輔助給水系統(tǒng)發(fā)電機(jī)帶載啟動(dòng)困難原因分析

劉爭(zhēng)光，馬永立

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

0 引言

柴油機(jī)輔助給水系統(tǒng)發(fā)電機(jī)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(huì)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(jī)輔助給水系統(tǒng)發(fā)電機(jī)在帶載試驗(yàn)的過程中，多次出現(xiàn)帶載困難現(xiàn)象，給核電廠的安全運(yùn)行帶來(lái)一定風(fēng)險(xiǎn)。因此，找出發(fā)電機(jī)試驗(yàn)不理想的原因?qū)S護(hù)柴油機(jī)輔助給水系統(tǒng)起著舉足輕重的作用，對(duì)保證核電廠安全運(yùn)行有積極意義。

1 柴油機(jī)輔助給水系統(tǒng)發(fā)電機(jī)帶載困難

柴油機(jī)輔助給水系統(tǒng)發(fā)電機(jī)出口接觸器的控制回路的電源取自柴油機(jī)輔助給水系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的出口電壓，要想使該發(fā)電機(jī)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(jī)出口接觸器能夠吸合；另一方面發(fā)電機(jī)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(dòng)過程中發(fā)電機(jī)出口接觸器的工作原理。

1.1 發(fā)電機(jī)出口接觸器工作過程

發(fā)電機(jī)出口接觸器正常吸合的過程：當(dāng)發(fā)電機(jī)出口電壓上升到時(shí)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(shí)，在發(fā)電機(jī)出口電壓未達(dá)到額定電壓380 V 之前，02TK 的線圈吸合，其斷電延時(shí)觸點(diǎn)02TK（4，5）瞬時(shí)閉合，當(dāng)轉(zhuǎn)速聯(lián)鎖信號(hào)IK2 為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，01TK 線圈得電，其延時(shí)閉合觸點(diǎn)01TK（25，26）延時(shí)T01TK 閉合（圖1）。此時(shí)，02TK 斷電延時(shí)觸點(diǎn)02TK（4，5）和01TK 延時(shí)閉合觸點(diǎn)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(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)成功帶載。

1.2 發(fā)電機(jī)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(jī)帶上負(fù)荷后，時(shí)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(wú)法順利帶上需給柴油機(jī)本體冷卻用的風(fēng)扇，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)終止。因此懷疑，01TK 和02TK 的整定時(shí)間太短、發(fā)電機(jī)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(dòng)驗(yàn)證。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)及錄波情況，發(fā)現(xiàn)和前段時(shí)間的問題一樣，接觸器01KM 在4 s 左右即已開始動(dòng)作，吸合約1 s，不成功（圖2）。將01TK 拆下，用保伽瑪校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該時(shí)間繼電器在電壓約62 V時(shí)線圈得電燈已亮，本來(lái)延時(shí)8 s 閉合的觸點(diǎn)已經(jīng)導(dǎo)通。也就是說(shuō)，在電壓遠(yuǎn)小于220 V 時(shí)，該時(shí)間繼電器起不到延時(shí)作用。

圖1 發(fā)電機(jī)出口接觸器吸合的時(shí)序圖

圖2 發(fā)電機(jī)出口接觸器吸合不成功的時(shí)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(dòng)驗(yàn)證。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)及錄波情況，柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)01KM 未動(dòng)作。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)視頻，在柴油機(jī)啟動(dòng)后約3～5 s，01TK 的線圈燈亮、然后燈熄滅。分析認(rèn)為，機(jī)械給的轉(zhuǎn)速信號(hào)IK2 是脈沖信號(hào)，持續(xù)時(shí)間＜5 s，導(dǎo)致01TK 的線圈短時(shí)得電后又失電，使得延時(shí)閉合觸點(diǎn)無(wú)法動(dòng)作，進(jìn)而導(dǎo)致01KM 的線圈不能吸合（圖3）。這也印證了前幾次啟機(jī)時(shí)，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(yàn)失敗原因的方法

經(jīng)過上述歷次試驗(yàn)失敗，提出了如下來(lái)排查試驗(yàn)失敗原因的方法。

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

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

（3）手動(dòng)合02QF，觀察22 kW 風(fēng)機(jī)啟動(dòng)情況和發(fā)電機(jī)電壓波動(dòng)情況。如果風(fēng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)成功，手動(dòng)斷開02QF。

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

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

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

上述步驟現(xiàn)場(chǎng)錄波，可知空載啟動(dòng)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(jī)，相電壓降低到約127 V，下降到空載啟動(dòng)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(jī)（共計(jì)30 kW負(fù)載），電壓稍有波動(dòng)但很快恢復(fù)正常。斷開22 kW 電機(jī)及2×4 kW 風(fēng)機(jī)，將30 kW 一并投入，相電壓降低到約99 V（下降到空載啟動(dòng)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(jī)出口接觸器不動(dòng)作的時(shí)序圖

圖4 手動(dòng)投負(fù)載接觸器上端頭電壓

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

圖5 自動(dòng)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(yàn)可知，發(fā)電機(jī)試驗(yàn)不成功的很大原因在于發(fā)電機(jī)的帶載能力不足，導(dǎo)致突然加入30 kW的負(fù)載，發(fā)電機(jī)出口電壓下降過大，再加上轉(zhuǎn)速聯(lián)鎖信號(hào)IK2 是脈沖信號(hào)（持續(xù)時(shí)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(shí)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(jī)試驗(yàn)失敗。

2 發(fā)電機(jī)試驗(yàn)效果不理想的解決方案

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

一方面由于柴油機(jī)輔助給水系統(tǒng)發(fā)電機(jī)出口接觸器01KM控制電源取自發(fā)電機(jī)出口的出口電壓，而發(fā)電機(jī)的出口電壓在發(fā)電機(jī)啟動(dòng)到發(fā)電機(jī)出口電壓穩(wěn)定建立這個(gè)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(jī)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(jìn)行適當(dāng)修改（圖6）。

圖6 的工作原理是：在發(fā)電機(jī)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(jī)帶載成功后，也可以用發(fā)電機(jī)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(jìn)而優(yōu)化柴油機(jī)輔助給水系統(tǒng)發(fā)電機(jī)和控制系統(tǒng)，提升發(fā)電機(jī)的帶載性能。

圖6 發(fā)電機(jī)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(jī)輔助給水系統(tǒng)發(fā)電機(jī)在帶上負(fù)載的瞬間出口電壓降落較大，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出口接觸器無(wú)法成功吸合，致使得帶載困難。據(jù)此，從發(fā)電機(jī)勵(lì)磁和控制回路2 個(gè)方面給出優(yōu)化建議，不僅對(duì)后續(xù)檢修工作和改善柴油機(jī)輔助給水系統(tǒng)有一定指導(dǎo)意義，同時(shí)也有利于提高設(shè)備的可靠性、安全性和可維護(hù)性，保證核電廠的安全運(yùn)行。