核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)突加負(fù)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(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組（Emergency Diesel generator,EDG）在核電廠承擔(dān)安全相關(guān)功能，在核電廠失去場外電源時，需要對安全廠用負(fù)荷進(jìn)行分級帶載，以保證反應(yīng)堆堆芯余熱導(dǎo)出，保證3道安全屏障的安全。EDG 從出廠試驗開始，歷經(jīng)多種試驗，核電廠內(nèi)的突加負(fù)載試驗是對整個柴油發(fā)電機(jī)組暫態(tài)特性的考核，是對調(diào)速器、發(fā)電機(jī)組暫態(tài)電抗以及AVR（Automatical Voltage Regulator，自動電壓調(diào)節(jié)器）響應(yīng)特性進(jìn)行詳細(xì)錄波分析的一種試驗。

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)容量有限，當(dāng)突然加載較大負(fù)荷時，發(fā)電機(jī)的頻率和電壓均會出現(xiàn)下降。通過現(xiàn)場的突加負(fù)載試驗，考核EDG 綜合性能，驗證突加負(fù)載能力是否滿足實際需求。

2 優(yōu)化分析

2.1 試驗負(fù)荷的選取

按照IEEE 387 的規(guī)范要求，需要啟動柴油機(jī)在應(yīng)急運行期間最大的負(fù)荷。由于在調(diào)試期間，以VVER（Water Water Energetic Reactor，水—水動力反應(yīng)堆）機(jī)型為例，EDG 帶載的最大負(fù)荷為LAS 泵（Emergency Feed Pump，應(yīng)急補(bǔ)水泵）800 kW，在蒸汽發(fā)生器失去正常補(bǔ)水后為其提供應(yīng)急補(bǔ)水，保證堆芯的余熱導(dǎo)出，而蒸汽發(fā)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(xiàn)場僅采用小流量試驗。小流量試驗的缺點是負(fù)載小于實際負(fù)載。但從試驗的特性來說，該試驗更側(cè)重于對于發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗和勵磁系統(tǒng)的考核，調(diào)速器的試驗在廠家突加負(fù)載時能夠足夠證明其可靠性。工廠出廠驗收時，EDG 需要歷經(jīng)最大為75 %額定功率的突加負(fù)載（4210 kW），在該條件下的頻率最大偏差為±5%，且在2 s 內(nèi)恢復(fù)。廠家試驗時，考核條件已經(jīng)超過現(xiàn)場最大單個負(fù)荷，對于EDG 的暫態(tài)考核，應(yīng)側(cè)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(jī)，通過阻性水電阻以及并聯(lián)電抗器來模擬試驗負(fù)載，該類型的模擬無法實際代表電動機(jī)的啟動過程。突加負(fù)載試驗更多的應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)的選取

國內(nèi)的EDG 突加試驗參照標(biāo)準(zhǔn)有法國RCCE 標(biāo)準(zhǔn)以及德國KTA 標(biāo)準(zhǔn)。RCC—EC2400 的標(biāo)準(zhǔn)為：突加負(fù)載時頻率不應(yīng)下降到額定值的95%以下，電壓不應(yīng)下降到額定值的75%以下。

按照KTA 3702 標(biāo)準(zhǔn)要求，在“Transition voltage deviation during power lever increase ”（電源負(fù)載增加期間過渡電壓的偏差），頻率不應(yīng)低于額定值的95%，電壓不應(yīng)下降到85%以下。KTA 標(biāo)準(zhǔn)比RCCE 標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，VVER 項目EDG 的制造及試驗標(biāo)準(zhǔn)采用KTA 標(biāo)準(zhǔn)，試驗驗收標(biāo)準(zhǔn)參考KTA3702 標(biāo)準(zhǔn)。

3 試驗

3.1 試驗的實施

突加負(fù)載并不是單一的試驗項目，是一連串連續(xù)試驗里的一個環(huán)節(jié)。驗證的是EDG 的負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力，是把1 臺接近空載的發(fā)電機(jī)突然加上負(fù)載，驗證轉(zhuǎn)速和電壓變化。試驗方法是將BE*母線下游帶上盡量多的負(fù)載，然后將EDG 并網(wǎng)，并網(wǎng)后的EDG 由于調(diào)速器自動加載900 kW 負(fù)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(wěn)定的平臺。需要就地和主控室配合，當(dāng)觀察到EDG 輸出的功率處于低谷時，主控室果斷斷開BE*進(jìn)線斷路器。使得本段母線負(fù)載由電網(wǎng)帶載轉(zhuǎn)移至EDG，觀察進(jìn)線斷路器斷開前后的電壓及頻率波動。BE*進(jìn)線斷路器分閘使得EDG 進(jìn)入應(yīng)急模式，電調(diào)從試驗?zāi)Ｊ角袚Q至應(yīng)急模式時，儀控系統(tǒng)會給出短暫的停機(jī)脈沖命令。停機(jī)脈沖命令消失后，電調(diào)檢測到轉(zhuǎn)速會將柴油機(jī)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(qū)分是否并網(wǎng)，它是恒Droop 模式，根據(jù)發(fā)電機(jī)的電流調(diào)整發(fā)電機(jī)的端電壓。

調(diào)試期間，下游的負(fù)載1000 kW，觀察不到電壓發(fā)生顯著的變化。該電流跟電動機(jī)啟動電流相差數(shù)倍，對于AVR 及發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗的特性考核而言比較微弱。

在EDG 進(jìn)入孤島模式后，先停掉LAS 泵，然后準(zhǔn)備開始突加負(fù)載，就地的錄波器準(zhǔn)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(fù)時間進(jìn)行初步判斷。

3.2 同源核相與假同期

EDG 的突加試驗結(jié)束后，需要將處于孤島運行的EDG 與外電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)，稱為反同期。并網(wǎng)同期試驗前，需進(jìn)行同源核相試驗，EDG 突加負(fù)載試驗接線圖見圖1。經(jīng)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(fā)電機(jī)造成巨大傷害。其中同源核相部分，在發(fā)電機(jī)首次啟動之前已經(jīng)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(jìn)行同源核相的確認(rèn)。在同一個1 次電源情況下，確認(rèn)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(jìn)行1 次假同期，即是將進(jìn)線斷路器置于試驗位置，然后進(jìn)行合閘。通過錄波器錄取進(jìn)線斷路器變位反饋以及BE*和BB*包絡(luò)電壓的比較，進(jìn)線斷路器的變位反饋應(yīng)在包絡(luò)電壓的近零點。

調(diào)試時，由于反同期表在后備盤，后備盤調(diào)試屬于儀控人員，因此EDG 調(diào)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(rèn)為同期表的輸出允許接點串在合閘回路當(dāng)中。在后續(xù)的調(diào)試過程中，多次核實后發(fā)現(xiàn)同期表的允許接點未串在合閘回路當(dāng)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(nèi)習(xí)慣設(shè)置為（0.1～0.3）Hz，換算成轉(zhuǎn)速為（3～9）r/min。恢復(fù)與外電網(wǎng)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(tǒng)，儀控系統(tǒng)再送至保護(hù)柜，保護(hù)柜再送至電調(diào)/AVR。因此可以明顯察覺到響應(yīng)滯后，將允許轉(zhuǎn)差調(diào)整到0.15 Hz，也就是接近7 r/min。

圖1 EDG 突加負(fù)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(yīng)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(jìn)行錄波，分析開關(guān)變位與包絡(luò)電壓的關(guān)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(luò)電壓存在固有壓差，在同源核相期間測量包絡(luò)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(jié)束。

4 結(jié)束語

分析應(yīng)急柴油機(jī)突加負(fù)載試驗方法，進(jìn)行試驗和后期并網(wǎng)，充分的考察柴油機(jī)性能。不應(yīng)拘泥于湊出最大有功負(fù)載，通過2臺或者多臺中壓電機(jī)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(jī)的無功功率存在不足，導(dǎo)致過流保護(hù)動作。充分認(rèn)識同源核相試驗的極端重要性，對于回路及PT 差異導(dǎo)致的固有壓差，在EDG 并網(wǎng)試驗的導(dǎo)前時間核算時進(jìn)行考慮。