“華龍一號”應急柴油發電機試驗探討

周仁懷

(中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314303)

“華龍一號”每個機組設置了兩套應急柴油發電機組EMP(6.6 kV交流應急電源系統-系列A)和EMQ(6.6 kV交流應急電源系統-系列B)，它們構成了核電廠內中壓應急交流電源，分別為帶有應急廠用設備的交流應急配電系統EMA(6.6 kV交流應急配電系統系列A)和EMB(6.6 kV交流應急配電系統系列B)供電。在電廠外部交流電源全部失去的條件下，每套柴油發電機組均可自動啟動并給應急廠用設備供電，以確保反應堆安全停堆，并且防止由于正常的外部電源系統失電而導致重要設備的損壞。為了驗證應急柴油發電機滿足設計要求，柴油發電機需經一系列的調試試驗。以下就調試試驗項目進行簡要介紹，并分析試驗模式中止試驗失敗的原因，希望對后續“華龍一號”機組應急柴油發電機的調試以及定期試驗提供一定的借鑒和參考。

1 相關標準和要求

IEEE 387—2017 IEEE Standard Criteria for Diesel Generator Units Applied as Standby Power Supplies for Nuclear Power Generating Stations[1]和EJ-T 625—2004 核電廠備用電源用柴油發電機組準則[2]對核電廠應急柴油發電機的現場試驗進行了詳細規定且內容一致，詳見表1。

表1 柴油發電機現場試驗

海外“華龍一號”應急柴油發電機組是由韓國現代重工有限公司供貨，由中船重工第703研究所無錫分部成套組裝，其主要參數如表2所示。

表2 柴油發電機主要參數

海外“華龍一號”調試人員根據應急柴油發電機的特點編制了8份試驗程序，并核對了IEEE 387—2017中的相應章節，確保調試試驗程序能滿足IEEE 387—2017的要求，具體如表3所示。

表3 柴油發電機調試程序

2 調試過程

2.1 試驗模式中止測試失敗

2019年12月31日，海外“華龍一號”首臺應急柴油發電機2EMQ開始進行試驗模式中止測試，驗收標準為：證明當柴油發電機組連接到它的母線上處于試驗模式下運行時，模擬的安全注射信號能夠使其轉為應急模式。試驗前2EMQ并網運行，有功功率在1 600 kW左右，隨后試驗人員模擬安注信號，2EMQ轉入應急模式，但有功功率自動下降直至逆功率，隨后發電機有功功率自動上升，最高至7 000 kW左右，期間有功功率無法手動調節，就地試驗人員緊急手動停機，試驗停止。整個試驗過程持續約72 s，試驗趨勢如圖1所示。

圖1 試驗模式中止測試趨勢圖

2.2 試驗模式中止測試標準

IEEE 387—2017 對試驗模式中止測試有如下規定：柴油發電機試驗模式并網運行期間，在模擬安全注射SIAS信號后，柴油發電機應轉為備用運行，應急母線上的負載切換到外電網供電。

2.3 原因分析

(1)應急柴油發電機邏輯不符合標準要求

“華龍一號”應急柴油發電機按照系統設計，安注信號啟動后，將觸發應急柴油發電機應急啟動信號，此時處于備用狀態的應急柴油發電機將自動應急啟動，若此時應急柴油發電機正在進行試驗(空載運行、并網運行)，也將轉入應急模式，但并網運行的柴油發電機未按IEEE 387—2017的要求切換負載，不滿足試驗模式中止測試的要求。

(2)調速器工作模式與應急柴油發電機運行方式不一致

應急柴油發電機有應急和試驗兩種運行模式。就地手動啟動屬于試驗模式，此時柴油發電機可手動調節電壓、轉速，柴油機可手動并網運行，所有停機信號均可停機；其他方式的啟動(遠方手動啟動、自動啟動)均為應急模式，此時柴油發電機不可手動調節電壓、轉速，并且僅有發電機超速保護、低電壓保護和就地緊急停機按鈕方可停機。

海外“華龍一號”柴油發電機采用Woodward電子調速器，基本原理是控制燃油的流量來實現對柴油發電機轉速的控制。調速器有Isochronouse無差和Droop有差兩種工作模式。Isochronouse無差模式可理解為轉速控制模式，即無論功率多少始終控制發電機在額定轉速運行，該模式應用于空載運行和帶載運行(非并網)；Droop有差模式可理解為功率控制模式，即無論轉速多少始終控制發電機在給定的有功功率運行，該模式應用于并網運行。調速器的運行模式通過應急啟動信號和并網信號進行切換，當柴油發電機并網運行時，調速器工作于Droop有差模式，否則調速器工作于Isochronouse無差模式。

在此試驗中，當柴油發電機并網試驗期間收到安注啟動信號后，柴油機由試驗模式轉為應急模式，其調速器由Droop有差模式轉為Isochronouse無差模式，即無論功率多少始終控制發電機在額定轉速750 r/min運行。此時電網頻率50.08 Hz(751.1 r/min)，高于調速器額定轉速750 r/min，調速器自動減少燃油油量，但由于并網運行的柴油發電機無法改變電網頻率(轉速)，因此有功功率持續下降直至發生逆功率；隨后電網頻率開始下降并低于50 Hz(750 r/min)，調速器自動增加燃油油量，同上，有功功率持續上升，當頻率低于49.8 Hz(747 r/min)時，有功功率最高上升到7 000 kW，而此時無法手動調節柴油機轉速，且只有超速保護、低電壓保護和緊急停機按鈕才可停機，對柴油機造成極大危害，為保證機組安全，試驗人員現場緊急手機停機。

經以上分析，該試驗有功功率發生大幅變化的直接原因為柴油發電機在并網運行時調速器的Droop有差控制模式被強制為Isochronouse無差控制模式。由于巴基斯坦電網頻率不穩定，在實施該試驗時極易造成柴油發電機逆功率或超功率，同時柴油發電機在應急模式下只有低電壓和超速保護，無法自動停機，這將對柴油發電機造成很大的損害。國內參考電廠進行該試驗時，由于國內電網頻率穩定，因此柴油發電機的有功功率波動較小，試驗模式中止測試合格。

2.4 解決方案

1)增加柴油機并網運行時通過應急啟動信號自動切換負載的邏輯。柴油發電機的邏輯已經過鑒定，同時邏輯修改需要進行安全分析計算，現場不具備實施條件。

2)取消試驗模式中止測試項目。反應堆功率運行期間進行柴油發電機并網運行時，中壓配電系統的最大短路電流超過了斷路器的遮斷電流(50 kA)，因此柴油發電機并網試驗只在反應堆停堆換料期間實施，此時安全注射系統停用，不觸發安全注射信號。同時“華龍一號”應急柴油發電機定期試驗的要求為：每臺應急柴油發電機每兩個月進行一次低功率試驗，該試驗不并網。綜上，試驗模式中止測試不適用于“華龍一號”。

最終經過評估，海外“華龍一號”應急柴油發電機取消試驗模式中止測試。

2.5 改進建議

由于中壓配電系統斷路器遮斷電流的限制，“華龍一號”不允許應急柴油發電機在反應堆功率運行期間進行并網試驗，其月度試驗執行每兩個月的低功率試驗(不并網)。該試驗需提前將該列柴油發電機對應母線上選定的負荷切換到另一列應急母線上，然后主控手動合柴油發電機出口斷路器，此時柴油發電機將應急啟動，待電壓、頻率滿足要求后，應急母線將由電網供電切換至柴油發電機供電，隨后按程序進行自動帶載。該試驗涉及的操作量大，耗時長、復雜度高，對試驗人員要求高。而并網試驗操作相對簡單，即就地手動啟動柴油發電機，待電壓、頻率滿足要求后，由主控通過同期操作將柴油發電機并入電網，按給定的功率并網運行。因此，建議后續機組在中壓配電系統最大短路電流滿足斷路器遮斷電流要求的前提下，實現反應堆功率運行期間應急柴油發電機可并網運行，同時增加柴油發電機并網時通過應急啟動信號的切換操作邏輯，滿足IEEE 387中試驗模式中止測試的要求，這樣月度試驗即可采用相對簡單的并網試驗。

3 結束語

本文通過對海外“華龍一號”應急柴油發電機試驗模式中止測試失敗案例的分析，發現“華龍一號”應急柴油發電機控制邏輯不滿足IEEE 387中試驗模式中止測試的要求，主要是因為反應堆功率運行期間不允許柴油發電機并網運行，同時柴油發電機的控制邏輯沒有考慮并網時通過應急啟動信號的切換操作。雖然柴油發電機取消了試驗模式中止測試項目，但月度低功率試驗相比并網試驗操作更加復雜，因此建議后續機組增加柴油機并網時通過應急啟動信號進行切換的邏輯，同時月度試驗改為并網試驗。