核电厂应急柴油发电机特点及调试管理
时间：2021-01-13 20:03:36 来源：达达文档网 本文已影响 人 
万寒阳
摘 要应急柴油发电机作为应急电源，在核电厂失去厂用电及备用电源时自动启动并带载相关负荷，以保障机组安全停堆并保护关键设备不被损坏。应急柴油发电机调试工期长、工作量大，对此，业主方会针对其调试成立专项小组，在前期的安装工程中提前介入，做好管理，协调厂家、工程公司及承包商，以推动柴油发电机调试进度。以下对核电厂应急柴油发电机调试管理进行详细论述。
关键词应急柴油发电机;专项小组;核电厂
应急柴油发电机组是核电厂的重要应急电源，起着保障核安全的作用。当核电厂失去厂用电时，应急柴油发电机要求在接收启动指令后10s内启动并达到额定电压及频率，并按带载程序顺序带载。
1 核电厂应急柴油发电机特点
应急柴油发电机具有核安全相关功能，属于1E级设备，要求在核电站同时失去厂用电及辅助电源时迅速启动，保障机组安全停堆，保护燃料元件及其他关键设备不受损坏，具有容量大（5000-8000kW）、高可靠性（启动成功率在99%以上）、低敏感性（应急运行时）、启动迅速（10s内达到额定电压及功率）、带载性能良好的特点。以下对高可靠性及低灵敏性两点进行详细介绍。
1.1 高可靠性
应急柴油发电机的高可靠性主要表现在自动化控制、无须人员值守，关键信号设计上有冗余，启动装置配置上冗余，对地震、火灾、台风具有较高抵抗力。
每台核电机组设有两列或以上柴油发电机作为应急电源，单列柴油发电机启动后要求可连续运行168小时。柴油发电机有两套独立的压空启动系统作为启动装置，每套压空启动系统能满足单独完成5次应急启动的要求。启动的可靠性关系到柴油发电机组整体可靠性，IEEE387标准要求核电厂应急柴油发电机启动成功率在99%以上。每台柴油发电机配有两套调速器，其中一套出现故障后另一套将自动投入。超速保护信号及转速控制信号采用三取二逻辑，控制柜及调速器的三取二信号源也各自独立，这些冗余设计降低了错误信号导致停机的可能性，降低了故障发生概率，保障了柴油发电机组可靠运行。应急柴油发电机作为核安全级设备，它的自动控制系统使用的可编程软件也得符合IEC60880标准。
1.2 低敏感性
核电厂应急柴油发电机有应急模式和实验模式两种工作模式。其中，试验模式主要用于调试阶段及定期试验，对应急柴油发电机组运行状态进行检测。试验模式通过按下试验按钮进入，该模式下所有报警信号均投入运行。应急模式是指在核电站厂用电及备用电失去后，母线低压信号触发应急柴油发电机启动，并进入额定工作状态。此时，应急柴油发电机组需要连续不间断运行，对反应堆持续冷却，要求应急柴油发电机组有高的安全性、可靠性及稳定性，除非机组发生严重故障，否则不能发生跳闸。在应急模式下，只有短路保护信号和超速保护信号能起停機作用，其他停机信号只报警不停机;即应急模式下，核电厂应急柴油发电机组对严重故障以外的信号不敏感。
2 核电厂应急柴油发电机的调试难点及调试组织职能
应急柴油发电机组结构较为复杂，除柴油机本体外还包括润滑油系统、燃油系统、高低温水系统、压空系统、进排气系统、励磁系统及电气保护系统等相关子系统，各子系统内包括压空罐、油罐、气管道、油管道、水管道、机带泵、电动泵以及百余个各类型仪表及传感器。建安期间工作量大，时间跨度长达1年半以上，安装阶段难免会遗留下一些问题，影响调试期间的进程。
对此，业主针对应急柴油发电机的调试工作成立专项小组，组内细分各专业的分工，包括电气专业、仪控专业、机械专业、技术管理等。其中，技术管理组管理并协调各专业组完成调试试验，并协调处理各专业组调试过程中遇到的问题，设备固有缺陷联系并配合厂家处理，设备安装遗留问题督促安装承包商及土建承包商解决。电气、仪控、机械各专业组关注现场安装及调试进度，负责各自专业下的调试试验，遇到处理不了的问题或缺陷上报技术管理组协调解决。
3 核电厂应急柴油发电机调试管理建议及常见问题
按以往调试经验来看，核电现场有不少建安期间遗留问题在调试期间被发现后，由于此时建安工作已基本完成，各系统设备布置得很紧凑，拆卸、维修、安装等工作在不影响其他系统或设备的情况下往往没有足够空间或时间窗口;此外，如相关设备涉及调试试验先决条件项，之前完成的试验项目在设备维修或更换后需重做，严重影响试验进程，耽误进度。因此，在安装阶段，各专业组便可以对承包商工作进度进行跟踪，提前介入，督促设备安装、管道安装、管线冲洗、机柜电缆端接及机柜逻辑调试等工作。这样便于更早发现问题，在不耽误调试进度的同时为问题的解决留出更多时间。提前介入也能帮助各专业组熟悉设备现场布置，试验期间能节省找设备的时间。当现场环境满足试验条件后，可以申请将部分调试工作提前，如此一来可以进一步缩短调试工期。由于提前介入进行试验，难免会出现交叉作业的情况，需高度重视现场安全风险。系统负责人及试验负责人需要和土建或设备安装施工人员沟通好，协调工作窗口，将协议结果通告试验小组及施工队全体成员并确保知悉，各自工作窗口期间全力推动工作进度，尽快完成工作任务，避免互相影响。各组员要牢记安全红黄线，制定合理的安全风险措施，确保人身安全及设备安全。
由于核电厂应急柴油发电机建安期间工作量大、时间跨度长、建安工人技术水平不一，专项组成员人力有限，仍会留下一些未被察觉的盲区。总体上，建安及调试期间遇到的问题可归纳为下述几种类型。
3.1 系统接线错误
接线错误也是应急柴油发电机组调试期间常见的故障原因。目前施工人员对信号处理装置的安装及调试较严格，但对线路铺设、传感器安装调试往往重视不够，由此导致的一些故障有：温控开关故障导致应急柴油发电机组不可用，励磁线路接线错误导致机组输出电压不满足要求，信号线路接线不规范导致报警信号干扰等。
3.2 系统现场布置不合理
应急柴油发电机组内包含若干工艺子系统，存在油回路、水回路、气回路，系统内设备及管道布置如不合理，将影响管道内介质的状态。例如：某核电厂B序列应急柴油发电机组现场验收试验结束后，置于手动热备用状态，此时突发全厂失电事故，就地手动启动应急柴油发电机时出现“滑油进机压力低”报警，启动失败。考察现场布置情况后经分析发现，滑油进机管路布置不合理。滑油进机管路有一段低水平管路、一段竖直管路和一段高水平管路。事故时预润滑油泵由于失电停运了一段时间，滑油进机管路的润滑油油位回落到低水平段;机组启动后，滑油需经过竖直段及高水平段进入柴油发电机，由于高水平段管道较长，导致这次启动后滑油进机时间远长于热备用工况，导致启动失败。就此问题该核电厂在工艺上将滑油进机管路进行改造，加长低水平段并缩短高水平段，使滑油进机端建压时间提前，同时对KVD1继电器时间定值延长0.5s。整改后，机组在后续几次启动试验时均成功启动。
3.3 产品设计缺陷或存在质量问题
核电厂应急柴油发电机调试期间遇到的问题在排除系统现场布置及现场接线原因后，问题根本原因往往指向设计上的缺陷或者产品质量问题。
如某核电应急柴油发电机组励磁动态调试时出现问题：发电机空载启动试验时电压突变，调节不平滑;10%阶跃试验中电压上升时间不达标;并网试验时并网后无功功率增大导致电流保护跳闸。经试验分析后查明原因分别是：励磁调节器设计上通过电位器调节电压，电位器会受空气湿度影响出现氧化导致接触不良，此设计存在缺陷;励磁调节器比例放大倍数VP参数设置偏小;励磁调节器内部通道接线错误。
有的核电站应急柴油发电机组互为备用的两套调速器均设计为电子调速器。电子调速器虽然响应快、灵敏度高，但可靠性不如机械调速器，一旦发生故障，原因比较复杂难以排查，例如电子调速器存储器写满导致故障、在固定功率段频率抖动等。因此，设计上将机械调速器作为电子调速器的备用可避免共模故障，提高柴油发电机组的可靠性。
某核電厂应急柴油发电机组完成首次启动后，出现连续多次启动失败的情况。后排查发现该应急柴油发电机使用的电子调速器此前从未在核电厂并网环境下应用过，虽然这台应急柴油发电机出厂前通过了验收试验，但试验阶段使用的电子调速器与出厂成品所用不是同一个品牌。此外，该型号调速器在调试期间也多次出现输出端口芯片烧毁的现象。问题产生原因还是厂家在设备选型方面存在疏忽，同时业主出厂验收时流于形式。
针对设计缺陷、产品质量不合格这类问题，业主需对厂家的设计方案进行审核，在采购阶段的技术规格书内容中要明确地列出，设计上设备核心部件选型必须要具备行业内优秀的应用业绩证明，从而使得设备零部件的质量有所保证。业主在厂家生产设备前，需要求厂家制定严格的质量监控体系，对核心部件要重点监控。另外，出厂验收时应对验收时试验条件严格要求，尽量与现场使用条件一致，所用电控等核心部件验收后厂家不得自行更换。这些措施都要落到实处，保证产品质量。
4 结论
上述对核电厂应急柴油发电机进行了分析，从其特点以及调试的难点及过程中容易出现的问题做出了详细的论述，并给出管理建议，对后续其他核电厂应急柴油发电机调试管理工作的顺利开展有一定参考意义。
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