核电厂应急柴油发电机组的运行

张祝愿　黄强　魏中华

【摘 要】本文主要结合应急柴油发电机设计特点，对其启动停运、保护设置、钥匙连锁、电源故障等方面，从现场运行人员的角度做了浅要概述。对日常运行、定期试验、事故处理中遇到的一些问题、操作做了浅要的分析。

【关键词】应急柴油发电机组；设计特点；启动；停运；保护设置

0 引言

对于反应堆，余热的排出是涉及电厂安全的一个重要内容。应急柴油机的设置可以保证在失去厂外电情况下反应堆的安全停运，余热可以正常带出，经由RRI传递至环境。应急柴油机可以保证在事故情况下专设安全系统的可靠性，即使失去外电源，安全系统仍然可以由柴油机供电发挥设计功能。

核电厂应急柴油发电机挂在6kV中压系统上，分为A/B两列（LHP/Q），从启动信号、控制电源、厂房布置到启动后带载负荷，均完全独立，确保任一环节故障均不会引起两列同时不可用。从冗余性考虑，增设了第5台柴油发电机组（LHF）， 通过简单的连接就可以作为任何一个安全列的应急电源。使机组的安全列不仅由原来的应急柴油发电机作备用，并且附加的LHF也可以作同样级别的备用。使厂内电源的安全可靠性得到极大的提高。应急柴油发电机作为我厂的重要保安电源，其运行可靠性对核安全的意义十分重大。

1 应急柴油发电机组的设计特点

秦山第二核电厂的应急柴油机为16缸4冲程单作用自点火型16PC2—5V 400柴油发电机。设两排汽缸共16缸呈V型排列，每排8个汽缸，两排汽缸连杆共用一根曲轴。工作时柴油以高压雾状喷入燃烧室内燃烧，放出热能，通过高压燃气膨胀将热能转变为机械功。采用了废气涡轮增压和燃烧进气中冷技术，极大提高了机组的功率和效率。发电机的形式为自冷却、6.0KV50HZ同步交流发电机，其冷却风机与转轴紧密连接。冷却介质为厂房内的空气，空气的入口位于机身两侧，出口位于发电机机身上部。在停机时，为了防止发电机出现冷凝现象，发电机装有防潮电加热元件，电加热元件在发电机运行时停止工作。发电机的中性点对地是绝缘的，发电机没有安装飞轮。

柴油机除了主要组件外，要使其正常、安全而又可靠的运转还必须保证气、油、水的充分供应和循环。其辅机主要包括：燃油系统、润滑油系统、低温水系统、高温水系统、进排气系统、压缩空气系统以及有关装置。

1.1 燃油系统

设有一可贮存满足额定功率运行7天所需燃油的主油箱和一个可贮存满足发电机在1.1倍额定功率运行60分钟所需燃油的日用油箱。设有电动燃油泵、柴油机驱动的主供油泵和电动辅助供油泵。主油箱通过两台100%容量的电动燃油泵向日用油箱供油（有柴油机启动命令时自启动）；日用油箱向柴油机供油通过主供油泵进行；在有启动命令前提下如果燃油压力低，一台电动辅助泵会备用自启进行增压。火灾情况下可通过开阀将日用油箱的油排到主油箱。此阀误开会导致日用油箱无油。

1.2 润滑油系统

设置了预润滑油泵、润滑油预热装置供机组热备用时使用，使润滑油系统内部充满滑油，相互运动零件表面布有充分的润滑油，同时润滑油接受适当加热以利于流动布油，确保柴油机在紧急情况时，能够快速起动并接受满载工作。正常运行时，由机带润滑油泵、润滑油冷却器、三通温控阀组成的滑油循环回路完成主、辅机润滑及活塞头部冷却，以及发动机和管路的清洗。此外设置了独立的发电机轴承润滑系统，轴承体中有一定数量的滑油以及润滑环，润滑环通过转轴驱动，从而使滑油循环冷却轴承。在轴承体外部装有一台泵，该泵周期性地起动以避免在机组长期备用过程中润滑油沉积干燥。

1.3 低温水系统

采用独立闭式系统，柴油机运行时分别通过涡轮增压器的空气冷却器及润滑油冷却器冷却燃烧进气和润滑油，它包括：柴油机驱动的离心式水泵；由热交换器和冷却风扇组成的空气/低温水冷却器，膨胀箱和温控阀。其中冷却风扇与高温水系统共用，柴油机起动后，风机按起动顺序自动投入运行。柴油机停运后，风机继续运行5分钟保持冷却。机组热备用时，低温水系统不运行。

1.4 高温水系统

设有主回路和预热回路， 主回路包括机带泵、主机内部冷却回路、高温水散热器、膨胀水箱等， 预热回路包括预热电动泵（201PO）、高温水加热器（200RS）、润滑油/高温水热交换器等。高温水系统有几方面的功能，这些功能分别体现在运行状态和备用状态。柴油发电机组在运行过程中，高温水系统的功能是冷却机械部件，例如：气缸套、气缸盖、排气阀、喷油器及涡轮增压器等，而热量最终由安装在高处的散热风机带走。机组处于备用状态时，为了时刻保持暖机状态，以确保机组能很好的应急启动，高温水系统的功能一方面是预热柴油机，使得柴油机在应急启动时有一个最佳的机械条件；另一方面则是热交换器加热润滑油。而高温水则是由200RS对其进行预热。

1.5 压缩空气系统

系统分为高压回路和低压回路：高压回路用来启动柴油机和供气给低压回路，低压回路用来控制柴油机的起动和正常停车，并可通过提升燃油泵实现电子超速停车控制。每台柴油发电机设计有两套独立的压缩空气启动回路，正常时要维持空气罐有足够的压力，以保证5次连续启动而不需要重新给启动空气罐充气。两台压空机250/251CO分别对应250/251BA，各自独立工作。在空气罐的压力小于34bar时压空机启动，压力达到40bar时压空机停止。两套压缩空气系统平时完全分开，在其中的一台压空机故障时，可以将两列的连通阀打开，从而实现一台压空机带两个压缩空气罐运行。压空机为三级离心式压缩机，它的启动方式为卸载启动，即启动指令发出时三级的卸载阀均开启，待启动后卸载阀延时关闭。两路启动控制空气管路分别直接与相关的减压阀相连，两路7bar的启动控制空气分别控制打开柴油机A、B列的主起动阀，从而40bar的启动空气得以冲入气缸推动活塞运转，最终启动柴油机。两路低压空气管路连接在一起，在各自的止回阀和隔离阀的下游形成了公共的低压空气回路，用以控制停车操作：正常停车和超速停车。正常停车控制空气管路从低压空气瓶的上游分出；两路超速控制空气从低压空气瓶下游分出，每路有一个气控阀驱动一排气缸。

对于正常起动，起动指令由电子程控系统发出给启动电磁阀（250EL/251EL）同时开启，称为双排启动。柴油机的起动也可由单排气缸来完成（即单排起动），单列失效并不会影响机组的正常启动，这样就确保了柴油机起动运行的高度可靠性。若通过调速器附近的启动手柄启动柴油机，只需选择其中的一排气缸起动系统。起动时，拉一下起动手柄即可。发动机上安装有一道机械联锁，如果盘车机构未脱开，则柴油机起动将闭锁。

1.6 进排气系统

进气系统通过两个涡轮增压器将过滤后的环境空气进行增压后供给柴油机，排气系统在涡轮增压器的出口收集柴油机的排气后排放至烟囱。应急柴油发电机热备用状态时，涡轮增压器有高温水系统预热；应急柴油发电机启动后则改为冷却。燃烧进气则通过涡轮增压器后的中冷器，由低温水对进行冷却后使用。

1.7 通风

应急柴油发电机运转时会产生大量的热量为此设置了与柴油发电机组启动联锁而且接受厂房温度控制的三组排风机001/002/003ZV，为减少运行噪音在空气入口处设计了消音器（噪声衰减板）。电气间的一台送风机004ZV完全受配电间厂房温度控制，排风则通过排风竖井的烟囱效应排出。

1.8 消防系统

消防系统采用分区控制，分设主油箱区和发电机区。主油箱区采用开式喷淋系统，发电机区采用闭式喷淋系统。均设有泡沫灭火罐，在消防系统启动初期将泡沫带出，另外消防系统可

2 应急柴油发电机组的启动与停运

应急柴油发电机的启动分为正常启动和应急启动，停运则分为就地手动停机和自动跳机两种情况。正常启动方式主要用于应急柴油发电机的再鉴定和试验，应急启动方式主要是在特殊情况下为保障核安全的启动。

2.1 系统启动

系统启动是指从备用状态转换到柴油发电机组带载。柴油发电机在接到启动信号10秒钟内，能使发电机达到额定转速和额定电压。柴油发电机一旦达到额定转速和额定电压，就可立即带载。柴油发电机是连接到6.0KV应急配电盘系统（LHA或LHB）上的。闭合应急断路器（LHA/B002JA）来加载第一个负载组。在开始带载以后，其后的负载便按照规定的重新加载自动的投入。在重新加载期间，频率不得低于额定频率的95%；电压不得低于额定电压的75%；在每个符合阶跃时间间隔的40%以内，频率必须恢复到额定频率的98%，电压必须恢复到额定电压的90%。

可以启动柴油发电机的方法：手动、自动。

2.1.1 手动

包括三种：在主控室（KSC）、在应急停堆盘（KPR）、在就地。

使用001PP盘上的002CC使机组启动。首先检查运行模式选择开关001CC在“正常”位置，报警盘面上无异常报警（目前有润滑油进机压力低报警，为正常），将“就地/远方”选择开关001TL放在“就地”位置；然后用开关002CC启动柴油发电机，与此同时预润滑和预热回路被切除，机组的辅助设备启动；当柴油发电机的转速达到400rpm时可用励磁手动开关015CC闭合励磁接触器；电压的调节通常是自动调节，一旦自动调节发生故障，可以通过电压调节控制开关002TL选择手动，用电压手动调节开关003CC来调压。

2.1.2 自动

出现安注信号、安全壳压力高高信号、LHA/LHB失压信号。

应急启动主要是在紧急情况下为保证安全或工作可靠性而启动，应急启动信号包括：安注信号、安全壳喷淋信号、LHA/B母线电压低（低于0.8UN超过0.9秒）、主控室T20盘上的紧急启动按钮013TO启动。

2.2 系统停运

2.2.1 就地手动停机

不论柴油机是以何种方式启动的，手动停机只能在就地进行。对于远距离启动（包括KSC/KPR启动）和自动启动柴油发电机后，首先在主控室按下014TO停机认可按钮，给出允许停机信号，才能在就地使用002CC开关使柴油发电机停机。

对于就地启动的柴油发电机，就地手动停机则不需通过主控室给出允许停机信号。若发出正常停机信号的同时出现自动信号启动柴油发电机，则优先启动。

不论是什么性质的启动信号，就地应急停机按钮001TO都可停运柴油发电机。此外，柴油发电机本体上的紧急停机杆也可强制停机。

2.2.2 自动跳机

分为两种情况，柴油发电机组在正常运行时的跳机和在应急运行时的跳机。分别由正常运行跳机保护信号和应急运行跳机保护信号控制。

自动跳机的信号一旦出现就被保持记忆住，并且闭锁再次启动柴油发电机组。只有就地控制盘001PP上的复位按钮002TO才可以对其复位，值得注意的是试验中倘若出现了自动停机，不应急于复位，以免报警信号丢失，不便于维修人员分析跳机原因。

3 应急柴油发电机组的保护设置

为保证应急柴油发电机工作的可靠性，针对柴油机和发电机设置了多种跳机（跳闸）保护，防止可能对应急柴油发电机造成的不必要的损坏。主要的保护设置针对正常启动方式下和应急启动方式下有所不同。

3.1 正常启动方式下的保护：

可分两类，针对柴油机的保护和针对发电机的保护。

3.1.1 针对柴油机的保护

a.机械超速保护

b.手动应急切断（001PP上的应急停机按钮和就地机尾的应急停机杆）

c.柴油机中的曲轴箱油压过高

d.柴油机中的润滑油系统油压太低

e.柴油机中的润滑油系统油温过高

f.柴油机的冷却水压力不正常

g.柴油机冷却水温度达到高高值

h.绝缘故障的第二个阈值

i. 柴油机轴承温度第二阈值

j. 到柴油机的燃油压力低、润滑油日用油箱150BA低低液位

k.排气或涡轮增压器出口温度低或高

3.1.2 针对发电机的保护

a.低电压保护（三取二）

b.发电机差动保护、发电机过负荷保护、过电流保护、发电机失磁保护

c.逆功率保护、最大两相过电压、频率高、频率低保护

d.发电机轴承温度第二阈值、发电机绕组温度第二阈值

e.电超速保护、励磁过电流第二阈值

f.励磁旋转二极管故障、励磁可控硅熔断器故障

3.2 应急运行方式下的保护

为了最大程度上满足应急电源的投入，柴油发电机在应急运行时投入的跳机信号缩减到最少数目，只有三个：机械超速保护、发电机低电压保护、就地应急停机（包括应急停机按钮和应急停机杆）。

3.3 应急柴油发电机组的优先联锁

存在以下三种情况之一时柴油发电机组无论接收到何种启动信号均不能启动：当柴油发电机组的运行方式（001CC）设置在“维修”状态时；当盘车在工作时；当压缩空气启动回路A边与B边的压力均低时（P<3200Kpa）。

4 结束语

应急柴油发电机组牵涉的系统众多，是我厂最后一道电源屏障。在正常运行中应深入理解其运行方式、养成良好的操作习惯，培养全方位的思维模式，使应急柴油发电机组能很好的发挥独立性、机动性的优势，作为我厂的坚强后盾行使其应急功能。

【参考文献】

[1]核电厂高级运行.核电秦山联营有限公司[Z].2008，3.

[2]秦山第二核电厂一/二号机组运行技术规格书[Z].2009，6.

[3]秦山第二核电厂系统系统手册（LHP-LHQ）[Z].2006，9.

[责任编辑：杨玉洁]