水压试验泵柴油发电机组的重要性

1.设备概述

我国已经建成的二代核电站基本上全部采用的是水压试验泵汽轮发电机组。但近年来小容量汽轮发电机组市场供货不乐观，并且其工艺系统及维修操作较为复杂；而柴油发电机组的优点是热效率高、设备紧凑、冷却水耗量少、维修操作简单，尤其是其迅速、可靠，并且可以频繁启动的特点，很适合作为应急发电机组或备用发电机组使用。另外，其单机容量等级范围广，具有适用于多种容量用电负载的优越条件。在经过功能、设计、安全性及进度等多方面认证，并参考国外核电站提出柴油发电机组替代汽轮发电机组的设计思路后，最终确定将原来由汽轮发电机组供电的水压试验泵的电能改为由柴油发电机组供给。

2.系统功能

当一个机组失去全部厂内外电源时，水压试验泵柴油发电机组给水压试验泵提供应急电源，从而确保反应堆冷却剂系统的完整性。水压试验泵柴油发电机组还负责为机组运行所需的仪表和水压试验泵房的应急通风供电。

每台核电机组都有一套LLS水压试验泵柴油发电机组。在正常或设计基准事故工况下，LLS系统不执行安全功能；但在一台机组的两列配电盘LHA和LHB都不能供电的情况（即超设计基准工况）下，该系统为水压试验泵提供380V应急电源，以确保给主泵1号轴封供水，从而保证反应堆冷却剂系统的完整性；另外该系统在此工况下还负责为机组运行所需的仪表供电，并可通过两个机组的共用机柜，为水压试验泵房的应急通风设备供电。

两套柴油发电机组互为主、备用，在任何一台停机进行维护和检修时，都不能影响到另一台柴油发电机组的运行。

水压试验泵柴油发电机组为非1E级（非安全级）设备，抗震I类，质保等级：Q3。

应急柴油机组设备抗震要求为抗震I类，其中柴油机、发电机、燃油输送泵及电机、风扇冷却器及电机设备为1A类，即这些设备在所有地震条件下不仅能保证结构完整，还要能持续可靠运行。柴油发电机组及其辅助设备必须能承受两种强度地震，一种是安全停堆地震（Safe Shutdown Earthquake，SSE）与另一种是运行基准地震（Operating Basis Earthquake，OBE）。SSE时的地震加速度值是OBE时的2倍。应按这两种地震动载荷来进行设计和计算。在SSE地震下使用的阻尼系数应不大于4%，在1/2SSE地震下选择阻尼系数应不大于2%。

3.设备的设计

柴油发电机组在LHA和LHB两列配电盘同时失电的时候，不需要借助任何外部条件，能够自动启动达到额定状况。能够在接到启动信号10s内，达到额定的转速和电压。为了保证LLS柴油发电机组启动和运行的可靠性，每个气缸都由单独的喷油泵供油，并有两套蓄电池系统（每台柴油机都有两套可同时使用的独立的启动装置）。

设计柴油发电机组时，必须考虑其能承受如下的故障：

1）外部故障引发的，在发电机输出端子发生3相或2相短路时，持续时间不超过5s。

2）持续5s，1.15倍额定转速的超速运行。

3）以下的过电压（频率稳定在50Hz）。

4）1.4倍额定电压，持续4s。

5）1.2倍额定电压，持续3s。

柴油发电机组能够在不需要外部干预下，连续24h以额定工况运行。9RIS011PO水压试验泵和9LLS001AR控制柜靠近水压试验泵。确保所有的电力供应到不同用户。LLS柴油发电机组控制柜LLS002AR安装在发电机房。

柴油发电机组容量额定输出功率为200kW左右。

机组设备分级和抗震要求：本系统的设计属超基准设计工况。在正常或设计基准事故工况下，本系统不执行安全功能，故本系统为非安全级，但其体系是安全重要的，设备及厂房均为抗震1类，质保等级为Q3。

柴油发电机组组成：柴油机一台、柴油辅助系统、发电机一台、发电机用励磁调节系统和保护系统、控制系统。

柴油辅助系统分为燃油系统、润滑油系统、冷却系统、启动系统、进气系统和排烟系统。

由于机组功率小，润滑油系统、冷却系统和进气系统的设备直接安装在柴油机上，连接管路全部为柴油机自带，自成体系。

燃油系统设置了设计容量为1500L的日用油箱，在不需要额外补充燃油的情况下可保证柴油发电机组连续运行24h。

每台柴油机都有两套可同时使用的独立启动蓄电池。每套启动蓄电池能够连续独立启动柴油发电机组3次。

柴油机排烟管道上设置有法兰波纹管。排烟管有保温，以降低其辐射热，并使柴油机和工作人员有良好的工作条件。柴油机排烟口消音器应选取合适的类型以满足规定的噪声级要求（声功率级）。

辅助系统的设计可保证柴油发电机组在收到启动信号后10s内建立额定频率和额定电压。

4.设备说明

（1）水压试验泵柴油发电机厂房的位置确定

新增的水压试验泵柴油发电机组厂房与外部接口主要考虑消防水源和电缆通道的可实施性问题。新厂房位置考虑布置在靠近核岛厂房左上角的A系列应急柴油发电机房厂房处，可连接其内的消防系统水和电缆进出线。进一步分析方案的实施，是与应急柴油发电机厂房处相邻，或者是与应急柴油发电机厂房拉开间距以作为应急柴油发电机组安装及检修通道。A系列应急柴油发电机组是通过+0.8m标高层处墙上的安装洞进入厂房内的。由于应急柴油发电机组性能可靠，在40年寿命其间不考虑大修时的整体拖出厂外，只需进行零部件的拆装更换，机组安装完毕后便将安装洞二次浇灌，因此无需在两个厂房之间留有设备检修通道。并且如果新厂房和应急柴油发电机组厂房之间拉开间距，它们之间的管沟处必须有抗震等级的要求，设计上会较烦琐，成本也会较高。由此确定新厂房紧邻应急柴油发电机房布置，中间设置伸缩缝，但需注意的是新厂房必须在应急柴油发电机组安装后方能施工，新厂房内的设备不多，稍后施工不会对核岛厂房的总体施工进度产生影响。

（2）水压试验泵柴油发电机厂房的布置

两个核电机组的两个水压试验泵柴油发电机厂房布置在一起，中间用隔墙连接，整个厂房外形尺寸为长10.1m、宽8.2m。由于机组容量小，所用机型的尺寸不大，辅助系统设备也不多，因此只需设置地上一层，在其内部布置有柴油发电机组、日用油箱、排气消音器、排烟波纹管及控制屏等设备和管道。

5.运行参数

（1）正常运行

正常时，柴油发电机组处于自动备用中的预热状态，接到启动信号后，在自动启动或手动启动两种模式下，机组能够在10s内启动并到达额定工况（空载或带载），此时柴油发电机组电压、频率、润滑油压、冷却水温等参数正常，机组运转时无异常声响、控制柜无异常报警。

（2）特殊稳态运行

假设工厂的LHA和LHB开关柜在反应堆处于发电运行状态时同时掉电，发生此事故时LLS柴油发电机组接到启动信号后能自动启动，并同时启动水压试验泵及机房有关照明和风机通风负载。(www.xing528.com)

（3）特殊瞬态操作

在LLS柴油发电机组无法启动或在运行过程中发生停机故障的情况下，另一台柴油发电机可以立即自动启动，以供电到上游配电柜9LLS001AR。

只有当试验泵停机小于2min时，才可以完成这些卸载和重加载步骤。超过这个时间点，冷水注入主冷却泵，其密封性能可能降低，那将是非常危险的（产生热冲击）。

（4）启动和正常停机

LLS柴油发电机组和RIS试验泵的启动操作：

1）试验泵的正常启动信号是从控制室发出的；

2）自动启动是开关柜LHA和LHB同时失电开始的；

3）自动模式总的启动时间，可以估算如下：T=T1+T2+T3+T4+T5；

4）T1为故障判断时间，从LHA和LHB开关柜同时失电开始。T1=15s（通过时间延迟设定）；

在15s延时过后，柴油发电机组自动启动。

T2为柴油发电机启动时间，当发电机达到额定电压和额定频率的时候，配电柜001AR的电压达到380V。T2=10s。当本机组的柴油发电机组启动失败时，另一台柴油发电机组自动投入的相关启动时间。

T3为延时闭合由柴油发电机配套的配电柜001AR接触器，发电机端电压一旦出现电压，断开正常供电接触器（LKI）。T3=3s。

T4为配电柜LLS001AR控制电压得电吸合时间和母排电压侦测时间T4=1s（物理现象）。

T5为自耦变压器启动试验泵时间。一旦配电柜001AR电压恢复正常，首先增压泵启动。当机油压力达到5bar（建立时间大约3s）试验泵主泵启动，开始密封注入。T5=20s

总时间：T=49s

操作员可以通过主控制室工作站或副控制屏，或柴油发电机组就地控制柜启动LLS柴油发电机组执行其功能。

LLS柴油发电机组和试验泵停机操作：

1）操作员可以通过主控制室工作站（KIC）断开到试验泵的正常送电。

2）操作员可以通过主控制室工作站（KIC）或副控制屏，或柴油发电机组就地控制柜停止LLS功能（正常停机或紧急停机）。

3）操作员在没有失电释放LLS配电柜的情况下，可以采用就地按钮关停试验泵。也可以采用就地按钮重新启动试验泵。

（5）控制原理

柴油发电机组有自己的励磁-调节和速度控制系统。在H3状态下，LLS柴油发电机组只有超速保护是投入的。在运行过程中，当柴油机转速达到设定的超速动作门槛值时，柴油发电机组跳闸停机，在就地控制柜复位后，柴油发电机组可以立即重新启动。在H3状态下，如果试验泵停机时间大于2min，不得重新启动。

6.设备的定期试验

在正常情况下，预润滑和预热系统连续运行，使得柴油发电机组保持在预备用状态，做好随时启动的准备。柴油发电机组的同期并网试验就是指在就地控制室启动已经处于热备用状态的柴油发电机组，利用同期装置，当电压相等、频率相等、相位相同和相序一致后合上柴油发电机组的出口开关，实现并网运行，并逐级加载到额定功率，在不同的功率平台下检查柴油发电机组的工艺和电气参数是否达到设计要求。此时，为确保柴油发电机组本体及辅助系统自身的完整性和有效性，必须投入所有的保护。根据定期试验大纲的规定，在一定的机组状态下，进行分级启动（程序带载）试验。

要求柴油发电机组必须在规定的时间内，将电压和频率保持在不会使任何负载的性能降低到低于其最低要求的限值以内，即使在带最大负载过程中发生瞬态，如突然加载或卸载引起的电压和频率波动。可通过真正的断电或来电验证柴油发电机组能在规定的时间（比如10s、15s等）内成功启动来保证供电，并满足其他相关要求。此时，柴油发电机组主要是为了完成其安全功能，有些原本会导致柴油发电机组停运的保护信号将被自动闭锁。

7.设备性能参数

主要性能指标包括：

1）供货设备寿命40年，等效8000可用小时（可更换磨损件）。

2）每套启动系统的设计应保证可以连续成功启动3次。

3）柴油发电机组在收到启动信号10s内应能达到稳定的额定频率和额定电压，并尽快与LLS系统连接。

4）100次启停试验不允许有一次失败，启动可靠性不小于99%。

5）机组在1.2倍额定转速下超速运行时间不少于5s。

6）柴油发电机组主开关设置在柴油机房的就地配电柜上，开关的额定电流应不低于发电机额定电流的1.5倍。

7）在任意负载（空载和额定负载之间）下，电压调节器的整定值可设定在额定电压的90%和110%之间。