失去四級電源后單臺備用柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行的處理

【摘 要】 本文分析了某核電站發(fā)生失去四級電源事件后只有單臺備用柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，為確保機(jī)組安全的相關(guān)負(fù)荷電源需求情況，并簡要分析了安全相關(guān)的三級母線電動機(jī)負(fù)荷啟動時對備用柴油發(fā)電機(jī)及母線電壓的影響，以其作為備用柴油發(fā)電機(jī)繼續(xù)帶載的理論基礎(chǔ)，從而制定了失去四級電源后僅單臺備用柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時的處理原則，對可能的事件處理提供了依據(jù)和參考。

【關(guān)鍵詞】 失去四級電源 ?三級母線 ?備用柴油發(fā)電機(jī) ?帶載原則

1 概述

某核電站廠用電源分成一、二、三、四個等級。其中四級電源為可長期中斷電源，主要功能是為維持機(jī)組日常運(yùn)行的負(fù)荷供電，而三級電源是可短時中斷數(shù)分鐘的交流電源系統(tǒng)，其主要功能是為電站啟停、正常運(yùn)行，以及應(yīng)急停堆提供必要的安全電源，從而確保電站安全停堆和余熱排出。該電站共有兩臺機(jī)組，每臺機(jī)組有兩條6.3KV三級電源母線（BUE和BUF母線），正常運(yùn)行時從四級電源母線供電。一級、二級電源為不間斷（UPS）的安全電源。每條6.3KV母線上各連一臺備用柴油發(fā)電機(jī)，當(dāng)失去四級電源時，備用柴油發(fā)電機(jī)自動啟動向三級母線供電。

如果機(jī)組發(fā)生失去四級電源事件后，一臺備用柴油發(fā)電機(jī)由于正處于維修或某種故障而無法啟動，或啟動后無法建立額定電壓等導(dǎo)致一臺備用柴油發(fā)電機(jī)不可用，電站的安全相關(guān)負(fù)荷將由另一臺備用柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行帶載。兩條6.3KV母線之間配備有母聯(lián)開關(guān)，在發(fā)生這種工況時，可以根據(jù)實(shí)際的負(fù)荷情況，帶上另一條母線上的重要負(fù)荷來緩解事件后果。為了確保電站的安全停堆和余熱導(dǎo)出，確保唯一可用的這臺備用柴油發(fā)電機(jī)可靠地將需要的負(fù)荷帶載，需要根據(jù)各三級負(fù)荷對電站的重要程度、及該負(fù)荷帶載時對三級母線的影響情況確定一個帶載原則。

2 三級母線的負(fù)荷配置情況及柴油發(fā)電機(jī)帶載能力

某核電站安全相關(guān)負(fù)荷按照奇偶配置、互為備用的原則，分配在奇偶母線上。設(shè)計上，失去四級電源后，兩臺機(jī)組的1#備用柴油發(fā)電機(jī)順序帶載負(fù)荷分別為6755KW和6494KW，2#備用柴油發(fā)電機(jī)順序帶載負(fù)荷分別為7278KW和7017KW。近年來，為了提高電站運(yùn)行的可靠性，電站實(shí)施了部分系統(tǒng)的變更改造，先后增加了部分三級電源負(fù)荷?，F(xiàn)1#機(jī)組兩臺備用柴發(fā)電機(jī)實(shí)際的順序帶載負(fù)荷分別為6848.6KW和7208.5KW;2#機(jī)組兩臺備用柴油發(fā)電機(jī)實(shí)際的順序帶載負(fù)荷分別為6414.2KW和6925.1KW。

根據(jù)設(shè)計手冊，每臺備用柴油發(fā)電機(jī)的額定設(shè)計功率為8200KW。當(dāng)接到失去四級電源信號時，相應(yīng)的備用柴油發(fā)電機(jī)會自動啟動，30秒內(nèi)達(dá)到額定電壓和頻率，并在180秒內(nèi)完成必要的三級負(fù)荷帶載。每臺備用柴油發(fā)電機(jī)在24小時內(nèi)可以有2小時超過額定設(shè)計功率10%的過載能力，即每24小時內(nèi)可以有2小時其帶載功率達(dá)到9020KW。另外，目前每臺備用柴油發(fā)電機(jī)燃油箱裝量是按照原最大的順序帶載功率即7278KW來充裝的，即兩主油箱液位為5.25米左右，而日用油箱保持在0.88米左右，以滿足應(yīng)急工況下7天的燃油適用裝量要求。

3 失去四級電源事件后電站自動響應(yīng)及安全相關(guān)負(fù)荷的電源需求情況

3.1 反應(yīng)堆功率

失去四級電源后，主熱傳輸泵跳閘，主熱傳輸系統(tǒng)流量驟減，將導(dǎo)致主系統(tǒng)壓力迅速上升和反應(yīng)堆功率上升。然而1、2號停堆系統(tǒng)的控制回路是由一、二級不間斷電源（UPS）帶載，失去三、四級電源后，UPS能維持一個小時供電，失去四級電源后1號停堆系統(tǒng)或2號停堆系統(tǒng)能可靠動作。因此，在本工況中反應(yīng)性的控制是可靠而有效的。

3.2 放射性包容

在失去四級電源及有一臺備用柴油發(fā)電機(jī)不可用時，安全殼的隔離功能并不受影響。因?yàn)榘踩珰じ綦x閥失去儀用壓空或控制電源的情況下，安全殼隔離閥會自動關(guān)閉，屬失效安全狀態(tài)。和安全殼相關(guān)的其它安全相關(guān)系統(tǒng)，如噴淋系統(tǒng)的噴淋閥則保持事件前狀態(tài)，即事件前如果噴淋閥是關(guān)閉的則保持關(guān)閉狀態(tài)，只要儀用壓空壓力正常也不影響該系統(tǒng)的功能。裝卸料機(jī)房間及蒸器發(fā)生器間的就地空冷器在此工況中將有一半不可用，在停堆后，能滿足上述房間的冷卻需要。

3.3 堆芯冷卻

3.3.1 主熱傳輸系統(tǒng)的循環(huán)動力

失去四級電源后，主熱傳輸泵跳閘，主熱傳輸系統(tǒng)流量驟減。隨著停堆系統(tǒng)的可靠動作，堆功率隨即迅速下降至零功率。在主熱傳輸泵惰轉(zhuǎn)期間，燃料的冷卻始終得到滿足，主泵惰轉(zhuǎn)結(jié)束后，堆芯將建立起自然循環(huán)，通過自然循環(huán)來導(dǎo)出堆芯燃料的衰變熱。如果由于某些原因，導(dǎo)致自然循環(huán)失效，從設(shè)計上，還可以在熱態(tài)零功率情況下，投運(yùn)停冷系統(tǒng)。在安全分析上，一臺停冷熱交換器的容量只有在停堆6小時后才能保證堆芯余熱的排出。因此，如果失去四級電源后僅一臺備用柴油發(fā)電機(jī)可用，而自然循環(huán)又由于某種原因失效，則需盡快合上BUE和BUF母線的母聯(lián)開關(guān)，同時投運(yùn)兩臺停冷泵和停冷熱交換器，對堆芯進(jìn)行冷卻。

3.3.2 蒸汽發(fā)生器裝量控制

失去四級電源后，主給水泵跳閘停運(yùn)。此時，必須確保備用柴油發(fā)電機(jī)可用側(cè)的輔助給水泵正常帶載。如果輔助給水泵都不可用，則蒸發(fā)器的水裝量將會持續(xù)的減少，操縱員必須盡快合上母聯(lián)開關(guān)，并啟動另一側(cè)的輔助給水泵。如果輔助給水泵無法啟動，操縱員可以通過開啟MSSV降低蒸發(fā)器二次側(cè)的壓力，由噴淋水箱向蒸發(fā)器提供應(yīng)急補(bǔ)水，噴淋水箱內(nèi)的水大約可以帶走4天的堆芯余熱，或者啟動EPS和EWS泵向蒸發(fā)器二次側(cè)進(jìn)行補(bǔ)水。在失去四級電源事件中，如果反應(yīng)堆能在第一時間可靠自動脫扣，則蒸發(fā)器中的水裝量至少能滿足60分鐘的堆芯衰變熱的導(dǎo)出。保守考慮，如果在失去四級電源事件中，反應(yīng)堆是由于蒸發(fā)器低液位而觸發(fā)二號停堆系統(tǒng)，蒸發(fā)器內(nèi)的水裝量也能滿足30分鐘的堆芯衰變熱的導(dǎo)出。

3.3.3 RCW/RSW系統(tǒng)（最終熱阱）

電站四臺重要的設(shè)備冷卻水/海水泵（RCW/RSW）泵分別從BUE和BUF供電，向電站相關(guān)用戶提供冷卻水，在冬季，保持兩臺泵運(yùn)行，一臺泵備用;而在夏季，則是三臺運(yùn)行，一臺備用。當(dāng)發(fā)生失去四級電源事件后單臺備用柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，對于備用柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行的這條母線只能自動帶載啟動一臺RCW泵，另外一臺泵由于該母線的進(jìn)線斷路器跳開而不能啟動，只有當(dāng)該母線上運(yùn)行泵故障跳閘時，該備用泵才能啟動。

失去四級電源事件后單臺備用柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，RCW/RSW系統(tǒng)維持一臺泵兩臺熱交換器的運(yùn)行模式，即使是在夏季也是如此。其理由如下：

（1）從備用柴油發(fā)電機(jī)的負(fù)荷核算來看，失去四級電源后一臺備用柴油發(fā)電機(jī)的自動帶載功率接近7000KW，如果再啟動一臺RCW泵和一臺RSW泵，將增加功率約2250KW，必將造成備用柴油發(fā)電機(jī)過載，甚至?xí)捎趩訒r造成母線壓降過大而引起保護(hù)動作，造成兩臺備用柴油發(fā)電機(jī)都不可用。

（2）從RCW系統(tǒng)的壓力及溫度控制上也沒有必要再啟動一臺RCW泵。停堆以后，慢化劑溫度控制大閥將全關(guān)，只有小控制閥進(jìn)行溫度控制，加上失去四級電源后還會甩掉汽機(jī)廠房的一些非重要RCW負(fù)荷。此時，保持一臺RCW泵運(yùn)行仍可以保證RCW系統(tǒng)壓力在正常壓力。

（3）經(jīng)過統(tǒng)計，在失去四級電源事件后單臺備用柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時的RCW需求總流量分別是119766 l/min（2#SDG運(yùn)行）和128064 l/min（1#SDG運(yùn)行）。而一臺RCW泵的流量為132489l/min。因此，失去四級電源事件后單臺備用柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，保持一臺RCW泵運(yùn)行能滿足用戶的需要。

4 備用柴油發(fā)電機(jī)繼續(xù)帶載問題

當(dāng)備用柴油發(fā)電機(jī)自動帶載結(jié)束后，或失去四級電源后一段時間，如堆芯通過蒸發(fā)器已冷卻至170℃以下，將由停冷系統(tǒng)繼續(xù)冷卻，這時可以通過輔助給水泵將蒸發(fā)器補(bǔ)水至2.5米后，然后停運(yùn)輔助給水泵及輔助凝泵。這樣備用柴油發(fā)電機(jī)的帶載功率將由剛失去四級電源時的較高功率降至相對較低功率。這時，就可以根據(jù)機(jī)組的需要繼續(xù)帶一些必要的重要負(fù)荷。但是，由于異步電動機(jī)起動時，其起動電流可達(dá)額定電流的6～8倍。根據(jù)S=UI（S為視在功率，U為視在電壓，I為視在電流），當(dāng)瞬間電流I很大時，就會造成母線電壓U瞬間下降。如果電壓下降太多，會影響同一條母線上的其它負(fù)載甚至是備用柴油發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。異步電機(jī)啟動電流對母線電壓的影響程度主要取決于備用柴油發(fā)電機(jī)的容量大小以及電機(jī)負(fù)荷的大小。由于備用柴油發(fā)電機(jī)的設(shè)計容量是一定的，因此電機(jī)負(fù)荷不同，其啟動電流對備用柴油發(fā)電機(jī)的影響也相應(yīng)地不同。

經(jīng)過帶入數(shù)據(jù)計算分析，在備用柴油發(fā)電機(jī)達(dá)到一定的帶載功率后，只要增加負(fù)荷后其總功率不超過備用柴油發(fā)電機(jī)的額定設(shè)計功率8200KW，其啟動電流引起的母線壓降都不會達(dá)到低電壓保護(hù)整定值，可以繼續(xù)啟動相應(yīng)的負(fù)荷。如果工藝上沒有先后順序，考慮到負(fù)荷越大，其啟動電流所引起的母線壓降越大。因此，在繼續(xù)帶載啟動時應(yīng)先啟動大功率負(fù)荷再啟動小功率負(fù)荷。

此外，盡管單臺備用柴油發(fā)電機(jī)燃油箱裝量是按照原最大的順序帶載功率即7278KW來充裝的，滿足應(yīng)急工況下7天的燃油裝量。但在本事件中，失去四級電源后只有一臺備用柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行，而兩臺備用柴油發(fā)機(jī)的主油箱是通過連通管相連的。因此即使唯一運(yùn)行的這臺備用柴油發(fā)電機(jī)帶載功率達(dá)到額定設(shè)計功率8200KW，也能連續(xù)運(yùn)行接近兩周時間。

5 失去四級電源事件后單臺備用柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時的處理原則

失去四級電源后，如果一臺備用柴油發(fā)電機(jī)不可用，則需利用運(yùn)行的這臺備用柴油發(fā)電機(jī)將所需的三級負(fù)荷都帶上。尤其是2#備用柴油發(fā)電機(jī)不可用時，需確保輔助給水泵和輔助凝泵通過母聯(lián)由1#備用柴油發(fā)電機(jī)帶上。因此，結(jié)合前面的分析，可以制定出功率運(yùn)行時失去四級電源故后單臺備用柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時的處理原則。

5.1 失去四級電源事件后僅1#備用柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行的處理原則

（1）立即確認(rèn)1#SDG自動帶載成功。在確認(rèn)自動帶載的過程中，如果發(fā)現(xiàn)響應(yīng)不正常，操縱員應(yīng)進(jìn)行手動干預(yù)，如嘗試手動啟動相應(yīng)的負(fù)荷等;（2）將5433-MCC17A/19B/18C切至奇?zhèn)入娫垂╇姟Ｓ捎赨PS蓄電池設(shè)計上的供電時間只有60分鐘，為了防止UPS電池耗盡，需盡早將MCC17A/19B/18C切到奇?zhèn)入娫垂╇?（3）將BUF母線通過母聯(lián)開關(guān)由BUE母線帶上;（4）補(bǔ)帶載。如果由1#備用柴油發(fā)電機(jī)自動帶載的負(fù)荷沒有自動帶載成功，如相應(yīng)的設(shè)備故障等。則在BUF母線帶電后，操縱員應(yīng)立即進(jìn)行補(bǔ)帶載，即手動啟動相應(yīng)的設(shè)備。啟動的順序和時間間隔應(yīng)參考1#備用柴油發(fā)電機(jī)程序帶載的順序和時間間隔;（5）帶上BUF母線重要負(fù)荷，尤其要確保至少一臺輔助給水泵運(yùn)行;（6）通過自然循環(huán)用蒸發(fā)器將堆芯冷卻至200℃左右后（如果自然循環(huán)有效，可以繼續(xù)冷卻），啟動1號停冷泵3341-P1，投運(yùn)奇回路停冷系統(tǒng)，并將停冷系統(tǒng)偶系列電動閥送電，啟動2#停冷泵，投運(yùn)偶回路停冷系統(tǒng);（7）其它后續(xù)行動。

5.2 失去四級電源事件后僅2#備用柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行的處理原則

（1）立即確認(rèn)2#SDG自動帶載成功。在確認(rèn)自動帶載的過程中，如果發(fā)現(xiàn)響應(yīng)不正常，操縱員應(yīng)進(jìn)行手動干預(yù)，如嘗試手動啟動相應(yīng)的負(fù)荷等;（2）將5433-MCC17A/19B/18C切至偶側(cè)電源供電;（3）將BUE母線通過BUF母線帶上;（4）補(bǔ)帶載。如果由2#備用柴油發(fā)電機(jī)自動帶載的負(fù)荷沒有自動帶載成功，如相應(yīng)的設(shè)備故障等。則在BUE母線帶電后，操縱員應(yīng)立即進(jìn)行補(bǔ)帶載，即手動啟動相應(yīng)的設(shè)備。啟動的順序和時間間隔應(yīng)參考2#備用柴油發(fā)電機(jī)程序帶載的順序和時間間隔;（5）帶上BUE母線重要負(fù)荷，確保至少一臺輔助給水泵運(yùn)行;（6）通過自然循環(huán)用蒸發(fā)器將堆芯冷卻至200℃左右后（如果自然循環(huán)有效，可以繼續(xù)冷卻），啟動2號停冷泵3341-P2，投運(yùn)偶回路停冷系統(tǒng)，并將停冷系統(tǒng)奇系列電動閥送電，啟動1#停冷泵，投運(yùn)奇回路停冷系統(tǒng);（7）其它后續(xù)行動。

6 結(jié)束語

本文在分析了某核電站機(jī)組功率運(yùn)行時失去四級電源事件工況下，單臺備用柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時的電源負(fù)荷需求及柴油發(fā)電機(jī)的帶載能力后，制定了發(fā)生該事件時的處理原則，是對電站失去三、四級電源應(yīng)急運(yùn)行規(guī)程部分內(nèi)容的延伸和細(xì)化，對電站運(yùn)行人員處理失去四級電源后單臺備用柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時事件提供了指導(dǎo)和參考。

參考文獻(xiàn)

[1]98-52000-DM-400，備用柴油機(jī)發(fā)電機(jī)設(shè)計手冊[K].

[2]最終安全分析報告第16章，技術(shù)規(guī)程書[R].

[3]98-91120-TBD-007，失去三、四級電源應(yīng)急規(guī)程技術(shù)規(guī)范[S].

[4]98-91120-EOP-007，失去三、四級電源應(yīng)急運(yùn)行規(guī)程[S].

[5]98-71340-DM-000/400，RCW系統(tǒng)設(shè)計手冊[K].

[6]98-33410-DM-000，乏燃料池冷卻系統(tǒng)設(shè)計手冊[K].

作者簡介：吳明亮（1975—），男，漢族，浙江慶元人，高級工程師，碩士，長期從事核電廠運(yùn)行和管理工作。