秦山二廠水壓試驗(yàn)泵汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行淺析

雷青松

【摘 要】水壓試驗(yàn)泵汽輪發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)（LLS）為壓水堆核電廠的重要組成部分，該系統(tǒng)能夠保證在一個(gè)機(jī)組的兩列配電盤LHA和LHB都不能供電的情況下（H3工況），LLS系統(tǒng)也可以為水壓試驗(yàn)泵9RIS011PO提供380V應(yīng)急電源，從而確保主泵軸封水的供應(yīng)，保證反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的完整性；在超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故情況下，該系統(tǒng)給機(jī)組運(yùn)行所需要的儀表供電。本文簡(jiǎn)要介紹LLS系統(tǒng)的功能，組成部分，小汽輪發(fā)電機(jī)組工作原理及各種運(yùn)行狀態(tài)等。

【關(guān)鍵詞】小汽輪發(fā)電機(jī)組；工作原理；運(yùn)行；水壓試驗(yàn)泵

1 LLS系統(tǒng)的功能及原理簡(jiǎn)介

秦山二期650MW壓水堆1、2#核電機(jī)組的LLS系統(tǒng)小汽輪發(fā)電機(jī)組采用了從法瑪通進(jìn)口的4P1型號(hào)汽輪機(jī)。為了保證核電機(jī)組在失電事故情況下的核安全，要求LLS小汽輪發(fā)電機(jī)組始終保持在熱備用狀態(tài)，并在需要的情況下能快速自啟動(dòng)且實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。LLS系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備安全及功能要求很高。

在一臺(tái)機(jī)組的兩列應(yīng)急配電盤LHA，LHB同時(shí)不能供電的情況下，LLS系統(tǒng)能給試驗(yàn)泵9RIS011PO提供380V應(yīng)急電源。水壓試驗(yàn)泵確保反應(yīng)堆冷卻劑泵1#密封的注入水流量，從而確保反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)的完整性。LLS還通過(guò)兩套機(jī)組共用的公用機(jī)柜，給應(yīng)急通風(fēng)機(jī)供電，提供試驗(yàn)泵房?jī)?nèi)的通風(fēng)，并給兩條220V線路供電，這樣一旦在給應(yīng)急設(shè)備供電的蓄電池已耗盡的情況下它不僅能給其它應(yīng)急照明設(shè)備供電，而且還給機(jī)組所需的儀表供電。并為主控室提供應(yīng)急照明。

LLS系統(tǒng)由小汽輪機(jī)LLS001TC、發(fā)電機(jī)LLS001AP、風(fēng)機(jī)9LLS001ZV、控制機(jī)柜9LLS001AR、電阻箱9LLS001RS等組成

LLS小汽輪發(fā)電機(jī)組是由二回路的蒸汽發(fā)生器的主蒸汽（壓力：7.6MPa）供汽的，其供汽母管由對(duì)應(yīng)機(jī)組的汽動(dòng)輔助給水泵的供汽管道上分接引出。如果在一臺(tái)核電機(jī)組的兩臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的配電盤LHA和LHB同時(shí)不能供電的情況下，則需要LLS小汽輪發(fā)電機(jī)組通過(guò)LLS系統(tǒng)母線給水壓試驗(yàn)泵9RIS011PO提供380V應(yīng)急電源，使其能保持運(yùn)行，確保主回路反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)主泵的一號(hào)機(jī)械密封的注入水流量，防止高溫高壓的反應(yīng)堆冷卻劑從主泵一號(hào)機(jī)械密封處泄漏，從而保證反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的完整性。

LLS小汽輪發(fā)電機(jī)組還可以通過(guò)LLS系統(tǒng)母線9LLS001AR給兩條輸出線路供220V交流電，其負(fù)荷是確保機(jī)組安全停運(yùn)和監(jiān)視所需的重要儀表，這樣即使在這些重要儀表正常工作電源喪失的情況下，LLS系統(tǒng)能保證它們繼續(xù)正常工作。LLS系統(tǒng)母線還給水壓試驗(yàn)泵房間的應(yīng)急通風(fēng)機(jī)供電，以確保在水壓試驗(yàn)泵運(yùn)行時(shí)房間能有足夠的通風(fēng)。

小汽輪機(jī)兩個(gè)滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑是由汽輪機(jī)軸直接驅(qū)動(dòng)的油泵提供潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑油由一臺(tái)空氣冷卻器冷卻。汽機(jī)排出的乏汽通過(guò)消音器排放到大氣中，不再重復(fù)使用。正常運(yùn)行工況下，汽機(jī)的入口蒸汽參數(shù)范圍為：壓力為7.5～0.66Mpa（表壓），相應(yīng)的溫度范圍為292～170℃。

發(fā)電機(jī)直接由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，并裝有一臺(tái)提供勵(lì)磁電源的勵(lì)磁機(jī)，該勵(lì)磁電機(jī)安裝在聯(lián)軸器的另一端，通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)整流器與汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子相連，向控制配電柜9LLS001AR供電。

汽輪機(jī)為雙列級(jí)沖動(dòng)式。動(dòng)葉中補(bǔ)充膨脹的等熵焓降與級(jí)的滯止焓降之比叫做反動(dòng)度ρ，ρ=hb/ht。雙列級(jí)由二列靜、動(dòng)葉片組成。蒸汽經(jīng)第一列靜、動(dòng)葉片流出后，再進(jìn)入第二列靜、動(dòng)葉片中做功。根據(jù)雙列級(jí)的工作原理，它屬于沖動(dòng)級(jí)，蒸汽只在靜葉中膨脹，熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。高速汽流流過(guò)動(dòng)葉片，推動(dòng)動(dòng)葉旋轉(zhuǎn)作功。級(jí)中的膨脹基本上在第一列靜葉（噴嘴）中進(jìn)行，蒸汽在動(dòng)葉柵中不產(chǎn)生膨脹，動(dòng)葉柵前后壓力相等。第二列靜葉主要起導(dǎo)向作用，亦稱導(dǎo)向葉片。

當(dāng)接收到小汽輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)指令時(shí)，要求LLS001VV和氣動(dòng)阻尼器同時(shí)失去壓縮空氣壓力，從而使得LLS001VV失氣打開(kāi)，同時(shí)氣動(dòng)阻尼器活塞開(kāi)始動(dòng)作直至不再作用在LLS003VV上。流量限流器的功能就是實(shí)現(xiàn)LLS001VV和氣動(dòng)阻尼器必須同時(shí)得到供氣和失氣，并控制氣動(dòng)阻尼器的失氣速度，使氣動(dòng)阻尼器緩慢動(dòng)作以控制調(diào)節(jié)閥LLS003VV緩慢打開(kāi)（為了避免通過(guò)LLS001VV進(jìn)入的蒸汽快速進(jìn)入小汽輪機(jī)使小汽輪機(jī)超速），使液壓調(diào)速器能正常的工作。當(dāng)機(jī)組開(kāi)始正常工作后，液壓調(diào)速器作用在調(diào)節(jié)閥LLS003VV上，保證汽輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3000轉(zhuǎn)。

正常運(yùn)行時(shí)，LLS小汽機(jī)是不工作的，此時(shí)1LLS001VV是全關(guān)的，LLS002VV是開(kāi)啟的，LLS003VV在一個(gè)預(yù)開(kāi)啟的小開(kāi)度上。

小汽輪機(jī)與主蒸汽供汽母管之間用氣動(dòng)隔離閥（1、2LLS001VV）隔離（為核二級(jí)閘閥）。隔離閥上設(shè)置一小流量旁路管線，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)小汽輪機(jī)的保溫及預(yù)熱。管道應(yīng)合理布置，盡量減少備用期間的管內(nèi)積水。

2 LLS系統(tǒng)的運(yùn)行

從余熱排出系統(tǒng)停運(yùn)（主冷卻劑系統(tǒng)升溫過(guò)程中）時(shí)刻起，無(wú)論電站機(jī)組處于什么運(yùn)行狀態(tài)，LLS汽輪發(fā)電機(jī)組應(yīng)該處于備用狀態(tài)，或是處于例行試驗(yàn)狀態(tài)。

正常運(yùn)行時(shí)設(shè)備的狀態(tài)：

2.1 汽輪發(fā)電機(jī)組

汽輪機(jī)處于備用狀態(tài)，隨時(shí)準(zhǔn)備啟動(dòng)。氣動(dòng)隔離閥 001VV處于關(guān)閉狀態(tài)，接到系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)后立即打開(kāi)。該系統(tǒng)始終處于加熱狀態(tài)。汽輪機(jī)的保溫加熱由閥門001VV的旁路管線來(lái)調(diào)節(jié)，該旁路管線上裝有一個(gè)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥和一個(gè)隔離閥。位于管線一端的氣動(dòng)隔離閥VVPl27、128VV通常狀態(tài)下處于開(kāi)啟狀態(tài)。當(dāng)蒸汽發(fā)生器泄漏，二回路蒸汽受到反應(yīng)堆冷卻劑回路介質(zhì)的污染時(shí)，則關(guān)閉相應(yīng)的隔離閥。截止閥002VV處于開(kāi)啟狀態(tài)。調(diào)節(jié)閥003VV處于微開(kāi)啟狀態(tài)，以防蒸汽大量進(jìn)入汽輪機(jī)。發(fā)電機(jī)處于備用狀態(tài)，汽輪機(jī)啟動(dòng)后即可帶動(dòng)發(fā)電機(jī)。

2.2 風(fēng)機(jī)9LLS001ZV

正常時(shí)不工作，當(dāng)由發(fā)電機(jī)12LLS00lAP饋電的主母線帶電時(shí)，它就起動(dòng)。根據(jù)H3規(guī)程，在失去DVN通風(fēng)的情況下，使NA396房間降溫。該房間通過(guò)風(fēng)門9LLS020VA進(jìn)風(fēng)，通過(guò)風(fēng)門9LLS02lVA排風(fēng)。調(diào)節(jié)風(fēng)門9LLS020VA和9LLS021VA是常開(kāi)的，除非在由防火風(fēng)門9DVNl3lVA關(guān)閉檢測(cè)到火災(zāi)時(shí)，由防火風(fēng)門9DVNl3lVN的關(guān)閉位置自動(dòng)關(guān)閉LLS的兩個(gè)調(diào)節(jié)風(fēng)門。

2.3 試驗(yàn)泵9RIS011PO

試驗(yàn)泵或在準(zhǔn)備接受LLS的起動(dòng)指令，或在為進(jìn)行例行試驗(yàn)而投入運(yùn)行，或給安注箱注水。

LLS系統(tǒng)特殊穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的假定事故是失去全部6kV電源。這種事故將導(dǎo)致失去全部冷卻系統(tǒng)，同時(shí)，RRI不再對(duì)熱屏進(jìn)行冷卻，RCV也不再承擔(dān)主泵軸密封水的注入功能。這樣有可能導(dǎo)致1號(hào)密封的泄漏。LLS系統(tǒng)將在檢測(cè)到6kV電源失去后的兩分鐘內(nèi)恢復(fù)密封水注入功能。如果反應(yīng)堆冷卻劑溫度低于190℃，則應(yīng)避免LLS汽輪發(fā)電機(jī)起動(dòng)（因?yàn)槠麢C(jī)的入口蒸汽參數(shù)范圍為：壓力為7.6～0.76Mpa，而190℃所對(duì)應(yīng)的壓力就是0.76MPa，如果低于該溫度，小汽機(jī)不能正常工作）。

此時(shí)利用由LLS系統(tǒng)作后備電源的試驗(yàn)泵9RIS011PO來(lái)恢復(fù)密封水注入功能。由于這臺(tái)泵為1號(hào)、2號(hào)機(jī)組共用，因此，應(yīng)采取措施以保證該泵向正確的方向注水。為此，一旦探測(cè)到LHA和LHB配電裝置都失電，則故障機(jī)組的閥門RCV094VB便立即打開(kāi)。

下列操作在2分鐘內(nèi)自動(dòng)地完成：

1）打開(kāi)蒸汽閥00lVV；

2）起動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)，使轉(zhuǎn)速和電壓達(dá)到穩(wěn)定值；

3）切除正常電源（這種電源即使存在也可能隨時(shí)消失），同時(shí)，向9LLS001AR配電柜的母線供電；

4）在自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓的情況下，向9LLS001AR配電柜供電，起動(dòng)風(fēng)機(jī)9LLS001ZV、增壓泵9RIS111PO和試驗(yàn)泵9RIS112PO。

在上述起動(dòng)過(guò)程中，試驗(yàn)泵可能在運(yùn)行并向安注箱充水。在這種情況下，自動(dòng)執(zhí)行以下兩個(gè)動(dòng)作：

（1）關(guān)閉RIS136VB，隔離通向安注箱的充水管線；

（2）試驗(yàn)泵油路卸壓閥整定壓力從低壓切換到高壓。

5）打開(kāi)故障機(jī)組的閥門RCV094VB，使試驗(yàn)泵向失去電源的機(jī)組反應(yīng)堆冷卻劑回路注水。

當(dāng)一臺(tái)運(yùn)行中的LLS汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，運(yùn)行人員可以利用另一臺(tái)沒(méi)有發(fā)生故障的機(jī)組的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組向9LLS001AR配電柜供電。為此，應(yīng)該首先隔離無(wú)故障機(jī)組的RIS274VB，打開(kāi)故障機(jī)組的RCV094VP，然后啟動(dòng)LLS系統(tǒng)。

接著，操作人員操作按鈕021TO，就地?cái)嚅_(kāi)進(jìn)線接觸器，使試驗(yàn)泵停機(jī)。然后操作開(kāi)關(guān)020CC，重新閉合汽輪發(fā)電機(jī)出線接觸器，再啟動(dòng)試驗(yàn)泵。以上的切換過(guò)程只能在試驗(yàn)泵停機(jī)兩分鐘內(nèi)完成，否則，把冷水注入主冷卻劑泵是危險(xiǎn)的，有可能使主泵的密封損壞（熱沖擊）。

3 LLS運(yùn)行事件及經(jīng)驗(yàn)反饋

世界各國(guó)核電廠的LLS系統(tǒng)汽輪機(jī)發(fā)生過(guò)大量的不可用事件，后來(lái)根據(jù)統(tǒng)計(jì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分的不可用事件都是由啟動(dòng)超速跳閘或啟動(dòng)后不久的負(fù)荷切換導(dǎo)致的真實(shí)超速跳閘所導(dǎo)致。我廠在試驗(yàn)過(guò)程中，多次發(fā)現(xiàn)LLS001VV閥門在76bar下開(kāi)啟時(shí)，即使為閥前閥后的平衡管曖管，但是由于閥門前后的壓差較大，仍然需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能打開(kāi)。這一時(shí)間超過(guò)了LLS003VV閥門的限流器響應(yīng)的時(shí)間。致使LLS003閥門全開(kāi)后，LLS001VV仍未全開(kāi)。當(dāng)LLS001VV全開(kāi)后，因?yàn)長(zhǎng)LS003VV閥門全開(kāi)，開(kāi)度過(guò)大，調(diào)速器無(wú)法實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)功能，機(jī)組超速跳機(jī)。設(shè)計(jì)上小汽輪機(jī)是通過(guò)阻尼器壓住LLS003VV延緩進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥的開(kāi)啟以及加負(fù)載電阻這兩項(xiàng)措施來(lái)控制LLS汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)的升速速率，保證啟動(dòng)階段不出現(xiàn)超速跳閘。負(fù)載電阻無(wú)法進(jìn)行調(diào)節(jié)，我們只能延緩進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥的開(kāi)啟時(shí)間。對(duì)此，在系統(tǒng)允許的情況下，我們調(diào)節(jié)減小了限流器調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，延長(zhǎng)了泄流時(shí)間，但是還是不能滿足了現(xiàn)場(chǎng)要求。最后，更換了流量限流器重新進(jìn)行了調(diào)節(jié)，具體操作為：先將調(diào)節(jié)閥的設(shè)定旋鈕按順時(shí)針的方向轉(zhuǎn)動(dòng)到底，將其關(guān)閉。后將定位刻度盤的零刻度與螺釘起子的軸線槽相一致。將調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟到1/8處，機(jī)組一次啟動(dòng)成功。

秦山二廠1/2號(hào)機(jī)組在執(zhí)行小汽機(jī)試驗(yàn)時(shí)多次由于超速而導(dǎo)致試驗(yàn)不成功，如2004-11-28日9：30，在維修機(jī)械、儀控、電氣各方配合下，執(zhí)行PT1LLS001（LLS小汽輪發(fā)電機(jī)無(wú)負(fù)荷試驗(yàn)）時(shí)出現(xiàn)超速保護(hù)跳閘，試驗(yàn)多次不成功，后經(jīng)過(guò)維修機(jī)械、電氣人員檢查后，再次進(jìn)行該試驗(yàn)，仍然出現(xiàn)超速保護(hù)跳閘，試驗(yàn)仍不成功。直到第六次試驗(yàn)，在電氣人員重新分合9LLS024JS后，試驗(yàn)才達(dá)到要求。

通過(guò)上述經(jīng)驗(yàn)反饋可以看出小汽機(jī)的啟動(dòng)存在很多問(wèn)題，正是考慮到小汽輪發(fā)電機(jī)的各種弊端和可靠性，復(fù)雜性，二廠擴(kuò)建的3/4號(hào)機(jī)組取消了小汽輪發(fā)電機(jī)組，取而代之的是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的柴油發(fā)電機(jī)組，一用一備，功率為250KW。

4 小結(jié)

通過(guò)對(duì)我廠LLS系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，我談?wù)剛€(gè)人對(duì)我廠LLS系統(tǒng)更好運(yùn)行的一些看法。

我廠目前對(duì)LLS系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)量非常少，主控KIT中無(wú)任何模擬量可看，僅有LLS001VV開(kāi)閥指令是否發(fā)出、9LLS001ZV狀態(tài)及9LLS021JA/021JS等幾個(gè)開(kāi)關(guān)、接觸器的狀態(tài)；在LLS現(xiàn)場(chǎng)也就只能看到小汽機(jī)轉(zhuǎn)速（或由技術(shù)處人員臨時(shí)接入數(shù)顯式轉(zhuǎn)速表），而大亞灣核電站早在幾年前為了更好的監(jiān)測(cè)LLS系統(tǒng)的運(yùn)行情況，就對(duì)LLS系統(tǒng)實(shí)施了數(shù)據(jù)集中系統(tǒng)的改造。改造后的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在同臺(tái)示波器上同時(shí)顯示LLS汽輪機(jī)進(jìn)汽隔離閥LLSOO1VV及LLS003VV閥門開(kāi)度、LLSOO1TC轉(zhuǎn)速、LLS發(fā)電機(jī)端電壓、LLS電氣控制臺(tái)9LLSOO1AR母線電壓、及其母線電流、LLS負(fù)載電阻9LLSOOIRS電流、水壓實(shí)驗(yàn)泵主油泵9RIS112MO電流8個(gè)數(shù)據(jù)的功能。

從歷次LLS小汽機(jī)超速事件中，我們不難發(fā)現(xiàn)LLS小汽機(jī)超速的主要原因就是LLS003VV動(dòng)作的不正確，即提前動(dòng)作或動(dòng)作時(shí)開(kāi)度偏大或超調(diào)導(dǎo)致汽機(jī)超速。實(shí)際最容易超速的情況主要就是小汽機(jī)啟動(dòng)階段。我廠LLS003VV在接到啟動(dòng)命令后，阻尼器便開(kāi)始釋放，LLS003VV開(kāi)始緩慢開(kāi)啟。大亞灣電站的LLS003VV的開(kāi)啟要比我廠慢至少5S，它是在負(fù)載電阻開(kāi)關(guān)027JA閉合后，阻尼器才開(kāi)始釋放，LLS003VV才緩慢開(kāi)啟。在此之前該閥門一直被限制在最小蒸汽供應(yīng)量上（預(yù)設(shè)開(kāi)度：3mm左右）。

通過(guò)對(duì)照，我覺(jué)得大亞灣的LLS003VV控制有兩個(gè)好處：

（1）LLS003VV開(kāi)啟控制較簡(jiǎn)單，只要按照標(biāo)準(zhǔn)升速曲線設(shè)定好釋放時(shí)間（5S左右即可）；

（2）小汽機(jī)超速風(fēng)險(xiǎn)較小，因?yàn)長(zhǎng)LS003VV開(kāi)啟時(shí)間較晚，是在小汽機(jī)工作較穩(wěn)定的階段動(dòng)作。我廠的LLS003VV開(kāi)啟較早，在有蒸汽流波動(dòng)時(shí)及負(fù)荷帶載時(shí)，閥門容易超調(diào)，開(kāi)得過(guò)大甚至全開(kāi)，從而使調(diào)速器失去了的快速、準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)功能，小汽機(jī)在這種工況下超速風(fēng)險(xiǎn)很大。

綜上兩點(diǎn)，我個(gè)人認(rèn)為我廠可以考慮借鑒大亞灣LLS003VV的運(yùn)行模式，對(duì)我廠進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，來(lái)優(yōu)化LLS小汽機(jī)運(yùn)行，降低其超速跳閘導(dǎo)致不可用的風(fēng)險(xiǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：王楠]