核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)突加負(fù)載試驗(yàn)方法

潘永成

（江蘇核電有限公司，江蘇連云港 222000）

1 EDG性能驗(yàn)證

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組（Emergency Diesel generator，EDG）在核電廠承擔(dān)安全相關(guān)功能，在核電廠失去場外電源時(shí)，需要對安全廠用負(fù)荷進(jìn)行分級帶載，以保證反應(yīng)堆堆芯余熱導(dǎo)出，保證3道安全屏障的安全。EDG從出廠試驗(yàn)開始，歷經(jīng)多種試驗(yàn)，核電廠內(nèi)的突加負(fù)載試驗(yàn)是對整個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組暫態(tài)特性的考核，是對調(diào)速器、發(fā)電機(jī)組暫態(tài)電抗以及AVR（Automatical Voltage Regulator，自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器）響應(yīng)特性進(jìn)行詳細(xì)錄波分析的一種試驗(yàn)。

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)容量有限，當(dāng)突然加載較大負(fù)荷時(shí)，發(fā)電機(jī)的頻率和電壓均會(huì)出現(xiàn)下降。通過現(xiàn)場的突加負(fù)載試驗(yàn)，考核EDG綜合性能，驗(yàn)證突加負(fù)載能力是否滿足實(shí)際需求。

2 優(yōu)化分析

2.1 試驗(yàn)負(fù)荷的選取

按照IEEE 387的規(guī)范要求，需要啟動(dòng)柴油機(jī)在應(yīng)急運(yùn)行期間最大的負(fù)荷。由于在調(diào)試期間，以VVER（Water Water Energetic Reactor，水—水動(dòng)力反應(yīng)堆）機(jī)型為例，EDG帶載的最大負(fù)荷為LAS泵（Emergency Feed Pump，應(yīng)急補(bǔ)水泵）800 kW，在蒸汽發(fā)生器失去正常補(bǔ)水后為其提供應(yīng)急補(bǔ)水，保證堆芯的余熱導(dǎo)出，而蒸汽發(fā)生器的整個(gè)管線可用的施工邏輯往往又滯后于EDG可用性的要求，因此現(xiàn)場僅采用小流量試驗(yàn)。小流量試驗(yàn)的缺點(diǎn)是負(fù)載小于實(shí)際負(fù)載。但從試驗(yàn)的特性來說，該試驗(yàn)更側(cè)重于對于發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗和勵(lì)磁系統(tǒng)的考核，調(diào)速器的試驗(yàn)在廠家突加負(fù)載時(shí)能夠足夠證明其可靠性。工廠出廠驗(yàn)收時(shí)，EDG需要?dú)v經(jīng)最大為75%額定功率的突加負(fù)載（4210 kW），在該條件下的頻率最大偏差為±5%，且在2 s內(nèi)恢復(fù)。廠家試驗(yàn)時(shí)，考核條件已經(jīng)超過現(xiàn)場最大單個(gè)負(fù)荷，對于EDG的暫態(tài)考核，應(yīng)側(cè)重于對于電壓跌落的考核。EDG制造廠的試驗(yàn)臺(tái)架上不具備800 kW的電機(jī)，通過阻性水電阻以及并聯(lián)電抗器來模擬試驗(yàn)負(fù)載，該類型的模擬無法實(shí)際代表電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過程。突加負(fù)載試驗(yàn)更多的應(yīng)從考核無功的角度考慮，即電壓跌落的深度。使用LAS泵的小流量啟動(dòng)可以接受。

2.2 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的選取

國內(nèi)的EDG突加試驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)有法國RCCE標(biāo)準(zhǔn)以及德國KTA標(biāo)準(zhǔn)。RCC—EC2400的標(biāo)準(zhǔn)為:突加負(fù)載時(shí)頻率不應(yīng)下降到額定值的95%以下，電壓不應(yīng)下降到額定值的75%以下。

按照KTA 3702標(biāo)準(zhǔn)要求，在“Transition voltage deviation during power lever increase”（電源負(fù)載增加期間過渡電壓的偏差），頻率不應(yīng)低于額定值的95%，電壓不應(yīng)下降到85%以下。KTA標(biāo)準(zhǔn)比RCCE標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，VVER項(xiàng)目EDG的制造及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)采用KTA標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)參考KTA3702標(biāo)準(zhǔn)。

3 試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)的實(shí)施

突加負(fù)載并不是單一的試驗(yàn)項(xiàng)目，是一連串連續(xù)試驗(yàn)里的一個(gè)環(huán)節(jié)。驗(yàn)證的是EDG的負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力，是把1臺(tái)接近空載的發(fā)電機(jī)突然加上負(fù)載，驗(yàn)證轉(zhuǎn)速和電壓變化。試驗(yàn)方法是將BE*母線下游帶上盡量多的負(fù)載，然后將EDG并網(wǎng)，并網(wǎng)后的EDG由于調(diào)速器自動(dòng)加載900 kW負(fù)荷，可手動(dòng)減少有功輸出，但是低功率時(shí)的功率很難停留在穩(wěn)定的平臺(tái)。需要就地和主控室配合，當(dāng)觀察到EDG輸出的功率處于低谷時(shí)，主控室果斷斷開BE*進(jìn)線斷路器。使得本段母線負(fù)載由電網(wǎng)帶載轉(zhuǎn)移至EDG，觀察進(jìn)線斷路器斷開前后的電壓及頻率波動(dòng)。BE*進(jìn)線斷路器分閘使得EDG進(jìn)入應(yīng)急模式，電調(diào)從試驗(yàn)?zāi)Ｊ角袚Q至應(yīng)急模式時(shí)，儀控系統(tǒng)會(huì)給出短暫的停機(jī)脈沖命令。停機(jī)脈沖命令消失后，電調(diào)檢測到轉(zhuǎn)速會(huì)將柴油機(jī)重新拉到以1560 r/min為起始點(diǎn)的4%Droop（勵(lì)磁下垂控制特性）曲線上。由于AVR不區(qū)分是否并網(wǎng)，它是恒Droop模式，根據(jù)發(fā)電機(jī)的電流調(diào)整發(fā)電機(jī)的端電壓。

調(diào)試期間，下游的負(fù)載1000 kW，觀察不到電壓發(fā)生顯著的變化。該電流跟電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流相差數(shù)倍，對于AVR及發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗的特性考核而言比較微弱。

在EDG進(jìn)入孤島模式后，先停掉LAS泵，然后準(zhǔn)備開始突加負(fù)載，就地的錄波器準(zhǔn)備好之后，開始倒計(jì)時(shí)錄波，主控人員啟動(dòng)LAS泵。LAS泵啟動(dòng)完畢后，對電壓跌落深度及恢復(fù)時(shí)間進(jìn)行初步判斷。

3.2 同源核相與假同期

EDG的突加試驗(yàn)結(jié)束后，需要將處于孤島運(yùn)行的EDG與外電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)，稱為反同期。并網(wǎng)同期試驗(yàn)前，需進(jìn)行同源核相試驗(yàn)，EDG突加負(fù)載試驗(yàn)接線圖見圖1。經(jīng)歷同源核相試驗(yàn)，才能對同期回路的正確性做出判斷，否則在二次線接線錯(cuò)誤情況下將使得同期表顯示滿足同期條件，從而對發(fā)電機(jī)造成巨大傷害。其中同源核相部分，在發(fā)電機(jī)首次啟動(dòng)之前已經(jīng)具備條件。反同期時(shí)BE*母線和BB*母線的同期，也就是兩段PT（Position Transformer，電壓互感器）之間的同期，在BE*上電后，可對反同期回路進(jìn)行同源核相的確認(rèn)。在同一個(gè)1次電源情況下，確認(rèn)此時(shí)同期表指向12點(diǎn)。

反同期的前提是同源核相，真正反同期操作前需進(jìn)行1次假同期，即是將進(jìn)線斷路器置于試驗(yàn)位置，然后進(jìn)行合閘。通過錄波器錄取進(jìn)線斷路器變位反饋以及BE*和BB*包絡(luò)電壓的比較，進(jìn)線斷路器的變位反饋應(yīng)在包絡(luò)電壓的近零點(diǎn)。

調(diào)試時(shí)，由于反同期表在后備盤，后備盤調(diào)試屬于儀控人員，因此EDG調(diào)試人員并未過多深入后備盤的回路部分。而且假同期試驗(yàn)時(shí)的試驗(yàn)方法不完整，僅在接近12點(diǎn)時(shí)按下合閘按鈕，未在6點(diǎn)、9點(diǎn)方向嘗試合閘，所以默認(rèn)為同期表的輸出允許接點(diǎn)串在合閘回路當(dāng)中。在后續(xù)的調(diào)試過程中，多次核實(shí)后發(fā)現(xiàn)同期表的允許接點(diǎn)未串在合閘回路當(dāng)中，將允許接點(diǎn)串入，同期表允許接點(diǎn)串入后，需要校驗(yàn)同期表的允許頻差，按照國內(nèi)習(xí)慣設(shè)置為（0.1～0.3）Hz，換算成轉(zhuǎn)速為（3～9）r/min?；謴?fù)與外電網(wǎng)連接時(shí)，需要在主控后備盤操作，硬件按鈕操作送至儀控系統(tǒng)，儀控系統(tǒng)再送至保護(hù)柜，保護(hù)柜再送至電調(diào)/AVR。因此可以明顯察覺到響應(yīng)滯后，將允許轉(zhuǎn)差調(diào)整到0.15 Hz，也就是接近7 r/min。

圖1 EDG突加負(fù)載試驗(yàn)接線圖

假同期操作過程中，在6點(diǎn)、9點(diǎn)方向嘗試合閘失敗，在接近12點(diǎn)時(shí)應(yīng)正確動(dòng)作。然后可以將斷路器推入工作位置，開始正式的反同期合閘操作，正式合閘過程中進(jìn)行錄波，分析開關(guān)變位與包絡(luò)電壓的關(guān)系，分析假同期時(shí)，兩邊PT電壓存在差異，二次線的長度不一致，使得包絡(luò)電壓存在固有壓差，在同源核相期間測量包絡(luò)電壓的固有壓差，以便在假同期時(shí)對近零點(diǎn)判斷。反同期成功后，停運(yùn)EDG，試驗(yàn)結(jié)束。

4 結(jié)束語

分析應(yīng)急柴油機(jī)突加負(fù)載試驗(yàn)方法，進(jìn)行試驗(yàn)和后期并網(wǎng)，充分的考察柴油機(jī)性能。不應(yīng)拘泥于湊出最大有功負(fù)載，通過2臺(tái)或者多臺(tái)中壓電機(jī)啟動(dòng)來模擬LAS泵的真實(shí)帶載，該工況目的是湊出有功功率相近，但該情況下勵(lì)磁機(jī)的無功功率存在不足，導(dǎo)致過流保護(hù)動(dòng)作。充分認(rèn)識(shí)同源核相試驗(yàn)的極端重要性，對于回路及PT差異導(dǎo)致的固有壓差，在EDG并網(wǎng)試驗(yàn)的導(dǎo)前時(shí)間核算時(shí)進(jìn)行考慮。