柴油發(fā)電機(jī)組在核電站中的應(yīng)用

摘　要：為了增加核電站核安全裕度，在全廠失去正常、應(yīng)急交流電源的情況下，能確保核反應(yīng)堆安全停堆；以及當(dāng)應(yīng)急柴油機(jī)不可用時(shí)通過延長(zhǎng)柴油機(jī)的后退時(shí)間來提高機(jī)組的可用率，目前世界上大部分國(guó)家及地區(qū)的核電站如法國(guó)、美國(guó)、南非、韓國(guó)和臺(tái)灣等都設(shè)置了附加柴油發(fā)電機(jī)，使核電站的核安全性能處于世界領(lǐng)先水平。為此，介紹了附加柴油發(fā)電機(jī)的接線方式、供電模式、試驗(yàn)方法和馬達(dá)控制中心的供電接線方式等。
關(guān)鍵詞：附加柴油發(fā)電機(jī)；應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)；核安全裕度；應(yīng)急電源；主接線；試驗(yàn)；馬達(dá)控制中心

Application of additional diesel generators in nuclear power stations

LI Hong-liang
(Guangdong Daya Bay Nuclear Power Station, Shenzhen, Guangdong 518124, China)

Abstract：In order to enlarge the nuclear safety margin, ensure safe shutdown of nuclear reactors under loss of on-site and offsite power supply, and raise the unit availability through elongation of diesel fallback time under unavailability of emergency diesel generators, at present, nuclear power stations of most countries and zones in the world such as France,the U.S., South Africa, South Korea and Taiwan have been equipped with additional diesel generators, making the safety performance of above-mentioned nuclear power stations advanced in the world. In this paper, the wiring procedures,power supply mode, testing methods and the power supply and connection schemes of motor control center are described.
Key words：additional diesel generator; emergency diesel generator; nuclear safety margin; emergency power supply; main wiring; test; motor control center▲

1　附加柴油發(fā)電機(jī)的功能

　　設(shè)置附加柴油發(fā)電機(jī)主要是為了使其具有以下功能：
　　a) 替換功能。當(dāng)電站中任何一臺(tái)正常應(yīng)急柴油機(jī)不可用時(shí)，附加柴油發(fā)電機(jī)即可代替該不可用柴油機(jī)，并執(zhí)行其所有功能。
　　b) 抵抗全廠失電(station black-out SBO)功能。所謂全廠失電是指電站在失去廠內(nèi)、廠外電源的同時(shí)，正常應(yīng)急柴油機(jī)也不可用。此時(shí)可單獨(dú)啟動(dòng)附加柴油發(fā)電機(jī)，并提供使核反應(yīng)堆安全停堆所必需的電源。

2　附加柴油發(fā)電機(jī)主接線方式

　　從核安全的角度來說，核電站每臺(tái)機(jī)組都設(shè)置有電氣上完全獨(dú)立的A、B兩個(gè)系列，而每個(gè)系列的1E級(jí)中壓母線又配置有一臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)作為該1E級(jí)中壓母線的應(yīng)急電源。一般來說附加柴油機(jī)同時(shí)可以作為2臺(tái)機(jī)組、4臺(tái)機(jī)組和6臺(tái)機(jī)組的后備緊急備用電源，這主要取決于每個(gè)國(guó)家及地區(qū)核電站的電氣配置。下面以2臺(tái)機(jī)組為例簡(jiǎn)述附加柴油機(jī)的主接線方式。
2.1　方式一
　　如圖1所示，這種主接線的原理是附加柴油發(fā)電機(jī)出口經(jīng)過一個(gè)斷路器與中壓盤(CBSWG)相聯(lián)，該中壓盤有5個(gè)出線，其中一個(gè)出線接觸器經(jīng)過6.6 kV/380 V 變壓器與廠內(nèi)380 V AC 電源通過電氣或機(jī)械連鎖后為柴油機(jī)附屬設(shè)備供電；另外4個(gè)出線經(jīng)鑰匙連鎖后(即同時(shí)只能有一路接同)分別與4條1E級(jí)中壓母線連接(1 LHA、1 LHB、2 LHA和2 LHB)。由于接線簡(jiǎn)單、操作方便，所以在國(guó)外的一些核電站，如南非、韓國(guó)等，這種方式被廣泛采用。

圖1　附加柴油發(fā)電機(jī)主接線圖一

2.2　方式二
　　如圖2所示，這種主接線方式在900 MW 的壓水堆核電站(如法國(guó))被廣泛采用。其主要原理是附加柴油發(fā)電機(jī)出口經(jīng)過一個(gè)中壓轉(zhuǎn)換盤(9 LHT 003 AR)中的連接片分別與4條1E級(jí)中壓母線連接，我國(guó)大亞灣核電站目前也采用了這種接線方式。它的主要特點(diǎn)是為避免由于電氣連鎖而產(chǎn)生共模故障，對(duì)1E級(jí)系統(tǒng)提出了更高的要求，比如中壓轉(zhuǎn)換盤中的連接片確保了A、B系列上的設(shè)備在實(shí)體上的分離，斷路器在002 JA與003 JA倉(cāng)位之間的鑰匙連鎖(即二取一)確保了在應(yīng)急柴油機(jī)與附加柴油機(jī)之間不能同時(shí)供電(核安全上的要求)。

圖2　附加柴油發(fā)電機(jī)主接線圖二

3　附加柴油機(jī)的供電模式

　　一般來說當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，附加柴油機(jī)處于熱備用狀態(tài)，與1E級(jí)中壓母線在電氣上是完全隔離的。如果發(fā)生任何一臺(tái)應(yīng)急柴油機(jī)故障，而且預(yù)計(jì)在72 h內(nèi)(當(dāng)?shù)睾税踩忠?guī)定的，這個(gè)時(shí)間包括機(jī)組的停機(jī)時(shí)間)難以修復(fù)，則與該故障應(yīng)急柴油機(jī)所聯(lián)接的1E級(jí)中壓母線即被切換到附加柴油機(jī)上，同時(shí)執(zhí)行故障應(yīng)急柴油機(jī)的所有功能，比如在 LOP、LOP+SI、LOP+SI+HHCP 情況下的自啟動(dòng)及帶載能力。另外如果發(fā)生全廠失電(SBO)，為確保核反應(yīng)堆安全停堆，附加柴油機(jī)承擔(dān)非常重要的后備保護(hù)作用。

4　附加柴油機(jī)的試驗(yàn)方法

　　由于附加柴油機(jī)在核電站中起著舉足輕重的作用，為了確保其在緊急情況下(如應(yīng)急柴油機(jī)故障、SBO)可用，需定期進(jìn)行試驗(yàn)以驗(yàn)證其可用性。
　　目前世界上各國(guó)或地區(qū)核電站由于附加柴油機(jī)主接線方式不同，所以試驗(yàn)方法、試驗(yàn)內(nèi)容和試驗(yàn)周期各有不同，但基本上都要做啟動(dòng)試驗(yàn)、低功率試驗(yàn)和滿功率試驗(yàn)。現(xiàn)以韓國(guó)核電站為例作一介紹。
　　如圖1所示，韓國(guó)核電站附加柴油機(jī)的試驗(yàn)回路與供電回路完全一樣，每個(gè)月進(jìn)行一次100%P_r與廠內(nèi)電源并網(wǎng)試驗(yàn)，大修期間進(jìn)行啟動(dòng)及50%P_r與廠外電源并網(wǎng)試驗(yàn)。在試驗(yàn)期間正常應(yīng)急柴油機(jī)處于備用狀態(tài)。該試驗(yàn)方法的主要特點(diǎn)是：從運(yùn)行的角度來說便于操作，能真實(shí)地模擬柴油機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況；從安全的角度來看，通過電氣連鎖，使正常應(yīng)急柴油機(jī)只有在探測(cè)到1E級(jí)中壓母線失電時(shí)才會(huì)自啟動(dòng)。
　　另外一種試驗(yàn)方法是用一個(gè)純電阻裝置來作為附加柴油機(jī)的試驗(yàn)負(fù)荷，如圖2所示。由于試驗(yàn)回路與供電回路是相互獨(dú)立的，試驗(yàn)時(shí)并不影響機(jī)組的正常運(yùn)行，也不需設(shè)置專門的并網(wǎng)裝置，因此風(fēng)險(xiǎn)較小，在法國(guó)的核電站中被廣泛采用。但該方案只能考驗(yàn)柴油機(jī)帶載能力，不能真實(shí)模擬柴油機(jī)接入系統(tǒng)后的實(shí)際運(yùn)行情況及驗(yàn)證其勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力。只有通過在試驗(yàn)負(fù)荷裝置中增加電抗等設(shè)備才能使該試驗(yàn)方法更加完善。

5　附加柴油機(jī)馬達(dá)控制中心

　　附加柴油機(jī)馬達(dá)控制中心主要供電負(fù)荷是柴油機(jī)附屬設(shè)備、消防系統(tǒng)、起吊設(shè)備、48 V/125 V 直流電源和通風(fēng)空調(diào)等。在正常備用情況下，其上端電源一般取自一路來自廠內(nèi)公用中壓配電盤(如南非核電站，圖1所示)或兩路來自兩個(gè)機(jī)組A列應(yīng)急低壓配電盤(如臺(tái)灣核電站，圖3所示)。

圖3　附加柴油發(fā)電機(jī)主接線圖三

　　以上這兩種供電接線方式，當(dāng)柴油機(jī)啟動(dòng)后，馬達(dá)控制中心(MCC)即由柴油發(fā)電機(jī)自供電，既可保證在備用情況下，柴油機(jī)某些附屬設(shè)備(如預(yù)熱系統(tǒng)、預(yù)潤(rùn)滑系統(tǒng))的用電需要，又可滿足直流電源系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和消防系統(tǒng)對(duì)供電電源連續(xù)性的要求。筆者認(rèn)為后一種方法相對(duì)前一種方法來說安全性能更高一些。

6　結(jié)束語(yǔ)

　　設(shè)置附加柴油機(jī)，既是核電站核安全性能的要求，也是國(guó)際原子能組織及各國(guó)核安全局衡量核電站安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)。為了與國(guó)際慣例接軌，早日達(dá)到世界先進(jìn)技術(shù)水平，廣東核電合營(yíng)有限公司已經(jīng)決定增設(shè)附加柴油機(jī)，作為大亞灣核電站1、2號(hào)機(jī)，嶺澳核電站1、2號(hào)機(jī)公用后備應(yīng)急電源。筆者認(rèn)為這不但是對(duì)核電發(fā)展更高境界的追求，也是對(duì)人類和平利用原子能一種負(fù)責(zé)的態(tài)度。

7　附錄

　　名詞解釋：
　　a) LOP(loss of power)：失去交流電源。
　　b) SI(safety injection)：安注信號(hào)。
　　c) HHCP(high high containment pressure)：反應(yīng)堆壓力殼壓力高-高。
　　d) MCC(motor control center)：馬達(dá)控制中心。
　　e) 1E級(jí)：系統(tǒng)或設(shè)備與核安全相關(guān)。
　　f) 1LHP、1LHQ、2LHP、2LHQ：應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)。
　　g) DG(diesel generator)：應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)。
　　h) MV(medium voltage)：中壓。
　　i) CBSWG(circuit breaker switchgear)：斷路器切換盤。
　　j) NPS(normal power supply)：正常廠內(nèi)外中壓供電電源。
　　k) 1LGB、ALGC、2LGB、2LGC：正常廠內(nèi)外中壓供電電源。
　　l) 1LHA、1LHB、2LHA、2LHB：應(yīng)急中壓母線。
　　m) P_r：額定功率。

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