輔助給水系統(tǒng)發(fā)電機帶載啟動困難原因分析

劉爭光，馬永立

（中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

0 引言

柴油機輔助給水系統(tǒng)發(fā)電機是核電廠在失去廠外電后的重要供電電源，一旦失去該電源將會直接影響輔助給水系統(tǒng)的相關(guān)功能。某核電廠的柴油機輔助給水系統(tǒng)發(fā)電機在帶載試驗的過程中，多次出現(xiàn)帶載困難現(xiàn)象，給核電廠的安全運行帶來一定風(fēng)險。因此，找出發(fā)電機試驗不理想的原因?qū)S護柴油機輔助給水系統(tǒng)起著舉足輕重的作用，對保證核電廠安全運行有積極意義。

1 柴油機輔助給水系統(tǒng)發(fā)電機帶載困難

柴油機輔助給水系統(tǒng)發(fā)電機出口接觸器的控制回路的電源取自柴油機輔助給水系統(tǒng)發(fā)電機的出口電壓，要想使該發(fā)電機可靠帶載，需要一定的條件:一方面控制回路要可靠配合使得發(fā)電機出口接觸器能夠吸合；另一方面發(fā)電機帶載的瞬間電壓降落要小，并能很快恢復(fù)。首先需要研究一下帶載啟動過程中發(fā)電機出口接觸器的工作原理。

1.1 發(fā)電機出口接觸器工作過程

發(fā)電機出口接觸器正常吸合的過程:當(dāng)發(fā)電機出口電壓上升到時間繼電器01TK和02TK（01TK和02TK的線圈吸合電壓接近）的線圈吸合的電壓時，在發(fā)電機出口電壓未達到額定電壓380 V之前，02TK的線圈吸合，其斷電延時觸點02TK（4，5）瞬時閉合，當(dāng)轉(zhuǎn)速聯(lián)鎖信號IK2為導(dǎo)通狀態(tài)時，01TK線圈得電，其延時閉合觸點01TK（25，26）延時T01TK閉合（圖1）。此時，02TK斷電延時觸點02TK（4，5）和01TK延時閉合觸點01TK（25，26）所在支路導(dǎo)通，接觸器01KM的線圈得電吸合（需要發(fā)電機出口電壓上升到01KM的線圈的工作電壓），在自保持回路的作用下和發(fā)電機出口電壓降落幅度滿足要求的情況下，01KM可以可靠吸合，這樣可以實現(xiàn)成功帶載。

1.2 發(fā)電機帶載困難原因分析

1.2.1 帶載試車過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象

（1）在發(fā)電機帶上負(fù)荷后，時間繼電器02TK（9 s）和01TK（5 s）連續(xù)發(fā)生吸合和斷開現(xiàn)象，由于無法順利帶上需給柴油機本體冷卻用的風(fēng)扇，導(dǎo)致現(xiàn)場試驗終止。因此懷疑，01TK和02TK的整定時間太短、發(fā)電機出口電壓還沒穩(wěn)定。

（2）將02TK整定為12 s、01TK整定為8 s，再次啟動驗證。根據(jù)現(xiàn)場啟動及錄波情況，發(fā)現(xiàn)和前段時間的問題一樣，接觸器01KM在4 s左右即已開始動作，吸合約1 s，不成功（圖2）。將01TK拆下，用保伽瑪校驗，發(fā)現(xiàn)該時間繼電器在電壓約62 V時線圈得電燈已亮，本來延時8 s閉合的觸點已經(jīng)導(dǎo)通。也就是說，在電壓遠小于220 V時，該時間繼電器起不到延時作用。

圖1發(fā)電機出口接觸器吸合的時序圖

圖2 發(fā)電機出口接觸器吸合不成功的時序圖

（3）01TK更換新的備件后，將01TK整定為8 s、02TK整定為12 s，再次啟動驗證。根據(jù)現(xiàn)場啟動及錄波情況，柴油機啟動時01KM未動作。根據(jù)現(xiàn)場視頻，在柴油機啟動后約3～5 s，01TK的線圈燈亮、然后燈熄滅。分析認(rèn)為，機械給的轉(zhuǎn)速信號IK2是脈沖信號，持續(xù)時間＜5 s，導(dǎo)致01TK的線圈短時得電后又失電，使得延時閉合觸點無法動作，進而導(dǎo)致01KM的線圈不能吸合（圖3）。這也印證了前幾次啟機時，01KM不能反復(fù)吸合而只是在5 s左右就不再吸合的現(xiàn)象。

1.2.2 排查試驗失敗原因的方法

經(jīng)過上述歷次試驗失敗，提出了如下來排查試驗失敗原因的方法。

（1）斷開22 kW風(fēng)機電源開關(guān)02QF、2×4 kW風(fēng)機03QF（這3臺風(fēng)機為發(fā)電機的負(fù)載）。

（2）為控制回路提供220 V交流恒壓源，啟動錄波，待機組啟動成功后，用恒壓源使01KM吸合。

（3）手動合02QF，觀察22 kW風(fēng)機啟動情況和發(fā)電機電壓波動情況。如果風(fēng)機無法啟動成功，手動斷開02QF。

（4）如果22 kW風(fēng)機啟動成功，電壓恢復(fù)，再手動合上03QF，觀察2×4 kW風(fēng)機啟動情況。應(yīng)能啟動成功。

（5）再做一次，觀察22 kW+2×4 kW風(fēng)機同時啟動的情況，觀察發(fā)電機電壓下降及恢復(fù)的波形。

（6）將01TK時間整定在4.5 s、02TK整定為12 s，負(fù)載帶載30 kW（3臺風(fēng)機一起投）。待機組啟動成功后，用外加220 V交流源給控制回路供電使01KM自動吸合。觀察發(fā)電機電壓下降及恢復(fù)的波形。

上述步驟現(xiàn)場錄波，可知空載啟動穩(wěn)定相電壓的有效值為240.5 V（圖4）。用市電使01KM吸合，先帶載22 kW風(fēng)機，相電壓降低到約127 V，下降到空載啟動穩(wěn)定電壓的52.8%，約6.09 s后電壓恢復(fù)正常。待電壓穩(wěn)定后加上2×4 kW風(fēng)機（共計30 kW負(fù)載），電壓稍有波動但很快恢復(fù)正常。斷開22 kW電機及2×4 kW風(fēng)機，將30 kW一并投入，相電壓降低到約99 V（下降到空載啟動穩(wěn)定電壓的41.1%），約14.62 s后電壓恢復(fù)正常。

圖3 發(fā)電機出口接觸器不動作的時序圖

圖4 手動投負(fù)載接觸器上端頭電壓

上述手動投入負(fù)載試驗結(jié)束后，關(guān)閉柴油發(fā)電機，進行自動帶載試驗（圖5）。將01TK時間整定在4.5 s、02TK整定為12 s，負(fù)載帶載30 kW。待機組啟動成功后，用外加220 V交流源給控制回路供電使01KM自動吸合，帶載成功。最低相電壓101.8 V，下降到空載啟動穩(wěn)定電壓的42%，電壓恢復(fù)時間14.5 s。

圖5 自動投30 kW負(fù)載接觸器上端頭電壓

通過上述外加控制電壓帶載試驗可知，發(fā)電機試驗不成功的很大原因在于發(fā)電機的帶載能力不足，導(dǎo)致突然加入30 kW的負(fù)載，發(fā)電機出口電壓下降過大，再加上轉(zhuǎn)速聯(lián)鎖信號IK2是脈沖信號（持續(xù)時間將近5 s），使得01TK和02TK不能獲得合適的供電電壓，從而導(dǎo)致01TK和02TK重合的時間不足，最后導(dǎo)致主回路的接觸器不能成功閉合，最終導(dǎo)致發(fā)電機試驗失敗。

2 發(fā)電機試驗效果不理想的解決方案

通過上述試驗的過程可知，柴油機輔助給水系統(tǒng)發(fā)電機的帶載能力不足，因此考慮從發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)方面改進，優(yōu)化發(fā)電機的帶載特性。

一方面由于柴油機輔助給水系統(tǒng)發(fā)電機出口接觸器01KM控制電源取自發(fā)電機出口的出口電壓，而發(fā)電機的出口電壓在發(fā)電機啟動到發(fā)電機出口電壓穩(wěn)定建立這個過程中是發(fā)生變化的，另外一方面，01KM的吸合還受到IK2（13，14）的約束。要使得01KM可靠吸合，需要通過IK2（13，14）、01TK和02TK的有效配合。所以，也可以通過改變發(fā)電機出口01KM控制電源（提供穩(wěn)定直流電源）和控制邏輯等方面進行適當(dāng)修改（圖6）。

圖6的工作原理是:在發(fā)電機出口電壓穩(wěn)定之前，可以通過直流蓄電池給控制回路供電，發(fā)電機帶載成功后，也可以用發(fā)電機出口電壓整流變化成直流給控制器供電。這樣可以使控制電源更加可靠，進而優(yōu)化柴油機輔助給水系統(tǒng)發(fā)電機和控制系統(tǒng)，提升發(fā)電機的帶載性能。

圖6 發(fā)電機出口接觸器控制電源供電示意

3 結(jié)論

由于帶載能力不足，柴油機輔助給水系統(tǒng)發(fā)電機在帶上負(fù)載的瞬間出口電壓降落較大，導(dǎo)致發(fā)電機出口接觸器無法成功吸合，致使得帶載困難。據(jù)此，從發(fā)電機勵磁和控制回路2個方面給出優(yōu)化建議，不僅對后續(xù)檢修工作和改善柴油機輔助給水系統(tǒng)有一定指導(dǎo)意義，同時也有利于提高設(shè)備的可靠性、安全性和可維護性，保證核電廠的安全運行。