核電廠應急柴油發(fā)電機特點及調(diào)試管理

萬寒陽

摘 要應急柴油發(fā)電機作為應急電源，在核電廠失去廠用電及備用電源時自動啟動并帶載相關(guān)負荷，以保障機組安全停堆并保護關(guān)鍵設(shè)備不被損壞。應急柴油發(fā)電機調(diào)試工期長、工作量大，對此，業(yè)主方會針對其調(diào)試成立專項小組，在前期的安裝工程中提前介入，做好管理，協(xié)調(diào)廠家、工程公司及承包商，以推動柴油發(fā)電機調(diào)試進度。以下對核電廠應急柴油發(fā)電機調(diào)試管理進行詳細論述。

關(guān)鍵詞應急柴油發(fā)電機;專項小組;核電廠

應急柴油發(fā)電機組是核電廠的重要應急電源，起著保障核安全的作用。當核電廠失去廠用電時，應急柴油發(fā)電機要求在接收啟動指令后10s內(nèi)啟動并達到額定電壓及頻率，并按帶載程序順序帶載。

1 核電廠應急柴油發(fā)電機特點

應急柴油發(fā)電機具有核安全相關(guān)功能，屬于1E級設(shè)備，要求在核電站同時失去廠用電及輔助電源時迅速啟動，保障機組安全停堆，保護燃料元件及其他關(guān)鍵設(shè)備不受損壞，具有容量大（5000-8000kW）、高可靠性（啟動成功率在99%以上）、低敏感性（應急運行時）、啟動迅速（10s內(nèi)達到額定電壓及功率）、帶載性能良好的特點。以下對高可靠性及低靈敏性兩點進行詳細介紹。

1.1 高可靠性

應急柴油發(fā)電機的高可靠性主要表現(xiàn)在自動化控制、無須人員值守，關(guān)鍵信號設(shè)計上有冗余，啟動裝置配置上冗余，對地震、火災、臺風具有較高抵抗力。

每臺核電機組設(shè)有兩列或以上柴油發(fā)電機作為應急電源，單列柴油發(fā)電機啟動后要求可連續(xù)運行168小時。柴油發(fā)電機有兩套獨立的壓空啟動系統(tǒng)作為啟動裝置，每套壓空啟動系統(tǒng)能滿足單獨完成5次應急啟動的要求。啟動的可靠性關(guān)系到柴油發(fā)電機組整體可靠性，IEEE387標準要求核電廠應急柴油發(fā)電機啟動成功率在99%以上。每臺柴油發(fā)電機配有兩套調(diào)速器，其中一套出現(xiàn)故障后另一套將自動投入。超速保護信號及轉(zhuǎn)速控制信號采用三取二邏輯，控制柜及調(diào)速器的三取二信號源也各自獨立，這些冗余設(shè)計降低了錯誤信號導致停機的可能性，降低了故障發(fā)生概率，保障了柴油發(fā)電機組可靠運行。應急柴油發(fā)電機作為核安全級設(shè)備，它的自動控制系統(tǒng)使用的可編程軟件也得符合IEC60880標準。

1.2 低敏感性

核電廠應急柴油發(fā)電機有應急模式和實驗模式兩種工作模式。其中，試驗模式主要用于調(diào)試階段及定期試驗，對應急柴油發(fā)電機組運行狀態(tài)進行檢測。試驗模式通過按下試驗按鈕進入，該模式下所有報警信號均投入運行。應急模式是指在核電站廠用電及備用電失去后，母線低壓信號觸發(fā)應急柴油發(fā)電機啟動，并進入額定工作狀態(tài)。此時，應急柴油發(fā)電機組需要連續(xù)不間斷運行，對反應堆持續(xù)冷卻，要求應急柴油發(fā)電機組有高的安全性、可靠性及穩(wěn)定性，除非機組發(fā)生嚴重故障，否則不能發(fā)生跳閘。在應急模式下，只有短路保護信號和超速保護信號能起停機作用，其他停機信號只報警不停機;即應急模式下，核電廠應急柴油發(fā)電機組對嚴重故障以外的信號不敏感。

2 核電廠應急柴油發(fā)電機的調(diào)試難點及調(diào)試組織職能

應急柴油發(fā)電機組結(jié)構(gòu)較為復雜，除柴油機本體外還包括潤滑油系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、高低溫水系統(tǒng)、壓空系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)及電氣保護系統(tǒng)等相關(guān)子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)內(nèi)包括壓空罐、油罐、氣管道、油管道、水管道、機帶泵、電動泵以及百余個各類型儀表及傳感器。建安期間工作量大，時間跨度長達1年半以上，安裝階段難免會遺留下一些問題，影響調(diào)試期間的進程。

對此，業(yè)主針對應急柴油發(fā)電機的調(diào)試工作成立專項小組，組內(nèi)細分各專業(yè)的分工，包括電氣專業(yè)、儀控專業(yè)、機械專業(yè)、技術(shù)管理等。其中，技術(shù)管理組管理并協(xié)調(diào)各專業(yè)組完成調(diào)試試驗，并協(xié)調(diào)處理各專業(yè)組調(diào)試過程中遇到的問題，設(shè)備固有缺陷聯(lián)系并配合廠家處理，設(shè)備安裝遺留問題督促安裝承包商及土建承包商解決。電氣、儀控、機械各專業(yè)組關(guān)注現(xiàn)場安裝及調(diào)試進度，負責各自專業(yè)下的調(diào)試試驗，遇到處理不了的問題或缺陷上報技術(shù)管理組協(xié)調(diào)解決。

3 核電廠應急柴油發(fā)電機調(diào)試管理建議及常見問題

按以往調(diào)試經(jīng)驗來看，核電現(xiàn)場有不少建安期間遺留問題在調(diào)試期間被發(fā)現(xiàn)后，由于此時建安工作已基本完成，各系統(tǒng)設(shè)備布置得很緊湊，拆卸、維修、安裝等工作在不影響其他系統(tǒng)或設(shè)備的情況下往往沒有足夠空間或時間窗口;此外，如相關(guān)設(shè)備涉及調(diào)試試驗先決條件項，之前完成的試驗項目在設(shè)備維修或更換后需重做，嚴重影響試驗進程，耽誤進度。因此，在安裝階段，各專業(yè)組便可以對承包商工作進度進行跟蹤，提前介入，督促設(shè)備安裝、管道安裝、管線沖洗、機柜電纜端接及機柜邏輯調(diào)試等工作。這樣便于更早發(fā)現(xiàn)問題，在不耽誤調(diào)試進度的同時為問題的解決留出更多時間。提前介入也能幫助各專業(yè)組熟悉設(shè)備現(xiàn)場布置，試驗期間能節(jié)省找設(shè)備的時間。當現(xiàn)場環(huán)境滿足試驗條件后，可以申請將部分調(diào)試工作提前，如此一來可以進一步縮短調(diào)試工期。由于提前介入進行試驗，難免會出現(xiàn)交叉作業(yè)的情況，需高度重視現(xiàn)場安全風險。系統(tǒng)負責人及試驗負責人需要和土建或設(shè)備安裝施工人員溝通好，協(xié)調(diào)工作窗口，將協(xié)議結(jié)果通告試驗小組及施工隊全體成員并確保知悉，各自工作窗口期間全力推動工作進度，盡快完成工作任務(wù)，避免互相影響。各組員要牢記安全紅黃線，制定合理的安全風險措施，確保人身安全及設(shè)備安全。

由于核電廠應急柴油發(fā)電機建安期間工作量大、時間跨度長、建安工人技術(shù)水平不一，專項組成員人力有限，仍會留下一些未被察覺的盲區(qū)?？傮w上，建安及調(diào)試期間遇到的問題可歸納為下述幾種類型。

3.1 系統(tǒng)接線錯誤

接線錯誤也是應急柴油發(fā)電機組調(diào)試期間常見的故障原因。目前施工人員對信號處理裝置的安裝及調(diào)試較嚴格，但對線路鋪設(shè)、傳感器安裝調(diào)試往往重視不夠，由此導致的一些故障有：溫控開關(guān)故障導致應急柴油發(fā)電機組不可用，勵磁線路接線錯誤導致機組輸出電壓不滿足要求，信號線路接線不規(guī)范導致報警信號干擾等。

3.2 系統(tǒng)現(xiàn)場布置不合理

應急柴油發(fā)電機組內(nèi)包含若干工藝子系統(tǒng)，存在油回路、水回路、氣回路，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備及管道布置如不合理，將影響管道內(nèi)介質(zhì)的狀態(tài)。例如：某核電廠B序列應急柴油發(fā)電機組現(xiàn)場驗收試驗結(jié)束后，置于手動熱備用狀態(tài)，此時突發(fā)全廠失電事故，就地手動啟動應急柴油發(fā)電機時出現(xiàn)“滑油進機壓力低”報警，啟動失敗?？疾飕F(xiàn)場布置情況后經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，滑油進機管路布置不合理?；瓦M機管路有一段低水平管路、一段豎直管路和一段高水平管路。事故時預潤滑油泵由于失電停運了一段時間，滑油進機管路的潤滑油油位回落到低水平段;機組啟動后，滑油需經(jīng)過豎直段及高水平段進入柴油發(fā)電機，由于高水平段管道較長，導致這次啟動后滑油進機時間遠長于熱備用工況，導致啟動失敗。就此問題該核電廠在工藝上將滑油進機管路進行改造，加長低水平段并縮短高水平段，使滑油進機端建壓時間提前，同時對KVD1繼電器時間定值延長0.5s。整改后，機組在后續(xù)幾次啟動試驗時均成功啟動。

3.3 產(chǎn)品設(shè)計缺陷或存在質(zhì)量問題

核電廠應急柴油發(fā)電機調(diào)試期間遇到的問題在排除系統(tǒng)現(xiàn)場布置及現(xiàn)場接線原因后，問題根本原因往往指向設(shè)計上的缺陷或者產(chǎn)品質(zhì)量問題。

如某核電應急柴油發(fā)電機組勵磁動態(tài)調(diào)試時出現(xiàn)問題：發(fā)電機空載啟動試驗時電壓突變，調(diào)節(jié)不平滑;10%階躍試驗中電壓上升時間不達標;并網(wǎng)試驗時并網(wǎng)后無功功率增大導致電流保護跳閘。經(jīng)試驗分析后查明原因分別是：勵磁調(diào)節(jié)器設(shè)計上通過電位器調(diào)節(jié)電壓，電位器會受空氣濕度影響出現(xiàn)氧化導致接觸不良，此設(shè)計存在缺陷;勵磁調(diào)節(jié)器比例放大倍數(shù)VP參數(shù)設(shè)置偏小;勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部通道接線錯誤。

有的核電站應急柴油發(fā)電機組互為備用的兩套調(diào)速器均設(shè)計為電子調(diào)速器。電子調(diào)速器雖然響應快、靈敏度高，但可靠性不如機械調(diào)速器，一旦發(fā)生故障，原因比較復雜難以排查，例如電子調(diào)速器存儲器寫滿導致故障、在固定功率段頻率抖動等。因此，設(shè)計上將機械調(diào)速器作為電子調(diào)速器的備用可避免共模故障，提高柴油發(fā)電機組的可靠性。

某核電廠應急柴油發(fā)電機組完成首次啟動后，出現(xiàn)連續(xù)多次啟動失敗的情況。后排查發(fā)現(xiàn)該應急柴油發(fā)電機使用的電子調(diào)速器此前從未在核電廠并網(wǎng)環(huán)境下應用過，雖然這臺應急柴油發(fā)電機出廠前通過了驗收試驗，但試驗階段使用的電子調(diào)速器與出廠成品所用不是同一個品牌。此外，該型號調(diào)速器在調(diào)試期間也多次出現(xiàn)輸出端口芯片燒毀的現(xiàn)象。問題產(chǎn)生原因還是廠家在設(shè)備選型方面存在疏忽，同時業(yè)主出廠驗收時流于形式。

針對設(shè)計缺陷、產(chǎn)品質(zhì)量不合格這類問題，業(yè)主需對廠家的設(shè)計方案進行審核，在采購階段的技術(shù)規(guī)格書內(nèi)容中要明確地列出，設(shè)計上設(shè)備核心部件選型必須要具備行業(yè)內(nèi)優(yōu)秀的應用業(yè)績證明，從而使得設(shè)備零部件的質(zhì)量有所保證。業(yè)主在廠家生產(chǎn)設(shè)備前，需要求廠家制定嚴格的質(zhì)量監(jiān)控體系，對核心部件要重點監(jiān)控。另外，出廠驗收時應對驗收時試驗條件嚴格要求，盡量與現(xiàn)場使用條件一致，所用電控等核心部件驗收后廠家不得自行更換。這些措施都要落到實處，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

4 結(jié)論

上述對核電廠應急柴油發(fā)電機進行了分析，從其特點以及調(diào)試的難點及過程中容易出現(xiàn)的問題做出了詳細的論述，并給出管理建議，對后續(xù)其他核電廠應急柴油發(fā)電機調(diào)試管理工作的順利開展有一定參考意義。

參考文獻

[1]黃昌軍.應急柴油發(fā)電機勵磁系統(tǒng)調(diào)試問題分析[J].核動力工程，2014（S1）：50-53.

[2]費云艷.田灣核電廠應急柴油發(fā)電機組技術(shù)選型[J].核工業(yè)自動化，2002（03）：1-6.

[3]韓超峰，屈天佑.某核電機組應急柴油發(fā)電機潤滑油系統(tǒng)調(diào)試問題分析及改進[J].電工技術(shù)，2019（03）：57-58.