柴油發電機在核電站中的應用

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摘　要：為了增加核電站核安全裕度，在全廠失去正常、應急交流電源的情況下，能確保核反應堆安全停堆；以及當應急柴油機不可用時通過延長柴油機的后退時間來提高機組的可用率，目前世界上大部分國家及地區的核電站如法國、美國、南非、韓國和臺灣等都設置了附加柴油發電機，使核電站的核安全性能處于世界領先水平。為此，介紹了附加柴油發電機的接線方式、供電模式、試驗方法和馬達控制中心的供電接線方式等。

關鍵詞：附加柴油發電機；應急柴油發電機；核安全裕度；應急電源；主接線；試驗；馬達控制中心

Application of additional diesel generators in nuclear power stations

LI Hong-liang

(Guangdong Daya Bay Nuclear Power Station, Shenzhen, Guangdong 518124, China)

Abstract：In order to enlarge the nuclear safety margin, ensure safe shutdown of nuclear reactors under loss of on-site and offsite power supply, and raise the unit availability through elongation of diesel fallback time under unavailability of emergency diesel generators, at present, nuclear power stations of most countries and zones in the world such as France,the U.S., South Africa, South Korea and Taiwan have been equipped with additional diesel generators, making the safety performance of above-mentioned nuclear power stations advanced in the world. In this paper, the wiring procedures,power supply mode, testing methods and the power supply and connection schemes of motor control center are described.

Key words：additional diesel generator; emergency diesel generator; nuclear safety margin; emergency power supply; main wiring; test; motor control center▲

1　附加柴油發電機的功能

　　設置附加柴油發電機主要是為了使其具有以下功能：

　　a) 替換功能。當電站中任何一臺正常應急柴油機不可用時，附加柴油發電機即可代替該不可用柴油機，并執行其所有功能。

　　b) 抵抗全廠失電(station black-out SBO)功能。所謂全廠失電是指電站在失去廠內、廠外電源的同時，正常應急柴油機也不可用。此時可單獨啟動附加柴油發電機，并提供使核反應堆安全停堆所必需的電源。

2　附加柴油發電機主接線方式

　　從核安全的角度來說，核電站每臺機組都設置有電氣上完全獨立的A、B兩個系列，而每個系列的1E級中壓母線又配置有一臺應急柴油發電機作為該1E級中壓母線的應急電源。一般來說附加柴油機同時可以作為2臺機組、4臺機組和6臺機組的后備緊急備用電源，這主要取決于每個國家及地區核電站的電氣配置。下面以2臺機組為例簡述附加柴油機的主接線方式。

2.1　方式一

　　如圖1所示，這種主接線的原理是附加柴油發電機出口經過一個斷路器與中壓盤(CBSWG)相聯，該中壓盤有5個出線，其中一個出線接觸器經過6.6 kV/380 V 變壓器與廠內380 V AC 電源通過電氣或機械連鎖后為柴油機附屬設備供電；另外4個出線經鑰匙連鎖后(即同時只能有一路接同)分別與4條1E級中壓母線連接(1 LHA、1 LHB、2 LHA和2 LHB)。由于接線簡單、操作方便，所以在國外的一些核電站，如南非、韓國等，這種方式被廣泛采用。

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圖1　附加柴油發電機主接線圖一

2.2　方式二

　　如圖2所示，這種主接線方式在900 MW 的壓水堆核電站(如法國)被廣泛采用。其主要原理是附加柴油發電機出口經過一個中壓轉換盤(9 LHT 003 AR)中的連接片分別與4條1E級中壓母線連接，我國大亞灣核電站目前也采用了這種接線方式。它的主要特點是為避免由于電氣連鎖而產生共模故障，對1E級系統提出了更高的要求，比如中壓轉換盤中的連接片確保了A、B系列上的設備在實體上的分離，斷路器在002 JA與003 JA倉位之間的鑰匙連鎖(即二取一)確保了在應急柴油機與附加柴油機之間不能同時供電(核安全上的要求)。

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圖2　附加柴油發電機主接線圖二

3　附加柴油機的供電模式

　　一般來說當機組正常運行時，附加柴油機處于熱備用狀態，與1E級中壓母線在電氣上是完全隔離的。如果發生任何一臺應急柴油機故障，而且預計在72 h內(當地核安全局規定的，這個時間包括機組的停機時間)難以修復，則與該故障應急柴油機所聯接的1E級中壓母線即被切換到附加柴油機上，同時執行故障應急柴油機的所有功能，比如在 LOP、LOP+SI、LOP+SI+HHCP 情況下的自啟動及帶載能力。另外如果發生全廠失電(SBO)，為確保核反應堆安全停堆，附加柴油機承擔非常重要的后備保護作用。

4　附加柴油機的試驗方法

　　由于附加柴油機在核電站中起著舉足輕重的作用，為了確保其在緊急情況下(如應急柴油機故障、SBO)可用，需定期進行試驗以驗證其可用性。

　　目前世界上各國或地區核電站由于附加柴油機主接線方式不同，所以試驗方法、試驗內容和試驗周期各有不同，但基本上都要做啟動試驗、低功率試驗和滿功率試驗。現以韓國核電站為例作一介紹。

　　如圖1所示，韓國核電站附加柴油機的試驗回路與供電回路完全一樣，每個月進行一次100%Pr與廠內電源并網試驗，大修期間進行啟動及50%Pr與廠外電源并網試驗。在試驗期間正常應急柴油機處于備用狀態。該試驗方法的主要特點是：從運行的角度來說便于操作，能真實地模擬柴油機的實際運行情況；從安全的角度來看，通過電氣連鎖，使正常應急柴油機只有在探測到1E級中壓母線失電時才會自啟動。

　　另外一種試驗方法是用一個純電阻裝置來作為附加柴油機的試驗負荷，如圖2所示。由于試驗回路與供電回路是相互獨立的，試驗時并不影響機組的正常運行，也不需設置專門的并網裝置，因此風險較小，在法國的核電站中被廣泛采用。但該方案只能考驗柴油機帶載能力，不能真實模擬柴油機接入系統后的實際運行情況及驗證其勵磁系統的調節能力。只有通過在試驗負荷裝置中增加電抗等設備才能使該試驗方法更加完善。

5　附加柴油機馬達控制中心

　　附加柴油機馬達控制中心主要供電負荷是柴油機附屬設備、消防系統、起吊設備、48 V/125 V 直流電源和通風空調等。在正常備用情況下，其上端電源一般取自一路來自廠內公用中壓配電盤(如南非核電站，圖1所示)或兩路來自兩個機組A列應急低壓配電盤(如臺灣核電站，圖3所示)。

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圖3　附加柴油發電機主接線圖三

　　以上這兩種供電接線方式，當柴油機啟動后，馬達控制中心(MCC)即由柴油發電機自供電，既可保證在備用情況下，柴油機某些附屬設備(如預熱系統、預潤滑系統)的用電需要，又可滿足直流電源系統、通風系統和消防系統對供電電源連續性的要求。筆者認為后一種方法相對前一種方法來說安全性能更高一些。

6　結束語

　　設置附加柴油機，既是核電站核安全性能的要求，也是國際原子能組織及各國核安全局衡量核電站安全、可靠、穩定運行的一個重要指標。為了與國際慣例接軌，早日達到世界先進技術水平，廣東核電合營有限公司已經決定增設附加柴油機，作為大亞灣核電站1、2號機，嶺澳核電站1、2號機公用后備應急電源。筆者認為這不但是對核電發展更高境界的追求，也是對人類和平利用原子能一種負責的態度。

7　附錄

　　名詞解釋：

　　a) LOP(loss of power)：失去交流電源。

　　b) SI(safety injection)：安注信號。

　　c) HHCP(high high containment pressure)：反應堆壓力殼壓力高-高。

　　d) MCC(motor control center)：馬達控制中心。

　　e) 1E級：系統或設備與核安全相關。

　　f) 1LHP、1LHQ、2LHP、2LHQ：應急柴油發電機。

　　g) DG(diesel generator)：應急柴油發電機。

　　h) MV(medium voltage)：中壓。

　　i) CBSWG(circuit breaker switchgear)：斷路器切換盤。

　　j) NPS(normal power supply)：正常廠內外中壓供電電源。