核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)特點(diǎn)及調(diào)試管理

萬(wàn)寒陽(yáng)

摘 要應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源，在核電廠失去廠用電及備用電源時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)并帶載相關(guān)負(fù)荷，以保障機(jī)組安全停堆并保護(hù)關(guān)鍵設(shè)備不被損壞。應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)調(diào)試工期長(zhǎng)、工作量大，對(duì)此，業(yè)主方會(huì)針對(duì)其調(diào)試成立專項(xiàng)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(dòng)柴油發(fā)電機(jī)調(diào)試進(jìn)度。以下對(duì)核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)調(diào)試管理進(jìn)行詳細(xì)論述。

關(guān)鍵詞應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī);專項(xiàng)小組;核電廠

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

1 核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)特點(diǎn)

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)具有核安全相關(guān)功能，屬于1E級(jí)設(shè)備，要求在核電站同時(shí)失去廠用電及輔助電源時(shí)迅速啟動(dòng)，保障機(jī)組安全停堆，保護(hù)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(dòng)成功率在99%以上）、低敏感性（應(yīng)急運(yùn)行時(shí)）、啟動(dòng)迅速（10s內(nèi)達(dá)到額定電壓及功率）、帶載性能良好的特點(diǎn)。以下對(duì)高可靠性及低靈敏性兩點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.1 高可靠性

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的高可靠性主要表現(xiàn)在自動(dòng)化控制、無(wú)須人員值守，關(guān)鍵信號(hào)設(shè)計(jì)上有冗余，啟動(dòng)裝置配置上冗余，對(duì)地震、火災(zāi)、臺(tái)風(fēng)具有較高抵抗力。

每臺(tái)核電機(jī)組設(shè)有兩列或以上柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源，單列柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后要求可連續(xù)運(yùn)行168小時(shí)。柴油發(fā)電機(jī)有兩套獨(dú)立的壓空啟動(dòng)系統(tǒng)作為啟動(dòng)裝置，每套壓空啟動(dòng)系統(tǒng)能滿足單獨(dú)完成5次應(yīng)急啟動(dòng)的要求。啟動(dòng)的可靠性關(guān)系到柴油發(fā)電機(jī)組整體可靠性，IEEE387標(biāo)準(zhǔn)要求核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)成功率在99%以上。每臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)配有兩套調(diào)速器，其中一套出現(xiàn)故障后另一套將自動(dòng)投入。超速保護(hù)信號(hào)及轉(zhuǎn)速控制信號(hào)采用三取二邏輯，控制柜及調(diào)速器的三取二信號(hào)源也各自獨(dú)立，這些冗余設(shè)計(jì)降低了錯(cuò)誤信號(hào)導(dǎo)致停機(jī)的可能性，降低了故障發(fā)生概率，保障了柴油發(fā)電機(jī)組可靠運(yùn)行。應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)作為核安全級(jí)設(shè)備，它的自動(dòng)控制系統(tǒng)使用的可編程軟件也得符合IEC60880標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 低敏感性

核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)有應(yīng)急模式和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絻煞N工作模式。其中，試驗(yàn)?zāi)Ｊ街饕糜谡{(diào)試階段及定期試驗(yàn)，對(duì)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。試驗(yàn)?zāi)Ｊ酵ㄟ^(guò)按下試驗(yàn)按鈕進(jìn)入，該模式下所有報(bào)警信號(hào)均投入運(yùn)行。應(yīng)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(hào)觸發(fā)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)，并進(jìn)入額定工作狀態(tài)。此時(shí)，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組需要連續(xù)不間斷運(yùn)行，對(duì)反應(yīng)堆持續(xù)冷卻，要求應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組有高的安全性、可靠性及穩(wěn)定性，除非機(jī)組發(fā)生嚴(yán)重故障，否則不能發(fā)生跳閘。在應(yīng)急模式下，只有短路保護(hù)信號(hào)和超速保護(hù)信號(hào)能起停機(jī)作用，其他停機(jī)信號(hào)只報(bào)警不停機(jī);即應(yīng)急模式下，核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組對(duì)嚴(yán)重故障以外的信號(hào)不敏感。

2 核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的調(diào)試難點(diǎn)及調(diào)試組織職能

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，除柴油機(jī)本體外還包括潤(rùn)滑油系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、高低溫水系統(tǒng)、壓空系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)及電氣保護(hù)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(jī)帶泵、電動(dòng)泵以及百余個(gè)各類型儀表及傳感器。建安期間工作量大，時(shí)間跨度長(zhǎng)達(dá)1年半以上，安裝階段難免會(huì)遺留下一些問(wèn)題，影響調(diào)試期間的進(jìn)程。

對(duì)此，業(yè)主針對(duì)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的調(diào)試工作成立專項(xiàng)小組，組內(nèi)細(xì)分各專業(yè)的分工，包括電氣專業(yè)、儀控專業(yè)、機(jī)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(yàn)，并協(xié)調(diào)處理各專業(yè)組調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)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(wèn)題督促安裝承包商及土建承包商解決。電氣、儀控、機(jī)械各專業(yè)組關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)安裝及調(diào)試進(jìn)度，負(fù)責(zé)各自專業(yè)下的調(diào)試試驗(yàn)，遇到處理不了的問(wèn)題或缺陷上報(bào)技術(shù)管理組協(xié)調(diào)解決。

3 核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)調(diào)試管理建議及常見問(wèn)題

按以往調(diào)試經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，核電現(xiàn)場(chǎng)有不少建安期間遺留問(wèn)題在調(diào)試期間被發(fā)現(xiàn)后，由于此時(shí)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(méi)有足夠空間或時(shí)間窗口;此外，如相關(guān)設(shè)備涉及調(diào)試試驗(yàn)先決條件項(xiàng)，之前完成的試驗(yàn)項(xiàng)目在設(shè)備維修或更換后需重做，嚴(yán)重影響試驗(yàn)進(jìn)程，耽誤進(jìn)度。因此，在安裝階段，各專業(yè)組便可以對(duì)承包商工作進(jìn)度進(jìn)行跟蹤，提前介入，督促設(shè)備安裝、管道安裝、管線沖洗、機(jī)柜電纜端接及機(jī)柜邏輯調(diào)試等工作。這樣便于更早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，在不耽誤調(diào)試進(jìn)度的同時(shí)為問(wèn)題的解決留出更多時(shí)間。提前介入也能幫助各專業(yè)組熟悉設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)布置，試驗(yàn)期間能節(jié)省找設(shè)備的時(shí)間。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境滿足試驗(yàn)條件后，可以申請(qǐng)將部分調(diào)試工作提前，如此一來(lái)可以進(jìn)一步縮短調(diào)試工期。由于提前介入進(jìn)行試驗(yàn)，難免會(huì)出現(xiàn)交叉作業(yè)的情況，需高度重視現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)。系統(tǒng)負(fù)責(zé)人及試驗(yàn)負(fù)責(zé)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(yàn)小組及施工隊(duì)全體成員并確保知悉，各自工作窗口期間全力推動(dòng)工作進(jìn)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(fēng)險(xiǎn)措施，確保人身安全及設(shè)備安全。

由于核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)建安期間工作量大、時(shí)間跨度長(zhǎng)、建安工人技術(shù)水平不一，專項(xiàng)組成員人力有限，仍會(huì)留下一些未被察覺(jué)的盲區(qū)。總體上，建安及調(diào)試期間遇到的問(wèn)題可歸納為下述幾種類型。

3.1 系統(tǒng)接線錯(cuò)誤

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

3.2 系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)布置不合理

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)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(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收試驗(yàn)結(jié)束后，置于手動(dòng)熱備用狀態(tài)，此時(shí)突發(fā)全廠失電事故，就地手動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)時(shí)出現(xiàn)“滑油進(jìn)機(jī)壓力低”報(bào)警，啟動(dòng)失敗。考察現(xiàn)場(chǎng)布置情況后經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，滑油進(jìn)機(jī)管路布置不合理。滑油進(jìn)機(jī)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(shí)預(yù)潤(rùn)滑油泵由于失電停運(yùn)了一段時(shí)間，滑油進(jìn)機(jī)管路的潤(rùn)滑油油位回落到低水平段;機(jī)組啟動(dòng)后，滑油需經(jīng)過(guò)豎直段及高水平段進(jìn)入柴油發(fā)電機(jī)，由于高水平段管道較長(zhǎng)，導(dǎo)致這次啟動(dòng)后滑油進(jìn)機(jī)時(shí)間遠(yuǎn)長(zhǎng)于熱備用工況，導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。就此問(wèn)題該核電廠在工藝上將滑油進(jìn)機(jī)管路進(jìn)行改造，加長(zhǎng)低水平段并縮短高水平段，使滑油進(jìn)機(jī)端建壓時(shí)間提前，同時(shí)對(duì)KVD1繼電器時(shí)間定值延長(zhǎng)0.5s。整改后，機(jī)組在后續(xù)幾次啟動(dòng)試驗(yàn)時(shí)均成功啟動(dòng)。

3.3 產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷或存在質(zhì)量問(wèn)題

核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)調(diào)試期間遇到的問(wèn)題在排除系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)布置及現(xiàn)場(chǎng)接線原因后，問(wèn)題根本原因往往指向設(shè)計(jì)上的缺陷或者產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。

如某核電應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁動(dòng)態(tài)調(diào)試時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題：發(fā)電機(jī)空載啟動(dòng)試驗(yàn)時(shí)電壓突變，調(diào)節(jié)不平滑;10%階躍試驗(yàn)中電壓上升時(shí)間不達(dá)標(biāo);并網(wǎng)試驗(yàn)時(shí)并網(wǎng)后無(wú)功功率增大導(dǎo)致電流保護(hù)跳閘。經(jīng)試驗(yàn)分析后查明原因分別是：勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)上通過(guò)電位器調(diào)節(jié)電壓，電位器會(huì)受空氣濕度影響出現(xiàn)氧化導(dǎo)致接觸不良，此設(shè)計(jì)存在缺陷;勵(lì)磁調(diào)節(jié)器比例放大倍數(shù)VP參數(shù)設(shè)置偏小;勵(lì)磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部通道接線錯(cuò)誤。

有的核電站應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組互為備用的兩套調(diào)速器均設(shè)計(jì)為電子調(diào)速器。電子調(diào)速器雖然響應(yīng)快、靈敏度高，但可靠性不如機(jī)械調(diào)速器，一旦發(fā)生故障，原因比較復(fù)雜難以排查，例如電子調(diào)速器存儲(chǔ)器寫滿導(dǎo)致故障、在固定功率段頻率抖動(dòng)等。因此，設(shè)計(jì)上將機(jī)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(jī)組的可靠性。

某核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組完成首次啟動(dòng)后，出現(xiàn)連續(xù)多次啟動(dòng)失敗的情況。后排查發(fā)現(xiàn)該應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)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(yīng)用過(guò)，雖然這臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)出廠前通過(guò)了驗(yàn)收試驗(yàn)，但試驗(yàn)階段使用的電子調(diào)速器與出廠成品所用不是同一個(gè)品牌。此外，該型號(hào)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(wèn)題產(chǎn)生原因還是廠家在設(shè)備選型方面存在疏忽，同時(shí)業(yè)主出廠驗(yàn)收時(shí)流于形式。

針對(duì)設(shè)計(jì)缺陷、產(chǎn)品質(zhì)量不合格這類問(wèn)題，業(yè)主需對(duì)廠家的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行審核，在采購(gòu)階段的技術(shù)規(guī)格書內(nèi)容中要明確地列出，設(shè)計(jì)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(yīng)用業(yè)績(jī)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(yán)格的質(zhì)量監(jiān)控體系，對(duì)核心部件要重點(diǎn)監(jiān)控。另外，出廠驗(yàn)收時(shí)應(yīng)對(duì)驗(yàn)收時(shí)試驗(yàn)條件嚴(yán)格要求，盡量與現(xiàn)場(chǎng)使用條件一致，所用電控等核心部件驗(yàn)收后廠家不得自行更換。這些措施都要落到實(shí)處，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

4 結(jié)論

上述對(duì)核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行了分析，從其特點(diǎn)以及調(diào)試的難點(diǎn)及過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題做出了詳細(xì)的論述，并給出管理建議，對(duì)后續(xù)其他核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)調(diào)試管理工作的順利開展有一定參考意義。

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