壓水堆核電廠福島事故移動電源改進(jìn)項分析

陳思明 石雪峰 修璐倩

摘 要：介紹壓水堆核電廠福島事故后移動電源改進(jìn)項的實施背景，兩種不同電壓等級移動電源的設(shè)備配置及其帶載負(fù)荷，分析其在核電廠事故工況下的應(yīng)急功能實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：壓水堆；福島改進(jìn)項；移動電源

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.154

1 福島改進(jìn)項移動電源改進(jìn)項實施背景

借鑒于日本福島核電站的事故所給我們的啟示，為了保證發(fā)生壓水堆核電廠全廠斷電事故情況下長期排出堆芯和乏燃料水池的剩余熱量，以及保證第二道密封屏障的完整性，應(yīng)考慮設(shè)置臨時電源的接口，其目的是在不可預(yù)測的嚴(yán)重事故工況下，如果喪失全部電源，可通過預(yù)留的接口接入臨時電源，盡快使相關(guān)設(shè)施恢復(fù)供屯，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。因此設(shè)置一臺400V 車載式低壓移動柴油發(fā)電機(jī)組和一臺6.6kV 箱式中壓移動柴油發(fā)電機(jī)組。

2 移動電源設(shè)備配置及其帶載能力

400V 車載式低壓移動柴油發(fā)電機(jī)組由一臺柴油機(jī)和一臺發(fā)電機(jī)及其勵磁調(diào)節(jié)和保護(hù)系統(tǒng)組成，發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)可以手動啟動或停止柴油發(fā)電機(jī)，啟動系統(tǒng)可以連續(xù)啟動3次，并具備低溫啟動功能，柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)急供電運行時僅投入機(jī)械和失壓保護(hù)（3取2邏輯），其他的保護(hù)都被閉鎖，僅發(fā)出報警。只有在定期試驗期間這些保護(hù)才被投入。每臺柴油發(fā)電機(jī)組提供完整的繼電保護(hù)和安全自動裝置。繼電保護(hù)和安全自動裝置符合可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求。發(fā)電機(jī)組主要負(fù)荷為：水壓試驗泵電動機(jī)；水壓試驗泵附屬設(shè)備；ASG系統(tǒng)汽動泵110V控制盤供電；220V交流不間斷電源機(jī)柜LNE360CR；另外柴油發(fā)電機(jī)組運行后的自用負(fù)荷由其自行供電。

6.6kV 箱式中壓移動柴油發(fā)電機(jī)組由柴油機(jī)及6.6kV發(fā)電機(jī)組成，其特點是整個機(jī)組采用集成化設(shè)計，布置在標(biāo)準(zhǔn)集裝箱內(nèi)，便于整體移動并且具有較好的密封盒防雨功能。移動式應(yīng)急電源啟動方式采用電動機(jī)啟動，配置有兩套啟動用蓄電池互為備用，每套啟動用蓄電池應(yīng)保證柴油機(jī)至少3次連續(xù)啟動而不需要充電。為了保證柴油機(jī)的低溫啟動和順利加載，柴油機(jī)配置了獨立的預(yù)熱系統(tǒng)，預(yù)熱系統(tǒng)不依靠外部電源。發(fā)電機(jī)采用無刷勵磁方式，中性點不接地，發(fā)電機(jī)軸承上裝設(shè)一個熱電偶溫度探頭以探測熱點溫度。

對于采用移動式柴油發(fā)電機(jī)組供電的臨時電源，由于需要加載的負(fù)荷小于800kW，但其中560kW的輔助電動給水泵的啟動容量較大，為此而匹配的柴油機(jī)的功率可能要超出負(fù)載功率的兩倍多，是一種非常規(guī)的配置。因此燃料郵箱的容量將按照柴油機(jī)所帶的預(yù)期的連續(xù)供應(yīng)則通過油罐車提供。更多的燃料供應(yīng)應(yīng)來自廠外，當(dāng)廠外難以提供燃料時，還可以考慮取自本廠址應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)廠房的主貯油箱。對于低壓移動式柴油發(fā)電機(jī)組供電的臨時電源，超過設(shè)計時間以后的燃料連續(xù)供應(yīng)也通過油罐車提供，若廠外難以提供燃料，由于低壓移動式柴油發(fā)電機(jī)功率較小，可以在廠址內(nèi)進(jìn)行調(diào)配。

3 事故工況下移動電源的應(yīng)急功能實現(xiàn)

移動電源用于核電廠嚴(yán)重事故工況下在廠內(nèi)和廠外交流電源以及廠址附加柴油發(fā)電機(jī)全部喪失時，通過配置的移動應(yīng)急電源為實施應(yīng)急措施提供臨時動力，以緩解事故后果，并為恢復(fù)廠內(nèi)外交流電源提供時間窗口。

在SBO工況下（失去兩路廠外電源及廠內(nèi)的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)），LLS可運行至臨時電源介入（約6小時），即除電源喪失外，不考慮電廠其余功能的喪失。移動電源接入后，替代LLS，使用380V低壓移動電源為LLS001AR供電，以提供水壓試驗泵電源，提供主泵軸封水以確保一回路壓力邊界完整，同時，監(jiān)視堆芯重要參數(shù)的儀表也可以得到供電。堆芯熱量依靠汽動輔助給水泵向蒸汽發(fā)生器供水，蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽排向大氣將熱量帶出，一回路水裝量由水壓試驗泵保持（通過軸封注入或上充）。此時需要考慮5-6小時后給輔助給水箱補水，可使用移動式補水設(shè)施。6小時后可接入中壓移動電源，由中壓移動電源帶動電動輔助給水泵給蒸汽發(fā)生器供水將堆芯熱量導(dǎo)出。此時堆芯熱量依靠一臺電動輔助給水泵即可導(dǎo)出，因此只需考慮一臺泵的負(fù)荷。兩臺電動輔助給水泵ASG001PO和ASG002PO功率均為560kV，相關(guān)的閥門可手動操作，柴油發(fā)電機(jī)組的容量估算為2200kW，必要時可考慮同時計入兩臺泵。由于設(shè)計基準(zhǔn)事故工況下的應(yīng)急電源的加載程序已不使用于臨時電源所帶供電負(fù)荷的加載要求，在這種情況下將采用手動加載方式。并且通過制定相應(yīng)手動加載操作規(guī)程，使在最短時間內(nèi)完成所需負(fù)荷的接入。

福島事故中，超設(shè)計基準(zhǔn)的海嘯導(dǎo)致電廠動力電源、控制電源喪失，給后續(xù)事故處理帶來了很大的難度，機(jī)組關(guān)鍵參數(shù)無法獲取，給機(jī)組狀態(tài)控制增加了不確定性，冷卻系統(tǒng)主要能動設(shè)備動力喪失，堆芯熱量無法帶出，為后續(xù)放射性釋放埋下隱患。福島改進(jìn)項中移動電源的增加，提高了廠區(qū)電源的后備冗余，在應(yīng)對超設(shè)計基準(zhǔn)事故時提供了多樣化的決策方案，將在應(yīng)對超設(shè)計基準(zhǔn)事故時發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王慈.400V車載式移動柴油發(fā)電機(jī)組技術(shù)規(guī)格書[G].北京：中國核電工程有限公司，2012.

[2]梁慧茹.6.6kV移動電源技術(shù)規(guī)格書[G].北京：中國核電工程有限公司，2012.

作者簡介：陳思明（1985-），男，福建人，本科，工程師，研究方向：核電廠運行。