)部充滿滑油，相互運動零件表面布有充分的潤滑油，同時潤滑油接受適當加熱以利于流動布油，確保柴油機在緊急情況時，能夠快速起動并接受滿載工作。正常運行時，由機帶潤滑油泵、潤滑油冷卻器、三通溫控閥組成的滑油循環(huán)回路完成主、輔機潤滑及活塞頭部冷卻，以及發(fā)動機和管路的清洗。此外設(shè)置了獨立的發(fā)電機軸承潤滑系統(tǒng)，軸承體中有一定數(shù)量的滑油以及潤滑環(huán)，潤滑環(huán)通過轉(zhuǎn)軸驅(qū)動，從而使滑油循環(huán)冷卻軸承。在軸承體外部裝有一臺泵，該泵周期性地起動以避免在機組長期備用過程中潤滑油沉積干燥。

1.3 低溫水系統(tǒng)

采用獨立閉式系統(tǒng)，柴油機運行時分別通過渦輪增壓器的空氣冷卻器及潤滑油冷卻器冷卻燃燒進氣和潤滑油，它包括：柴油機驅(qū)動的離心式水泵；由熱交換器和冷卻風扇組成的空氣/低溫水冷卻器，膨脹箱和溫控閥。其中冷卻風扇與高溫水系統(tǒng)共用，柴油機起動后，風機按起動順序自動投入運行。柴油機停運后，風機繼續(xù)運行5分鐘保持冷卻。機組熱備用時，低溫水系統(tǒng)不運行。

1.4 高溫水系統(tǒng)

設(shè)有主回路和預熱回路， 主回路包括機帶泵、主機內(nèi)部冷卻回路、高溫水散熱器、膨脹水箱等， 預熱回路包括預熱電動泵（201PO）、高溫水加熱器（200RS）、潤滑油/高溫水熱交換器等。高溫水系統(tǒng)有幾方面的功能，這些功能分別體現(xiàn)在運行狀態(tài)和備用狀態(tài)。柴油發(fā)電機組在運行過程中，高溫水系統(tǒng)的功能是冷卻機械部件，例如：氣缸套、氣缸蓋、排氣閥、噴油器及渦輪增壓器等，而熱量最終由安裝在高處的散熱風機帶走。機組處于備用狀態(tài)時，為了時刻保持暖機狀態(tài)，以確保機組能很好的應(yīng)急啟動，高溫水系統(tǒng)的功能一方面是預熱柴油機，使得柴油機在應(yīng)急啟動時有一個最佳的機械條件；另一方面則是熱交換器加熱潤滑油。而高溫水則是由200RS對其進行預熱。

1.5 壓縮空氣系統(tǒng)

系統(tǒng)分為高壓回路和低壓回路：高壓回路用來啟動柴油機和供氣給低壓回路，低壓回路用來控制柴油機的起動和正常停車，并可通過提升燃油泵實現(xiàn)電子超速停車控制。每臺柴油發(fā)電機設(shè)計有兩套獨立的壓縮空氣啟動回路，正常時要維持空氣罐有足夠的壓力，以保證5次連續(xù)啟動而不需要重新給啟動空氣罐充氣。兩臺壓空機250/251CO分別對應(yīng)250/251BA，各自獨立工作。在空氣罐的壓力小于34bar時壓空機啟動，壓力達到40bar時壓空機停止。兩套壓縮空氣系統(tǒng)平時完全分開，在其中的一臺壓空機故障時，可以將兩列的連通閥打開，從而實現(xiàn)一臺壓空機帶兩個壓縮空氣罐運行。壓空機為三級離心式壓縮機，它的啟動方式為卸載啟動，即啟動指令發(fā)出時三級的卸載閥均開啟，待啟動后卸載閥延時關(guān)閉。兩路啟動控制空氣管路分別直接與相關(guān)的減壓閥相連，兩路7bar的啟動控制空氣分別控制打開柴油機A、B列的主起動閥，從而40bar的啟動空氣得以沖入氣缸推動活塞運轉(zhuǎn)，最終啟動柴油機。兩路低壓空氣管路連接在一起，在各自的止回閥和隔離閥的下游形成了公共的低壓空氣回路，用以控制停車操作：正常停車和超速停車。正常停車控制空氣管路從低壓空氣瓶的上游分出；兩路超速控制空氣從低壓空氣瓶下游分出，每路有一個氣控閥驅(qū)動一排氣缸。

對于正常起動，起動指令由電子程控系統(tǒng)發(fā)出給啟動電磁閥（250EL/251EL）同時開啟，稱為雙排啟動。柴油機的起動也可由單排氣缸來完成（即單排起動），單列失效并不會影響機組的正常啟動，這樣就確保了柴油機起動運行的高度可靠性。若通過調(diào)速器附近的啟動手柄啟動柴油機，只需選擇其中的一排氣缸起動系統(tǒng)。起動時，拉一下起動手柄即可。發(fā)動機上安裝有一道機械聯(lián)鎖，如果盤車機構(gòu)未脫開，則柴油機起動將閉鎖。

1.6 進排氣系統(tǒng)

進氣系統(tǒng)通過兩個渦輪增壓器將過濾后的環(huán)境空氣進行增壓后供給柴油機，排氣系統(tǒng)在渦輪增壓器的出口收集柴油機的排氣后排放至煙囪。應(yīng)急柴油發(fā)電機熱備用狀態(tài)時，渦輪增壓器有高溫水系統(tǒng)預熱；應(yīng)急柴油發(fā)電機啟動后則改為冷卻。燃燒進氣則通過渦輪增壓器后的中冷器，由低溫水對進行冷卻后使用。

1.7 通風

應(yīng)急柴油發(fā)電機運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生大量的熱量為此設(shè)置了與柴油發(fā)電機組啟動聯(lián)鎖而且接受廠房溫度控制的三組排風機001/002/003ZV，為減少運行噪音在空氣入口處設(shè)計了消音器（噪聲衰減板）。電氣間的一臺送風機004ZV完全受配電間廠房溫度控制，排風則通過排風豎井的煙囪效應(yīng)排出。

1.8 消防系統(tǒng)

消防系統(tǒng)采用分區(qū)控制，分設(shè)主油箱區(qū)和發(fā)電機區(qū)。主油箱區(qū)采用開式噴淋系統(tǒng)，發(fā)電機區(qū)采用閉式噴淋系統(tǒng)。均設(shè)有泡沫滅火罐，在消防系統(tǒng)啟動初期將泡沫帶出，另外消防系統(tǒng)可

2 應(yīng)急柴油發(fā)電機組的啟動與停運

應(yīng)急柴油發(fā)電機的啟動分為正常啟動和應(yīng)急啟動，停運則分為就地手動停機和自動跳機兩種情況。正常啟動方式主要用于應(yīng)急柴油發(fā)電機的再鑒定和試驗，應(yīng)急啟動方式主要是在特殊情況下為保障核安全的啟動。

2.1 系統(tǒng)啟動

系統(tǒng)啟動是指從備用狀態(tài)轉(zhuǎn)換到柴油發(fā)電機組帶載。柴油發(fā)電機在接到啟動信號10秒鐘內(nèi)，能使發(fā)電機達到額定轉(zhuǎn)速和額定電壓。柴油發(fā)電機一旦達到額定轉(zhuǎn)速和額定電壓，就可立即帶載。柴油發(fā)電機是連接到6.0KV應(yīng)急配電盤系統(tǒng)（LHA或LHB）上的。閉合應(yīng)急斷路器（LHA/B002JA）來加載第一個負載組。在開始帶載以后，其后的負載便按照規(guī)定的重新加載自動的投入。在重新加載期間，頻率不得低于額定頻率的95%；電壓不得低于額定電壓的75%；在每個符合階躍時間間隔的40%以內(nèi)，頻率必須恢復到額定頻率的98%，電壓必須恢復到額定電壓的90%。

可以啟動柴油發(fā)電機的方法：手動、自動。

2.1.1 手動

包括三種：在主控室（KSC）、在應(yīng)急停堆盤（KPR）、在就地。

使用001PP盤上的002CC使機組啟動。首先檢查運行模式選擇開關(guān)001CC在“正?！蔽恢茫瑘缶P面上無異常報警（目前有潤滑油進機壓力低報警，為正常），將“就地/遠方”選擇開關(guān)001TL放在“就地”位置；然后用開關(guān)002CC啟動柴油發(fā)電機，與此同時預潤滑和預熱回路被切除，機組的輔助設(shè)備啟動；當柴油發(fā)電機的轉(zhuǎn)速達到400rpm時可用勵磁手動開關(guān)015CC閉合勵磁接觸器；電壓的調(diào)節(jié)通常是自動調(diào)節(jié)，一旦自動調(diào)節(jié)發(fā)生故障，可以通過電壓調(diào)節(jié)控制開關(guān)002TL選擇手動，用電壓手動調(diào)節(jié)開關(guān)003CC來調(diào)壓。

2.1.2 自動

出現(xiàn)安注信號、安全殼壓力高高信號、LHA/LHB失壓信號。

應(yīng)急啟動主要是在緊急情況下為保證安全或工作可靠性而啟動，應(yīng)急啟動信號包括：安注信號、安全殼噴淋信號、LHA/B母線電壓低（低于0.8UN超過0.9秒）、主控室T20盤上的緊急啟動按鈕013TO啟動。

2.2 系統(tǒng)停運

2.2.1 就地手動停機

不論柴油機是以何種方式啟動的，手動停機只能在就地進行。對于遠距離啟動（包括KSC/KPR啟動）和自動啟動柴油發(fā)電機后，首先在主控室按下014TO停機認可按鈕，給出允許停機信號，才能在就地使用002CC開關(guān)使柴油發(fā)電機停機。

對于就地啟動的柴油發(fā)電機，就地手動停機則不需通過主控室給出允許停機信號。若發(fā)出正常停機信號的同時出現(xiàn)自動信號啟動柴油發(fā)電機，則優(yōu)先啟動。

不論是什么性質(zhì)的啟動信號，就地應(yīng)急停機按鈕001TO都可停運柴油發(fā)電機。此外，柴油發(fā)電機本體上的緊急停機桿也可強制停機。

2.2.2 自動跳機

分為兩種情況，柴油發(fā)電機組在正常運行時的跳機和在應(yīng)急運行時的跳機。分別由正常運行跳機保護信號和應(yīng)急運行跳機保護信號控制。

自動跳機的信號一旦出現(xiàn)就被保持記憶住，并且閉鎖再次啟動柴油發(fā)電機組。只有就地控制盤001PP上的復位按鈕002TO才可以對其復位，值得注意的是試驗中倘若出現(xiàn)了自動停機，不應(yīng)急于復位，以免報警信號丟失，不便于維修人員分析跳機原因。

3 應(yīng)急柴油發(fā)電機組的保護設(shè)置

為保證應(yīng)急柴油發(fā)電機工作的可靠性，針對柴油機和發(fā)電機設(shè)置了多種跳機（跳閘）保護，防止可能對應(yīng)急柴油發(fā)電機造成的不必要的損壞。主要的保護設(shè)置針對正常啟動方式下和應(yīng)急啟動方式下有所不同。

3.1 正常啟動方式下的保護：

可分兩類，針對柴油機的保護和針對發(fā)電機的保護。

3.1.1 針對柴油機的保護

a.機械超速保護

b.手動應(yīng)急切斷（001PP上的應(yīng)急停機按鈕和就地機尾的應(yīng)急停機桿）

c.柴油機中的曲軸箱油壓過高

d.柴油機中的潤滑油系統(tǒng)油壓太低

e.柴油機中的潤滑油系統(tǒng)油溫過高

f.柴油機的冷卻水壓力不正常

g.柴油機冷卻水溫度達到高高值

h.絕緣故障的第二個閾值

i. 柴油機軸承溫度第二閾值

j. 到柴油機的燃油壓力低、潤滑油日用油箱150BA低低液位

k.排氣或渦輪增壓器出口溫度低或高

3.1.2 針對發(fā)電機的保護

a.低電壓保護（三取二）

b.發(fā)電機差動保護、發(fā)電機過負荷保護、過電流保護、發(fā)電機失磁保護

c.逆功率保護、最大兩相過電壓、頻率高、頻率低保護

d.發(fā)電機軸承溫度第二閾值、發(fā)電機繞組溫度第二閾值

e.電超速保護、勵磁過電流第二閾值

f.勵磁旋轉(zhuǎn)二極管故障、勵磁可控硅熔斷器故障

3.2 應(yīng)急運行方式下的保護

為了最大程度上滿足應(yīng)急電源的投入，柴油發(fā)電機在應(yīng)急運行時投入的跳機信號縮減到最少數(shù)目，只有三個：機械超速保護、發(fā)電機低電壓保護、就地應(yīng)急停機（包括應(yīng)急停機按鈕和應(yīng)急停機桿）。

3.3 應(yīng)急柴油發(fā)電機組的優(yōu)先聯(lián)鎖

存在以下三種情況之一時柴油發(fā)電機組無論接收到何種啟動信號均不能啟動：當柴油發(fā)電機組的運行方式（001CC）設(shè)置在“維修”狀態(tài)時；當盤車在工作時；當壓縮空氣啟動回路A邊與B邊的壓力均低時（P<3200Kpa）。

4 結(jié)束語

應(yīng)急柴油發(fā)電機組牽涉的系統(tǒng)眾多，是我廠最后一道電源屏障。在正常運行中應(yīng)深入理解其運行方式、養(yǎng)成良好的操作習慣，培養(yǎng)全方位的思維模式，使應(yīng)急柴油發(fā)電機組能很好的發(fā)揮獨立性、機動性的優(yōu)勢，作為我廠的堅強后盾行使其應(yīng)急功能。

【參考文獻】

[1]核電廠高級運行.核電秦山聯(lián)營有限公司[Z].2008，3.

[2]秦山第二核電廠一/二號機組運行技術(shù)規(guī)格書[Z].2009，6.

[3]秦山第二核電廠系統(tǒng)系統(tǒng)手冊（LHP-LHQ）[Z].2006，9.

[責任編輯：楊玉潔]