全廠失電后常規(guī)島干預(yù)及恢復(fù)

王雞換

【摘 要】在中國電網(wǎng)非常穩(wěn)定，使得國內(nèi)核電運(yùn)行人員缺乏應(yīng)對(duì)全廠失電的經(jīng)驗(yàn)，萬一發(fā)生失電事件，很可能無法妥善處理。為提高國內(nèi)核電運(yùn)行人員在全廠失電下常規(guī)島的干預(yù)及恢復(fù)能力，本文通過分析C3/C4調(diào)試過程中真實(shí)的全廠失電試驗(yàn)案例，梳理出干預(yù)及恢復(fù)的最佳的邏輯。通過本文分析，在全廠失電工況下對(duì)常規(guī)島進(jìn)行有效的干預(yù)及恢復(fù)，可保證其系統(tǒng)設(shè)備的安全，并將影響減少到最小。

【關(guān)鍵詞】全廠失電常規(guī)島干預(yù)常規(guī)島恢復(fù)

中圖分類號(hào)： F426.61;F426.23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）03-0241-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.101

Conventional Island Intervention and Restoration after Loss of power in the whole plant

WANG Ji-huan

（CNNP nuclear power operations management Co.，LtdForeign services department， Zhejiang Haiyan， 314300， China）

【Abstract】Chinas power grid is very stable， making domestic nuclear power operators lack experience in dealing with power loss in the entire plant. In the event of a power outage， operators may not be able to handle it properly. In order to improve the ability of domestic nuclear power plant operators to control the intervention and recovery of conventional islands in the event of power loss in the whole plant， This article analyzes the entire plant power failure test case in the C3/C4 commissioning process， sorts out the best logic for intervention and recovery. Through the analysis of this paper， the effective intervention and recovery of conventional islands under the condition of full-plant loss of electric power can ensure the safety of conventional island system and equipment and reduce the impact to a minimum.

【Key words】Loss of power in the whole plant; Conventional island intervention; Conventional island restoration

0 前言

（1）研究內(nèi)容

全廠斷電，對(duì)于單臺(tái)機(jī)組來說就是失去廠用電。廠用電失去的原因可能是多種多樣的，但是其后果對(duì)汽輪機(jī)及其系統(tǒng)而言，主要是失去控制油（EH）、給水、凝結(jié)水、閉式水、開式水、循環(huán)水、真空泵、壓縮空氣、軸封蒸汽等，在這些設(shè)備或系統(tǒng)均不能運(yùn)行或者不能長久維持的情況下，如何使汽輪機(jī)安全停運(yùn)，是十分值得關(guān)注的事情。毋庸置疑，完備的事故預(yù)案可以有效的減輕或化解事故造成的破壞，為此幾乎每家發(fā)電廠都有類似的事故處理預(yù)案，這些預(yù)案在多次事故處理中也曾發(fā)揮過很大作用，但是其中的一些做法是否合理、處理方法是否需要完善，仍需要深入分析與探討。下文就以恰希瑪核電全廠失電試驗(yàn)為例，分析常規(guī)島從開始失電分析整個(gè)瞬態(tài)及恢復(fù)過程。假設(shè)認(rèn)為機(jī)組失去廠用電后，汽輪機(jī)保護(hù)正常動(dòng)作，柴油發(fā)電機(jī)可立即投入使用，保安段電源、UPS電源和直流電源工作正常，與之相關(guān)的設(shè)備均能正常投用。

（2）研究意義

在全廠失電工況下，主控室報(bào)警眾多，系統(tǒng)狀態(tài)千變?nèi)f化，對(duì)于經(jīng)常習(xí)慣于穩(wěn)定運(yùn)行的操縱員來說是個(gè)極大的挑戰(zhàn)，難以抓住重點(diǎn)。本文通過對(duì)失電后響應(yīng)的分析，找出系統(tǒng)薄弱點(diǎn)和干預(yù)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，并提出應(yīng)對(duì)措施，提高系統(tǒng)可靠性，并使運(yùn)行人員在瞬態(tài)時(shí)能及時(shí)正確的干預(yù)機(jī)組狀態(tài)，避免問題擴(kuò)大。

1 全廠失電前的機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)

全廠反應(yīng)堆功率394MWt，電功率102MWe。主給水泵2臺(tái)運(yùn)行，凝泵2臺(tái)運(yùn)行，凝升泵2臺(tái)運(yùn)行，循環(huán)水泵3臺(tái)運(yùn)行，閉式循環(huán)水泵1臺(tái)運(yùn)行，開式循環(huán)水泵2臺(tái)運(yùn)行，定轉(zhuǎn)子水泵各一臺(tái)運(yùn)行。

參數(shù)：調(diào)門開度16.3%，真空-93.45kPa，潤滑油溫度39.8℃，潤滑油壓力0.35MPa，軸承溫度81.6℃（以4#瓦為例）。

2 全廠失電相關(guān)自動(dòng)動(dòng)作

T+0s時(shí)斷開外網(wǎng)所有開關(guān)，機(jī)組甩負(fù)荷孤島運(yùn)行成功，發(fā)電機(jī)功率為15MWe。T+10s后手動(dòng)停堆，汽機(jī)停機(jī)，發(fā)電機(jī)開始惰走。惰走持續(xù)時(shí)間15s，發(fā)電機(jī)出口開關(guān)GCB斷開，全廠失電，期間汽機(jī)轉(zhuǎn)速降至2712rpm，潤滑油壓力降至0.30MPa。GCB斷開后直流油泵連鎖啟動(dòng)。全廠失電9s后應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)并網(wǎng)成功，EMA、EMB成功帶載。全廠失電28s后常規(guī)島保安段ECU也由安全段帶載成功，主給水泵油泵自動(dòng)啟動(dòng)，交流油泵手動(dòng)啟動(dòng)。

3 全廠失電后常規(guī)島系統(tǒng)參數(shù)變化

發(fā)電機(jī)惰走結(jié)束后GCB斷開，直流油泵自動(dòng)啟動(dòng)，維持汽輪機(jī)母管潤滑油壓力：0.34Mpa，ECU帶載后啟動(dòng)交流油泵，潤滑油壓力維持到0.38MPa。因潤滑油喪失冷卻水，潤滑油油溫快速上升，在恢復(fù)冷卻水之前已上升至51.3℃。汽輪機(jī)軸承溫度隨汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速下降程緩慢下降趨勢(shì)。因?yàn)闈櫥团艧燂L(fēng)機(jī)電源不來自ECU，潤滑油箱負(fù)壓消失，觸發(fā)潤滑油箱壓力高報(bào)警。因?yàn)橹髡羝綦x閥關(guān)閉，主蒸汽母管壓力快速下降，在5分鐘后降至1MPa，此時(shí)汽輪機(jī)軸封壓力無法維持。為加快汽輪機(jī)快速停機(jī)，現(xiàn)場手動(dòng)破壞真空，疏水切至大氣。因轉(zhuǎn)子水泵停運(yùn)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子填料處短時(shí)存在劇烈摩擦。因主給水泵油泵失電，主給水泵軸承喪失潤滑油壓力24s，ECU帶載成功后，潤滑油壓力恢復(fù)，在主給水喪失潤滑油期間其軸承溫度無明顯變化，維持在56℃左右（徑向軸承）。因真空被破壞，同時(shí)汽輪機(jī)喪失低壓缸噴淋水，低壓缸喉部溫度持續(xù)上升，由停機(jī)前的37℃上升至97℃。汽機(jī)轉(zhuǎn)速降至600rpm前ECU已成功帶載，到600rpm時(shí)頂軸油泵自動(dòng)啟動(dòng)，汽機(jī)轉(zhuǎn)速到零后盤車自動(dòng)嚙合。

4 全廠失電后常規(guī)島系統(tǒng)關(guān)注和干預(yù)

全廠失電后，電動(dòng)設(shè)備只有直流油泵可以控制。ECU由安全段電源帶載后，交流油泵、頂軸油泵、盤車、主給水泵油泵可以操作，其他電動(dòng)設(shè)備均不可操作。在氣源正常的情況下，氣動(dòng)閥門還可操作。但大功率設(shè)備均不能運(yùn)行，可干預(yù)的范圍非常有限。以下分析在這種工況下的關(guān)注和干預(yù)措施：

（1）汽輪機(jī)潤滑油油溫。汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)面臨的最大威脅就是失去冷卻水而造成潤滑油溫大幅度上升。汽輪機(jī)潤滑油中的熱量來源于兩部分，一部分是軸承中油膜與軸頸的摩擦功耗，另一部分是軸頸的熱傳導(dǎo)。降低第一部分產(chǎn)生的熱量，可以通過盡可能早的降低汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，減少油膜與軸頸摩擦而產(chǎn)生的熱量;通過提早開啟頂軸油泵，增加油膜厚度，減小油膜溫度，也有可能會(huì)減少部分熱量;降低第二部分產(chǎn)生的熱量，可能通過盡早切換軸封供汽來進(jìn)行。與此對(duì)應(yīng)的操作是提早破壞凝汽器真空與開啟頂軸油泵，在真空到零后，及時(shí)切斷軸封供汽。本次停機(jī)過程中，潤滑油溫在汽機(jī)2600rpm時(shí)開始明顯上升，到汽機(jī)轉(zhuǎn)速到900rpm時(shí)潤滑油溫度已上升至50℃，隨著頂軸油泵啟動(dòng)和汽機(jī)轉(zhuǎn)速下降，升溫速率明顯下降。在接下來的20分鐘里，這個(gè)溫度只上升了1℃。在這種情況下，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速到零后，盤車不能立即投用，原因是潤滑油溫度過高，盤車必須的油膜難以建立，軸承無法充分冷卻，如果盲目投用盤車，會(huì)給軸承帶來很大損害。但如果廠用電能短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，汽輪機(jī)很快啟動(dòng)，在盤車因潤滑油溫度高而停運(yùn)后，建議每隔20分鐘將汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)180°，以便于以后的啟動(dòng)。在潤滑油冷卻水完全喪失時(shí)的情況下，要力保潤滑油泵的正常運(yùn)行，如有可能，建議通過潤滑油冷卻器放氣或放水管對(duì)之注水，加以冷卻。

（2）汽輪機(jī)潤滑油油壓。全廠失電后只有直流油泵提供潤滑油壓力，一旦直流油泵未自啟，或發(fā)生啟動(dòng)后壓力不足、跳閘等故障，將會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞汽輪機(jī)軸承甚至引發(fā)火災(zāi)。交流油泵也是同樣的情況，如在緊急停機(jī)時(shí)不能提供正常的油壓，則大大增加軸承損壞的可能性。為避免發(fā)生這種嚴(yán)重的事故，在平時(shí)運(yùn)行期間就應(yīng)該做好交流油泵和直流油泵的維護(hù)和定期檢查，建議每月進(jìn)行一次定期啟動(dòng)試驗(yàn)，驗(yàn)證其性能正常，如性能異常及時(shí)維修。

（3）應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組。機(jī)組失去廠用電后，汽輪機(jī)直流潤滑油泵應(yīng)該立即啟動(dòng)。6分鐘后，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)降至900rpm左右，此時(shí)應(yīng)該啟動(dòng)頂軸油泵，因頂軸油泵一般為保安段供電的交流油泵，此時(shí)柴油發(fā)電機(jī)必須啟動(dòng)，也就是說，如不考慮事故照明，汽輪機(jī)跳閘后6分鐘之內(nèi)柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)帶載保安段，就不會(huì)對(duì)汽輪機(jī)的安全構(gòu)成實(shí)質(zhì)性的威脅。一般電廠的做法是，機(jī)組失去廠用電后柴油發(fā)電機(jī)立即啟動(dòng)，這樣做是偏安全的。在廠用電失去短時(shí)間內(nèi)，柴油發(fā)電機(jī)常常會(huì)因負(fù)荷過重而跳閘，因此，有序、合理的選擇柴油發(fā)電機(jī)負(fù)載十分重要。在汽輪機(jī)惰走前期，要確保潤滑油泵的正常運(yùn)行，在惰走后期還要確保頂軸油泵的正常運(yùn)行;在主機(jī)轉(zhuǎn)速到零后，根據(jù)情況要確保盤車的運(yùn)行。一般情況下，汽輪機(jī)惰走轉(zhuǎn)速低于900r/min時(shí)，都需要啟動(dòng)頂軸油泵，以便于在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子自身油膜消失前，建立潤滑油膜以保護(hù)軸承。

（4）軸封與真空。機(jī)組停運(yùn)后，汽輪機(jī)軸封供汽無法長時(shí)間維持，破壞真空是必須的，但何時(shí)破壞真空，卻對(duì)汽輪機(jī)低壓缸未級(jí)葉片、低壓缸軸承與凝汽器有很大影響。汽輪機(jī)跳閘后，低壓缸排汽溫度主要受三個(gè)方面因素影響：一是汽輪機(jī)與管道疏水、剩余排汽產(chǎn)生的熱量;二是因真空泵停運(yùn)、軸封供汽不足等因素造成漏氣量增大;三是低壓缸未級(jí)長葉片產(chǎn)生的大量鼓風(fēng)熱量。對(duì)于第一個(gè)因素，通過及時(shí)悶缸、關(guān)閉事故疏水等措施可以大幅度降低其產(chǎn)生的熱量;第二個(gè)因素造成的影響基本上無法避免，但可以通過盡力維持軸封汽，延緩真空下降的速度;第三個(gè)因素產(chǎn)生的熱量與汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，凝汽器漏進(jìn)的空氣量也會(huì)對(duì)此產(chǎn)生嚴(yán)重影響。以上分析說明，降低真空下降的速度，會(huì)有效的降低低壓缸排汽溫升，因此盡可能的維持軸封汽壓力、推遲破壞真空的時(shí)間，最終可以降低低壓缸排汽溫度。恰?，敊C(jī)組，軸封汽由主蒸汽提供，全廠失電后，軸加風(fēng)機(jī)停運(yùn)，機(jī)組跳閘后，主蒸汽的壓力在5分鐘左右降低到1MPa，相應(yīng)的軸封供汽壓力降低到15kPa以下。破壞真空過晚會(huì)增加汽輪機(jī)惰走時(shí)間，增大了因潤滑油系統(tǒng)異常造成軸承磨損的風(fēng)險(xiǎn)，但對(duì)于核電站來說，增加惰走時(shí)間，有利于堆芯熱量導(dǎo)出。因此，建議廠用電失去后，根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況合理推遲破壞真空的時(shí)間，并密切關(guān)注軸封汽壓力的變化趨勢(shì)，避免因破壞真空太遲造成汽輪機(jī)軸端漏進(jìn)大量冷空氣而使得其上下缸溫差變大。

（5）凝汽器。在全廠失電工況下，凝汽器傳熱管無冷卻水，凝汽器汽側(cè)負(fù)壓區(qū)被破壞。任何排到凝汽器的蒸汽和熱量都會(huì)對(duì)凝汽器傳熱管和凝汽器本體造成損傷。所以及時(shí)隔絕熱量和蒸汽來源是保護(hù)凝汽器的有效手段，其中最重要的操作就是疏水切換，不僅僅是主蒸汽母管、旁排母管等疏水要切換，高加、低加、除氧器、MSR等排往凝汽器的管線也要被隔離。

（6）除氧器。在全廠失電情況下，除氧器損失循環(huán)流量，如果還有源源不斷的加熱蒸汽加入，會(huì)對(duì)除氧器本體進(jìn)行直接加熱，造成除氧器本體損壞，要及時(shí)切斷除氧器加熱蒸汽。

5 常規(guī)島電源恢復(fù)后的系統(tǒng)恢復(fù)

（1）閉式冷卻水系統(tǒng)。在常規(guī)島電源恢復(fù)后要及時(shí)啟動(dòng)閉式冷卻水泵，控制潤滑油溫度，也為其他設(shè)備提供冷卻水以便于啟動(dòng)。雖然此時(shí)未啟動(dòng)循環(huán)水泵，閉式水沒有冷源，到時(shí)閉式水系統(tǒng)巨大的熱容量足以提供幾小時(shí)的冷卻能力。

（2）凝結(jié)水系統(tǒng)。啟動(dòng)閉式水泵后及時(shí)啟動(dòng)凝結(jié)水泵和凝結(jié)水升壓泵，為汽輪機(jī)低壓缸盡早提供低溫噴淋水、為凝汽器開啟喉部噴淋、開啟高壓疏水?dāng)U容器噴淋水，避免低壓缸溫度過高，避免有蒸汽泄漏到凝汽器及高壓疏水?dāng)U容器。在緊急破壞真空且沒有噴淋水的情況下，低壓缸的排氣溫度從38℃最高升到95℃。

（3）發(fā)電機(jī)冷卻水系統(tǒng)。30萬千瓦機(jī)組使用雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)組，轉(zhuǎn)子線圈也由水冷卻，在冷卻水喪失的情況下轉(zhuǎn)子水填料密封處存在干摩擦，存在損壞填料密封的可能，要盡早啟動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子水泵為填料密封提供冷卻水。

（4）除氧器系統(tǒng)。凝泵凝升泵啟動(dòng)后，除氧循環(huán)泵有了密封冷卻水，可以啟動(dòng)除氧水的強(qiáng)制循環(huán)?；謴?fù)蒸汽加熱使除氧器水質(zhì)符合要求。

（5）恢復(fù)蒸發(fā)器正常給水。因?yàn)槌跗魉|(zhì)明顯好于輔助給水水質(zhì)，在電源恢復(fù)且啟停給水泵完成暖泵后要及時(shí)啟動(dòng)正常給水，維持蒸發(fā)器正常液位。

（6）循環(huán)水系統(tǒng)。在常規(guī)島重要設(shè)備得到保護(hù)的情況下，應(yīng)盡快啟動(dòng)循環(huán)水泵和開式循環(huán)水泵，為凝汽器傳熱管提供冷卻水并為閉式冷卻水系統(tǒng)提供冷卻水，使常規(guī)島系統(tǒng)處于正常的運(yùn)行模式。

（7）恢復(fù)保安段正常供電方式。在上級(jí)電源恢復(fù)正常后可將保安段電源切換至常規(guī)島正常供電方式，將自動(dòng)備用開關(guān)恢復(fù)至正常運(yùn)行模式。注意在切換過程中保安段負(fù)荷跳閘，如發(fā)生跳閘及時(shí)恢復(fù)。

6 結(jié)論

運(yùn)行方面，面對(duì)失電時(shí)報(bào)警眾多、工況變化快的情況，運(yùn)行人員在復(fù)雜的工況下應(yīng)抓住重點(diǎn)避免出現(xiàn)誤操作，在平時(shí)要加強(qiáng)模擬機(jī)訓(xùn)練總結(jié)處理經(jīng)驗(yàn)。

設(shè)計(jì)方面，要考慮到全廠失電的工況，并減少薄弱點(diǎn)。比如，主給水泵增加軸頭油泵，不能僅僅由電動(dòng)油泵提供潤滑油。增大潤滑油系統(tǒng)熱容量，增大直流油泵蓄電池的容量。

失去廠用電給汽輪機(jī)組的安全停運(yùn)帶來的壓力是巨大的，到目前為止，對(duì)大多數(shù)機(jī)組而言，柴油發(fā)電機(jī)是其失去廠用電后的最后一道安全保障。對(duì)于核電廠來說柴油發(fā)電機(jī)組不僅可以為常規(guī)島保安段供電，最重要的還是保證反應(yīng)堆熱量的導(dǎo)出，對(duì)柴油機(jī)的要求更加嚴(yán)格，要確保應(yīng)急柴油機(jī)啟動(dòng)后能正常帶載保安段。

汽輪機(jī)組在失去廠用電情況下停運(yùn)后，要加強(qiáng)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的分析與比較，尤其是與汽輪機(jī)本體有關(guān)的相關(guān)數(shù)據(jù);如果低壓缸排汽溫度上升過高，在機(jī)組轉(zhuǎn)為冷態(tài)后，要加強(qiáng)對(duì)凝汽器鈦管脹口、低壓缸及軸承座的檢查。

完善的事故預(yù)案能夠有效的化解事故風(fēng)險(xiǎn)，合理的細(xì)節(jié)處理，能夠減輕事故帶來的損失，但這些需要建立在對(duì)事故發(fā)生后機(jī)組運(yùn)行情況深入、細(xì)致與準(zhǔn)確的把握之上的。

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