核電廠應急柴油發電機突加負載試驗方法

潘永成

（江蘇核電有限公司，江蘇連云港 222000）

1 EDG性能驗證

應急柴油發電機組（Emergency Diesel generator，EDG）在核電廠承擔安全相關功能，在核電廠失去場外電源時，需要對安全廠用負荷進行分級帶載，以保證反應堆堆芯余熱導出，保證3道安全屏障的安全。EDG從出廠試驗開始，歷經多種試驗，核電廠內的突加負載試驗是對整個柴油發電機組暫態特性的考核，是對調速器、發電機組暫態電抗以及AVR（Automatical Voltage Regulator，自動電壓調節器）響應特性進行詳細錄波分析的一種試驗。

應急柴油發電機組發電機容量有限，當突然加載較大負荷時，發電機的頻率和電壓均會出現下降。通過現場的突加負載試驗，考核EDG綜合性能，驗證突加負載能力是否滿足實際需求。

2 優化分析

2.1 試驗負荷的選取

按照IEEE 387的規范要求，需要啟動柴油機在應急運行期間最大的負荷。由于在調試期間，以VVER（Water Water Energetic Reactor，水—水動力反應堆）機型為例，EDG帶載的最大負荷為LAS泵（Emergency Feed Pump，應急補水泵）800 kW，在蒸汽發生器失去正常補水后為其提供應急補水，保證堆芯的余熱導出，而蒸汽發生器的整個管線可用的施工邏輯往往又滯后于EDG可用性的要求，因此現場僅采用小流量試驗。小流量試驗的缺點是負載小于實際負載。但從試驗的特性來說，該試驗更側重于對于發電機暫態電抗和勵磁系統的考核，調速器的試驗在廠家突加負載時能夠足夠證明其可靠性。工廠出廠驗收時，EDG需要歷經最大為75%額定功率的突加負載（4210 kW），在該條件下的頻率最大偏差為±5%，且在2 s內恢復。廠家試驗時，考核條件已經超過現場最大單個負荷，對于EDG的暫態考核，應側重于對于電壓跌落的考核。EDG制造廠的試驗臺架上不具備800 kW的電機，通過阻性水電阻以及并聯電抗器來模擬試驗負載，該類型的模擬無法實際代表電動機的啟動過程。突加負載試驗更多的應從考核無功的角度考慮，即電壓跌落的深度。使用LAS泵的小流量啟動可以接受。

2.2 試驗標準的選取

國內的EDG突加試驗參照標準有法國RCCE標準以及德國KTA標準。RCC—EC2400的標準為:突加負載時頻率不應下降到額定值的95%以下，電壓不應下降到額定值的75%以下。

按照KTA 3702標準要求，在“Transition voltage deviation during power lever increase”（電源負載增加期間過渡電壓的偏差），頻率不應低于額定值的95%，電壓不應下降到85%以下。KTA標準比RCCE標準嚴格，VVER項目EDG的制造及試驗標準采用KTA標準，試驗驗收標準參考KTA3702標準。

3 試驗

3.1 試驗的實施

突加負載并不是單一的試驗項目，是一連串連續試驗里的一個環節。驗證的是EDG的負荷轉移能力，是把1臺接近空載的發電機突然加上負載，驗證轉速和電壓變化。試驗方法是將BE*母線下游帶上盡量多的負載，然后將EDG并網，并網后的EDG由于調速器自動加載900 kW負荷，可手動減少有功輸出，但是低功率時的功率很難停留在穩定的平臺。需要就地和主控室配合，當觀察到EDG輸出的功率處于低谷時，主控室果斷斷開BE*進線斷路器。使得本段母線負載由電網帶載轉移至EDG，觀察進線斷路器斷開前后的電壓及頻率波動。BE*進線斷路器分閘使得EDG進入應急模式，電調從試驗模式切換至應急模式時，儀控系統會給出短暫的停機脈沖命令。停機脈沖命令消失后，電調檢測到轉速會將柴油機重新拉到以1560 r/min為起始點的4%Droop（勵磁下垂控制特性）曲線上。由于AVR不區分是否并網，它是恒Droop模式，根據發電機的電流調整發電機的端電壓。

調試期間，下游的負載1000 kW，觀察不到電壓發生顯著的變化。該電流跟電動機啟動電流相差數倍，對于AVR及發電機暫態電抗的特性考核而言比較微弱。

在EDG進入孤島模式后，先停掉LAS泵，然后準備開始突加負載，就地的錄波器準備好之后，開始倒計時錄波，主控人員啟動LAS泵。LAS泵啟動完畢后，對電壓跌落深度及恢復時間進行初步判斷。

3.2 同源核相與假同期

EDG的突加試驗結束后，需要將處于孤島運行的EDG與外電網進行并網，稱為反同期。并網同期試驗前，需進行同源核相試驗，EDG突加負載試驗接線圖見圖1。經歷同源核相試驗，才能對同期回路的正確性做出判斷，否則在二次線接線錯誤情況下將使得同期表顯示滿足同期條件，從而對發電機造成巨大傷害。其中同源核相部分，在發電機首次啟動之前已經具備條件。反同期時BE*母線和BB*母線的同期，也就是兩段PT（Position Transformer，電壓互感器）之間的同期，在BE*上電后，可對反同期回路進行同源核相的確認。在同一個1次電源情況下，確認此時同期表指向12點。

反同期的前提是同源核相，真正反同期操作前需進行1次假同期，即是將進線斷路器置于試驗位置，然后進行合閘。通過錄波器錄取進線斷路器變位反饋以及BE*和BB*包絡電壓的比較，進線斷路器的變位反饋應在包絡電壓的近零點。

調試時，由于反同期表在后備盤，后備盤調試屬于儀控人員，因此EDG調試人員并未過多深入后備盤的回路部分。而且假同期試驗時的試驗方法不完整，僅在接近12點時按下合閘按鈕，未在6點、9點方向嘗試合閘，所以默認為同期表的輸出允許接點串在合閘回路當中。在后續的調試過程中，多次核實后發現同期表的允許接點未串在合閘回路當中，將允許接點串入，同期表允許接點串入后，需要校驗同期表的允許頻差，按照國內習慣設置為（0.1～0.3）Hz，換算成轉速為（3～9）r/min。恢復與外電網連接時，需要在主控后備盤操作，硬件按鈕操作送至儀控系統，儀控系統再送至保護柜，保護柜再送至電調/AVR。因此可以明顯察覺到響應滯后，將允許轉差調整到0.15 Hz，也就是接近7 r/min。

圖1 EDG突加負載試驗接線圖

假同期操作過程中，在6點、9點方向嘗試合閘失敗，在接近12點時應正確動作。然后可以將斷路器推入工作位置，開始正式的反同期合閘操作，正式合閘過程中進行錄波，分析開關變位與包絡電壓的關系，分析假同期時，兩邊PT電壓存在差異，二次線的長度不一致，使得包絡電壓存在固有壓差，在同源核相期間測量包絡電壓的固有壓差，以便在假同期時對近零點判斷。反同期成功后，停運EDG，試驗結束。

4 結束語

分析應急柴油機突加負載試驗方法，進行試驗和后期并網，充分的考察柴油機性能。不應拘泥于湊出最大有功負載，通過2臺或者多臺中壓電機啟動來模擬LAS泵的真實帶載，該工況目的是湊出有功功率相近，但該情況下勵磁機的無功功率存在不足，導致過流保護動作。充分認識同源核相試驗的極端重要性，對于回路及PT差異導致的固有壓差，在EDG并網試驗的導前時間核算時進行考慮。