秦山二廠水壓試驗泵汽輪發電機組運行淺析

雷青松

【摘 要】水壓試驗泵汽輪發電機組系統（LLS）為壓水堆核電廠的重要組成部分，該系統能夠保證在一個機組的兩列配電盤LHA和LHB都不能供電的情況下（H3工況），LLS系統也可以為水壓試驗泵9RIS011PO提供380V應急電源，從而確保主泵軸封水的供應，保證反應堆冷卻劑系統的完整性；在超設計基準事故情況下，該系統給機組運行所需要的儀表供電。本文簡要介紹LLS系統的功能，組成部分，小汽輪發電機組工作原理及各種運行狀態等。

【關鍵詞】小汽輪發電機組；工作原理；運行；水壓試驗泵

1 LLS系統的功能及原理簡介

秦山二期650MW壓水堆1、2#核電機組的LLS系統小汽輪發電機組采用了從法瑪通進口的4P1型號汽輪機。為了保證核電機組在失電事故情況下的核安全，要求LLS小汽輪發電機組始終保持在熱備用狀態，并在需要的情況下能快速自啟動且實現設計功能。LLS系統中的各個設備安全及功能要求很高。

在一臺機組的兩列應急配電盤LHA，LHB同時不能供電的情況下，LLS系統能給試驗泵9RIS011PO提供380V應急電源。水壓試驗泵確保反應堆冷卻劑泵1#密封的注入水流量，從而確保反應堆冷卻系統的完整性。LLS還通過兩套機組共用的公用機柜，給應急通風機供電，提供試驗泵房內的通風，并給兩條220V線路供電，這樣一旦在給應急設備供電的蓄電池已耗盡的情況下它不僅能給其它應急照明設備供電，而且還給機組所需的儀表供電。并為主控室提供應急照明。

LLS系統由小汽輪機LLS001TC、發電機LLS001AP、風機9LLS001ZV、控制機柜9LLS001AR、電阻箱9LLS001RS等組成

LLS小汽輪發電機組是由二回路的蒸汽發生器的主蒸汽（壓力：7.6MPa）供汽的，其供汽母管由對應機組的汽動輔助給水泵的供汽管道上分接引出。如果在一臺核電機組的兩臺應急柴油發電機組的配電盤LHA和LHB同時不能供電的情況下，則需要LLS小汽輪發電機組通過LLS系統母線給水壓試驗泵9RIS011PO提供380V應急電源，使其能保持運行，確保主回路反應堆冷卻劑系統主泵的一號機械密封的注入水流量，防止高溫高壓的反應堆冷卻劑從主泵一號機械密封處泄漏，從而保證反應堆冷卻劑系統的完整性。

LLS小汽輪發電機組還可以通過LLS系統母線9LLS001AR給兩條輸出線路供220V交流電，其負荷是確保機組安全停運和監視所需的重要儀表，這樣即使在這些重要儀表正常工作電源喪失的情況下，LLS系統能保證它們繼續正常工作。LLS系統母線還給水壓試驗泵房間的應急通風機供電，以確保在水壓試驗泵運行時房間能有足夠的通風。

小汽輪機兩個滑動軸承的潤滑是由汽輪機軸直接驅動的油泵提供潤滑油。潤滑油由一臺空氣冷卻器冷卻。汽機排出的乏汽通過消音器排放到大氣中，不再重復使用。正常運行工況下，汽機的入口蒸汽參數范圍為：壓力為7.5～0.66Mpa（表壓），相應的溫度范圍為292～170℃。

發電機直接由汽輪機驅動，并裝有一臺提供勵磁電源的勵磁機，該勵磁電機安裝在聯軸器的另一端，通過一個旋轉整流器與汽輪發電機的轉子相連，向控制配電柜9LLS001AR供電。

汽輪機為雙列級沖動式。動葉中補充膨脹的等熵焓降與級的滯止焓降之比叫做反動度ρ，ρ=hb/ht。雙列級由二列靜、動葉片組成。蒸汽經第一列靜、動葉片流出后，再進入第二列靜、動葉片中做功。根據雙列級的工作原理，它屬于沖動級，蒸汽只在靜葉中膨脹，熱能轉化為動能。高速汽流流過動葉片，推動動葉旋轉作功。級中的膨脹基本上在第一列靜葉（噴嘴）中進行，蒸汽在動葉柵中不產生膨脹，動葉柵前后壓力相等。第二列靜葉主要起導向作用，亦稱導向葉片。

當接收到小汽輪發電機組啟動指令時，要求LLS001VV和氣動阻尼器同時失去壓縮空氣壓力，從而使得LLS001VV失氣打開，同時氣動阻尼器活塞開始動作直至不再作用在LLS003VV上。流量限流器的功能就是實現LLS001VV和氣動阻尼器必須同時得到供氣和失氣，并控制氣動阻尼器的失氣速度，使氣動阻尼器緩慢動作以控制調節閥LLS003VV緩慢打開（為了避免通過LLS001VV進入的蒸汽快速進入小汽輪機使小汽輪機超速），使液壓調速器能正常的工作。當機組開始正常工作后，液壓調速器作用在調節閥LLS003VV上，保證汽輪機的額定轉速穩定在3000轉。

正常運行時，LLS小汽機是不工作的，此時1LLS001VV是全關的，LLS002VV是開啟的，LLS003VV在一個預開啟的小開度上。

小汽輪機與主蒸汽供汽母管之間用氣動隔離閥（1、2LLS001VV）隔離（為核二級閘閥）。隔離閥上設置一小流量旁路管線，用來實現對小汽輪機的保溫及預熱。管道應合理布置，盡量減少備用期間的管內積水。

2 LLS系統的運行

從余熱排出系統停運（主冷卻劑系統升溫過程中）時刻起，無論電站機組處于什么運行狀態，LLS汽輪發電機組應該處于備用狀態，或是處于例行試驗狀態。

正常運行時設備的狀態：

2.1 汽輪發電機組

汽輪機處于備用狀態，隨時準備啟動。氣動隔離閥 001VV處于關閉狀態，接到系統啟動信號后立即打開。該系統始終處于加熱狀態。汽輪機的保溫加熱由閥門001VV的旁路管線來調節，該旁路管線上裝有一個手動調節閥和一個隔離閥。位于管線一端的氣動隔離閥VVPl27、128VV通常狀態下處于開啟狀態。當蒸汽發生器泄漏，二回路蒸汽受到反應堆冷卻劑回路介質的污染時，則關閉相應的隔離閥。截止閥002VV處于開啟狀態。調節閥003VV處于微開啟狀態，以防蒸汽大量進入汽輪機。發電機處于備用狀態，汽輪機啟動后即可帶動發電機。

2.2 風機9LLS001ZV

正常時不工作，當由發電機12LLS00lAP饋電的主母線帶電時，它就起動。根據H3規程，在失去DVN通風的情況下，使NA396房間降溫。該房間通過風門9LLS020VA進風，通過風門9LLS02lVA排風。調節風門9LLS020VA和9LLS021VA是常開的，除非在由防火風門9DVNl3lVA關閉檢測到火災時，由防火風門9DVNl3lVN的關閉位置自動關閉LLS的兩個調節風門。

2.3 試驗泵9RIS011PO

試驗泵或在準備接受LLS的起動指令，或在為進行例行試驗而投入運行，或給安注箱注水。

LLS系統特殊穩態運行的假定事故是失去全部6kV電源。這種事故將導致失去全部冷卻系統，同時，RRI不再對熱屏進行冷卻，RCV也不再承擔主泵軸密封水的注入功能。這樣有可能導致1號密封的泄漏。LLS系統將在檢測到6kV電源失去后的兩分鐘內恢復密封水注入功能。如果反應堆冷卻劑溫度低于190℃，則應避免LLS汽輪發電機起動（因為汽機的入口蒸汽參數范圍為：壓力為7.6～0.76Mpa，而190℃所對應的壓力就是0.76MPa，如果低于該溫度，小汽機不能正常工作）。

此時利用由LLS系統作后備電源的試驗泵9RIS011PO來恢復密封水注入功能。由于這臺泵為1號、2號機組共用，因此，應采取措施以保證該泵向正確的方向注水。為此，一旦探測到LHA和LHB配電裝置都失電，則故障機組的閥門RCV094VB便立即打開。

下列操作在2分鐘內自動地完成：

1）打開蒸汽閥00lVV；

2）起動汽輪發電機，使轉速和電壓達到穩定值；

3）切除正常電源（這種電源即使存在也可能隨時消失），同時，向9LLS001AR配電柜的母線供電；

4）在自動調節電壓的情況下，向9LLS001AR配電柜供電，起動風機9LLS001ZV、增壓泵9RIS111PO和試驗泵9RIS112PO。

在上述起動過程中，試驗泵可能在運行并向安注箱充水。在這種情況下，自動執行以下兩個動作：

（1）關閉RIS136VB，隔離通向安注箱的充水管線；

（2）試驗泵油路卸壓閥整定壓力從低壓切換到高壓。

5）打開故障機組的閥門RCV094VB，使試驗泵向失去電源的機組反應堆冷卻劑回路注水。

當一臺運行中的LLS汽輪發電機組發生故障時，運行人員可以利用另一臺沒有發生故障的機組的汽輪機發電機組向9LLS001AR配電柜供電。為此，應該首先隔離無故障機組的RIS274VB，打開故障機組的RCV094VP，然后啟動LLS系統。

接著，操作人員操作按鈕021TO，就地斷開進線接觸器，使試驗泵停機。然后操作開關020CC，重新閉合汽輪發電機出線接觸器，再啟動試驗泵。以上的切換過程只能在試驗泵停機兩分鐘內完成，否則，把冷水注入主冷卻劑泵是危險的，有可能使主泵的密封損壞（熱沖擊）。

3 LLS運行事件及經驗反饋

世界各國核電廠的LLS系統汽輪機發生過大量的不可用事件，后來根據統計調查發現，大部分的不可用事件都是由啟動超速跳閘或啟動后不久的負荷切換導致的真實超速跳閘所導致。我廠在試驗過程中，多次發現LLS001VV閥門在76bar下開啟時，即使為閥前閥后的平衡管曖管，但是由于閥門前后的壓差較大，仍然需要較長的時間才能打開。這一時間超過了LLS003VV閥門的限流器響應的時間。致使LLS003閥門全開后，LLS001VV仍未全開。當LLS001VV全開后，因為LLS003VV閥門全開，開度過大，調速器無法實現調節功能，機組超速跳機。設計上小汽輪機是通過阻尼器壓住LLS003VV延緩進汽調節閥的開啟以及加負載電阻這兩項措施來控制LLS汽輪機啟動時的升速速率，保證啟動階段不出現超速跳閘。負載電阻無法進行調節，我們只能延緩進汽調節閥的開啟時間。對此，在系統允許的情況下，我們調節減小了限流器調節閥的開度，延長了泄流時間，但是還是不能滿足了現場要求。最后，更換了流量限流器重新進行了調節，具體操作為：先將調節閥的設定旋鈕按順時針的方向轉動到底，將其關閉。后將定位刻度盤的零刻度與螺釘起子的軸線槽相一致。將調節閥開啟到1/8處，機組一次啟動成功。

秦山二廠1/2號機組在執行小汽機試驗時多次由于超速而導致試驗不成功，如2004-11-28日9：30，在維修機械、儀控、電氣各方配合下，執行PT1LLS001（LLS小汽輪發電機無負荷試驗）時出現超速保護跳閘，試驗多次不成功，后經過維修機械、電氣人員檢查后，再次進行該試驗，仍然出現超速保護跳閘，試驗仍不成功。直到第六次試驗，在電氣人員重新分合9LLS024JS后，試驗才達到要求。

通過上述經驗反饋可以看出小汽機的啟動存在很多問題，正是考慮到小汽輪發電機的各種弊端和可靠性，復雜性，二廠擴建的3/4號機組取消了小汽輪發電機組，取而代之的是結構簡單的柴油發電機組，一用一備，功率為250KW。

4 小結

通過對我廠LLS系統的學習，我談談個人對我廠LLS系統更好運行的一些看法。

我廠目前對LLS系統運行監測量非常少，主控KIT中無任何模擬量可看，僅有LLS001VV開閥指令是否發出、9LLS001ZV狀態及9LLS021JA/021JS等幾個開關、接觸器的狀態；在LLS現場也就只能看到小汽機轉速（或由技術處人員臨時接入數顯式轉速表），而大亞灣核電站早在幾年前為了更好的監測LLS系統的運行情況，就對LLS系統實施了數據集中系統的改造。改造后的系統實現了在同臺示波器上同時顯示LLS汽輪機進汽隔離閥LLSOO1VV及LLS003VV閥門開度、LLSOO1TC轉速、LLS發電機端電壓、LLS電氣控制臺9LLSOO1AR母線電壓、及其母線電流、LLS負載電阻9LLSOOIRS電流、水壓實驗泵主油泵9RIS112MO電流8個數據的功能。

從歷次LLS小汽機超速事件中，我們不難發現LLS小汽機超速的主要原因就是LLS003VV動作的不正確，即提前動作或動作時開度偏大或超調導致汽機超速。實際最容易超速的情況主要就是小汽機啟動階段。我廠LLS003VV在接到啟動命令后，阻尼器便開始釋放，LLS003VV開始緩慢開啟。大亞灣電站的LLS003VV的開啟要比我廠慢至少5S，它是在負載電阻開關027JA閉合后，阻尼器才開始釋放，LLS003VV才緩慢開啟。在此之前該閥門一直被限制在最小蒸汽供應量上（預設開度：3mm左右）。

通過對照，我覺得大亞灣的LLS003VV控制有兩個好處：

（1）LLS003VV開啟控制較簡單，只要按照標準升速曲線設定好釋放時間（5S左右即可）；

（2）小汽機超速風險較小，因為LLS003VV開啟時間較晚，是在小汽機工作較穩定的階段動作。我廠的LLS003VV開啟較早，在有蒸汽流波動時及負荷帶載時，閥門容易超調，開得過大甚至全開，從而使調速器失去了的快速、準確的調節功能，小汽機在這種工況下超速風險很大。

綜上兩點，我個人認為我廠可以考慮借鑒大亞灣LLS003VV的運行模式，對我廠進行相應改進，來優化LLS小汽機運行，降低其超速跳閘導致不可用的風險。

【參考文獻】

[1]水壓試驗泵汽輪發電機組系統手冊[S].浙江：核電秦山聯營有限公司，2005.

[2]核電廠中級運行第2版.浙江：核電秦山聯營有限公司，2008[Z].

[3]核電廠高級運行第2版.浙江：核電秦山聯營有限公司，2008[Z].

[責任編輯：王楠]