機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)保護(hù)跳機(jī)邏輯的優(yōu)化與改進(jìn)

王連名

摘 要：作為VVER核電廠非核級(jí)設(shè)備的應(yīng)急電源，機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)在全廠失電事故工況下能否安全可靠的運(yùn)行至關(guān)重要，本文以田灣核電站機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)在正常可靠段母線失電觸發(fā)的應(yīng)急模式下機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)跳機(jī)保護(hù)的案例為研究對(duì)象，結(jié)合該實(shí)際案例對(duì)機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)在應(yīng)急模式下的跳機(jī)保護(hù)邏輯進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)，提高了機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)在事故工況下運(yùn)行的安全性和可靠性。

關(guān)鍵詞：VVER；柴油機(jī)；失電；保護(hù)跳機(jī)邏輯

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.073

0 引言

VVER核電廠廠用電系統(tǒng)的作用是為核電廠提供安全、可靠的動(dòng)力電源，在發(fā)生設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故后，能夠完成停堆功能，并將電廠維持在安全狀態(tài)；在極端情況下發(fā)生全廠失電事故，即同時(shí)失去廠外電源和廠內(nèi)汽輪發(fā)電基地獨(dú)立供電，經(jīng)過(guò)短時(shí)間的停電后，由廠內(nèi)的6臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)分級(jí)帶載啟動(dòng)，按照預(yù)先設(shè)定的優(yōu)先級(jí)順序?qū)Π踩到y(tǒng)依次帶載，以完成安全停堆任務(wù)。田灣核電站柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)主要由4臺(tái)1E級(jí)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)和2臺(tái)N1E級(jí)機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)組成，分別為4段應(yīng)急母線和2段正常可靠母線提供備用電源，機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)在VVER核電廠中主要用于全廠失電事故工況下，為應(yīng)急補(bǔ)水泵，輔助給水泵，汽輪機(jī)潤(rùn)滑油泵等重要常規(guī)島系統(tǒng)的后備電源；機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行是全廠失電工況下設(shè)備冷卻，維持蒸發(fā)器正常液位以及汽輪機(jī)惰轉(zhuǎn)期間潤(rùn)滑油供應(yīng)的前提條件。

1 問(wèn)題描述及原因分析

在田灣核電站3號(hào)機(jī)組（VVER堆型）執(zhí)行分級(jí)帶載驗(yàn)證期間，機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)在母線失電觸發(fā)分級(jí)帶載信號(hào)后立即啟動(dòng)，在母線恢復(fù)后，操縱員手動(dòng)復(fù)位母線失電信號(hào)觸發(fā)的應(yīng)急啟動(dòng)命令，準(zhǔn)備執(zhí)行反同期操作，而此時(shí)機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)突然跳機(jī)，導(dǎo)致母線二次失電。經(jīng)時(shí)候分析可能的原因是：由于試驗(yàn)前該機(jī)組更換過(guò)燃油管路，導(dǎo)致部分燃油系統(tǒng)管線殘存有空氣，在柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后的轉(zhuǎn)速上升段，燃油供給不足，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速上升緩慢且不穩(wěn)定，啟機(jī)時(shí)間由正常狀態(tài)下的11s-12s超時(shí)至22s，由于機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)未能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)建立正常的電壓和頻率，導(dǎo)致電氣綜合保護(hù)裝置（MICOM）產(chǎn)生欠電壓/欠頻露信號(hào)，同時(shí)觸發(fā)了機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)電氣保護(hù)正常跳機(jī)，在機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)邏輯設(shè)計(jì)中，因?yàn)閼?yīng)急啟動(dòng)信號(hào)優(yōu)先級(jí)高于正常電氣保護(hù)跳機(jī)信號(hào)，此時(shí)MICOM產(chǎn)生的柴油發(fā)電機(jī)正常跳機(jī)信號(hào)將被閉鎖，柴油發(fā)電機(jī)繼續(xù)保持運(yùn)行狀態(tài)，母線電壓恢復(fù)后，主控室操縱員手動(dòng)復(fù)位母線失電信號(hào)以準(zhǔn)備執(zhí)行反同期操作，與此同時(shí)該信號(hào)觸發(fā)的應(yīng)急啟動(dòng)命令也被復(fù)位，而就地控制柜正常跳機(jī)信號(hào)未被復(fù)位處于信號(hào)保持狀態(tài)，在操縱員復(fù)位母線失電產(chǎn)生的應(yīng)急啟動(dòng)命令后，機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)也將轉(zhuǎn)為正常模式，正常模式疊加此前一直保持的電氣正常保護(hù)跳機(jī)信號(hào)，最終導(dǎo)致機(jī)組柴油機(jī)在反同期操作成功前保護(hù)跳機(jī)，從而引起母線再次失電。

2 解決方案

為查找跳機(jī)的原因，事后我們調(diào)取了柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行記錄以及趨勢(shì)圖，確認(rèn)在本次試驗(yàn)期間柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間超時(shí)，由于在規(guī)定時(shí)間內(nèi)電壓以及頻率均未達(dá)到設(shè)定值，電氣綜合保護(hù)裝置產(chǎn)生了電氣保護(hù)跳機(jī)信號(hào)，此信號(hào)為機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)的正常保護(hù)跳機(jī)，但因此時(shí)應(yīng)急啟動(dòng)命令存在，此跳機(jī)信號(hào)被閉鎖，故柴油發(fā)電機(jī)將維持運(yùn)行狀態(tài)而不產(chǎn)生跳機(jī)動(dòng)作。

外電網(wǎng)電壓恢復(fù)后，操縱員手動(dòng)復(fù)位應(yīng)急啟動(dòng)命令準(zhǔn)備反同期并網(wǎng)，此時(shí)就地電氣保護(hù)正常跳機(jī)信號(hào)仍未復(fù)位，在應(yīng)急信號(hào)復(fù)位后機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)的正常保護(hù)跳機(jī)信號(hào)閉鎖被解除，立即導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)停機(jī)并跳開了發(fā)電機(jī)出口斷路器，從而引起母線再次失電。

由此分析得知，機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)邏輯設(shè)計(jì)存在缺陷，即在就地操縱員不干預(yù)正常跳機(jī)信號(hào)的情況下，機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)可能在反同期操作成功前跳機(jī)導(dǎo)致母線再次失電。為提高機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)在事故工況下運(yùn)行安全性和可靠性，我們對(duì)跳機(jī)邏輯進(jìn)行了如下修改，其中粗實(shí)線為改造新添加閉鎖信號(hào)通路。

將DCS的應(yīng)急啟動(dòng)命令引入上述邏輯，柴油發(fā)電機(jī)接到應(yīng)急啟動(dòng)命令后，該應(yīng)急命令將一直保持，直至外電網(wǎng)開關(guān)合閘反饋為1。如此改造則可確保在操縱員手動(dòng)復(fù)位DCS應(yīng)急啟動(dòng)命令后，如果反同期尚未成功，則柴油發(fā)電機(jī)仍保持應(yīng)急模式運(yùn)行，此時(shí)即使有正常跳機(jī)信號(hào)產(chǎn)生也會(huì)被閉鎖，由于仍然保留了其原設(shè)計(jì)的應(yīng)急跳機(jī)功能，因此對(duì)機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)在應(yīng)急情況下的緊急跳機(jī)保護(hù)不產(chǎn)生影響。在反同期操作成功后，外電網(wǎng)開關(guān)合閘，此時(shí)柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)急啟動(dòng)命令被外電網(wǎng)開關(guān)合閘反饋復(fù)位而轉(zhuǎn)為正常模式，同時(shí)應(yīng)急啟動(dòng)命令對(duì)正常跳機(jī)信號(hào)的閉鎖被解除，允許響應(yīng)正常跳機(jī)信號(hào)，但此時(shí)外電網(wǎng)開關(guān)已閉合，母線由轉(zhuǎn)為外電網(wǎng)供電，即使觸發(fā)正常跳機(jī)動(dòng)作，也不會(huì)導(dǎo)致母線失電。

在操作程序方面，針對(duì)定期試驗(yàn)、分級(jí)帶載試驗(yàn)程序中明確提出，試驗(yàn)前如有機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)的油路管線檢修工作，需要在試驗(yàn)開始前手動(dòng)啟動(dòng)燃油增壓泵，維持運(yùn)行20min，確保燃油管線內(nèi)的空氣排凈，避免機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)因供油系統(tǒng)殘存空氣導(dǎo)致轉(zhuǎn)速上升異常的問(wèn)題，同時(shí)建議維修部門注意，在涉及燃油管線的重大檢修工作，在檢修工作完成后，應(yīng)主動(dòng)提醒運(yùn)行人員及時(shí)啟動(dòng)燃油增壓泵，使燃油管線始終處于滿充狀態(tài)，確保機(jī)組柴油機(jī)在任何時(shí)候都能一次啟動(dòng)成功，滿足機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了機(jī)組VVER核電廠在極端事故工況下廠用電系統(tǒng)的響應(yīng)以及廠用電系統(tǒng)后備電源的組成，闡述了田灣核電站在分級(jí)帶載驗(yàn)證期間遇到的問(wèn)題，通過(guò)分析我們發(fā)現(xiàn)在廠家設(shè)計(jì)文件中，考慮了應(yīng)急啟動(dòng)命令存在時(shí)對(duì)正常跳機(jī)信號(hào)的閉鎖，但忽略了反同期操作手動(dòng)復(fù)位應(yīng)急啟動(dòng)命令后柴油發(fā)電機(jī)由應(yīng)急模式轉(zhuǎn)為正常模式下可能出現(xiàn)的工況，在反同期未成功前，母線供電仍然需要機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)提供，但因此時(shí)主控室復(fù)位DCS的應(yīng)急啟動(dòng)命令，在疊加正常跳機(jī)信號(hào)的情況下，機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)將觸發(fā)正常保護(hù)跳機(jī)，引起母線再次失電，通過(guò)修改應(yīng)急啟動(dòng)命令的閉鎖邏輯，使應(yīng)急啟動(dòng)命令得以保持至外電網(wǎng)開關(guān)合閘反饋為1，極大提高了極端事故工況下機(jī)組柴油發(fā)電機(jī)的可靠性，降低了母線失電的風(fēng)險(xiǎn)。

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