秦山二厂水压试验泵汽轮发电机组运行浅析

雷青松

【摘 要】水压试验泵汽轮发电机组系统（LLS）为压水堆核电厂的重要组成部分，该系统能够保证在一个机组的两列配电盘LHA和LHB都不能供电的情况下（H3工况），LLS系统也可以为水压试验泵9RIS011PO提供380V应急电源，从而确保主泵轴封水的供应，保证反应堆冷却剂系统的完整性；在超设计基准事故情况下，该系统给机组运行所需要的仪表供电。本文简要介绍LLS系统的功能，组成部分，小汽轮发电机组工作原理及各种运行状态等。

【关键词】小汽轮发电机组；工作原理；运行；水压试验泵

1 LLS系统的功能及原理简介

秦山二期650MW压水堆1、2#核电机组的LLS系统小汽轮发电机组采用了从法玛通进口的4P1型号汽轮机。为了保证核电机组在失电事故情况下的核安全，要求LLS小汽轮发电机组始终保持在热备用状态，并在需要的情况下能快速自启动且实现设计功能。LLS系统中的各个设备安全及功能要求很高。

在一台机组的两列应急配电盘LHA，LHB同时不能供电的情况下，LLS系统能给试验泵9RIS011PO提供380V应急电源。水压试验泵确保反应堆冷却剂泵1#密封的注入水流量，从而确保反应堆冷却系统的完整性。LLS还通过两套机组共用的公用机柜，给应急通风机供电，提供试验泵房内的通风，并给两条220V线路供电，这样一旦在给应急设备供电的蓄电池已耗尽的情况下它不仅能给其它应急照明设备供电，而且还给机组所需的仪表供电。并为主控室提供应急照明。

LLS系统由小汽轮机LLS001TC、发电机LLS001AP、风机9LLS001ZV、控制机柜9LLS001AR、电阻箱9LLS001RS等组成

LLS小汽轮发电机组是由二回路的蒸汽发生器的主蒸汽（压力：7.6MPa）供汽的，其供汽母管由对应机组的汽动辅助给水泵的供汽管道上分接引出。如果在一台核电机组的两台应急柴油发电机组的配电盘LHA和LHB同时不能供电的情况下，则需要LLS小汽轮发电机组通过LLS系统母线给水压试验泵9RIS011PO提供380V应急电源，使其能保持运行，确保主回路反应堆冷却剂系统主泵的一号机械密封的注入水流量，防止高温高压的反应堆冷却剂从主泵一号机械密封处泄漏，从而保证反应堆冷却剂系统的完整性。

LLS小汽轮发电机组还可以通过LLS系统母线9LLS001AR给两条输出线路供220V交流电，其负荷是确保机组安全停运和监视所需的重要仪表，这样即使在这些重要仪表正常工作电源丧失的情况下，LLS系统能保证它们继续正常工作。LLS系统母线还给水压试验泵房间的应急通风机供电，以确保在水压试验泵运行时房间能有足够的通风。

小汽轮机两个滑动轴承的润滑是由汽轮机轴直接驱动的油泵提供润滑油。润滑油由一台空气冷却器冷却。汽机排出的乏汽通过消音器排放到大气中，不再重复使用。正常运行工况下，汽机的入口蒸汽参数范围为：压力为7.5～0.66Mpa（表压），相应的温度范围为292～170℃。

发电机直接由汽轮机驱动，并装有一台提供励磁电源的励磁机，该励磁电机安装在联轴器的另一端，通过一个旋转整流器与汽轮发电机的转子相连，向控制配电柜9LLS001AR供电。

汽轮机为双列级冲动式。动叶中补充膨胀的等熵焓降与级的滞止焓降之比叫做反动度ρ，ρ=hb/ht。双列级由二列静、动叶片组成。蒸汽经第一列静、动叶片流出后，再进入第二列静、动叶片中做功。根据双列级的工作原理，它属于冲动级，蒸汽只在静叶中膨胀，热能转化为动能。高速汽流流过动叶片，推动动叶旋转作功。级中的膨胀基本上在第一列静叶（喷嘴）中进行，蒸汽在动叶栅中不产生膨胀，动叶栅前后压力相等。第二列静叶主要起导向作用，亦称导向叶片。

当接收到小汽轮发电机组启动指令时，要求LLS001VV和气动阻尼器同时失去压缩空气压力，从而使得LLS001VV失气打开，同时气动阻尼器活塞开始动作直至不再作用在LLS003VV上。流量限流器的功能就是实现LLS001VV和气动阻尼器必须同时得到供气和失气，并控制气动阻尼器的失气速度，使气动阻尼器缓慢动作以控制调节阀LLS003VV缓慢打开（为了避免通过LLS001VV进入的蒸汽快速进入小汽轮机使小汽轮机超速），使液压调速器能正常的工作。当机组开始正常工作后，液压调速器作用在调节阀LLS003VV上，保证汽轮机的额定转速稳定在3000转。

正常运行时，LLS小汽机是不工作的，此时1LLS001VV是全关的，LLS002VV是开启的，LLS003VV在一个预开启的小开度上。

小汽轮机与主蒸汽供汽母管之间用气动隔离阀（1、2LLS001VV）隔离（为核二级闸阀）。隔离阀上设置一小流量旁路管线，用来实现对小汽轮机的保温及预热。管道应合理布置，尽量减少备用期间的管内积水。

2 LLS系统的运行

从余热排出系统停运（主冷却剂系统升温过程中）时刻起，无论电站机组处于什么运行状态，LLS汽轮发电机组应该处于备用状态，或是处于例行试验状态。

正常运行时设备的状态：

2.1 汽轮发电机组

汽轮机处于备用状态，随时准备启动。气动隔离阀 001VV处于关闭状态，接到系统启动信号后立即打开。该系统始终处于加热状态。汽轮机的保温加热由阀门001VV的旁路管线来调节，该旁路管线上装有一个手动调节阀和一个隔离阀。位于管线一端的气动隔离阀VVPl27、128VV通常状态下处于开启状态。当蒸汽发生器泄漏，二回路蒸汽受到反应堆冷却剂回路介质的污染时，则关闭相应的隔离阀。截止阀002VV处于开启状态。调节阀003VV处于微开启状态，以防蒸汽大量进入汽轮机。发电机处于备用状态，汽轮机启动后即可带动发电机。

2.2 风机9LLS001ZV

正常时不工作，当由发电机12LLS00lAP馈电的主母线带电时，它就起动。根据H3规程，在失去DVN通风的情况下，使NA396房间降温。该房间通过风门9LLS020VA进风，通过风门9LLS02lVA排风。调节风门9LLS020VA和9LLS021VA是常开的，除非在由防火风门9DVNl3lVA关闭检测到火灾时，由防火风门9DVNl3lVN的关闭位置自动关闭LLS的两个调节风门。

2.3 试验泵9RIS011PO

试验泵或在准备接受LLS的起动指令，或在为进行例行试验而投入运行，或给安注箱注水。

LLS系统特殊稳态运行的假定事故是失去全部6kV电源。这种事故将导致失去全部冷却系统，同时，RRI不再对热屏进行冷却，RCV也不再承担主泵轴密封水的注入功能。这样有可能导致1号密封的泄漏。LLS系统将在检测到6kV电源失去后的两分钟内恢复密封水注入功能。如果反应堆冷却剂温度低于190℃，则应避免LLS汽轮发电机起动（因为汽机的入口蒸汽参数范围为：压力为7.6～0.76Mpa，而190℃所对应的压力就是0.76MPa，如果低于该温度，小汽机不能正常工作）。

此时利用由LLS系统作后备电源的试验泵9RIS011PO来恢复密封水注入功能。由于这台泵为1号、2号机组共用，因此，应采取措施以保证该泵向正确的方向注水。为此，一旦探测到LHA和LHB配电装置都失电，则故障机组的阀门RCV094VB便立即打开。

下列操作在2分钟内自动地完成：

1）打开蒸汽阀00lVV；

2）起动汽轮发电机，使转速和电压达到稳定值；

3）切除正常电源（这种电源即使存在也可能随时消失），同时，向9LLS001AR配电柜的母线供电；

4）在自动调节电压的情况下，向9LLS001AR配电柜供电，起动风机9LLS001ZV、增压泵9RIS111PO和试验泵9RIS112PO。

在上述起动过程中，试验泵可能在运行并向安注箱充水。在这种情况下，自动执行以下两个动作：

（1）关闭RIS136VB，隔离通向安注箱的充水管线；

（2）试验泵油路卸压阀整定压力从低压切换到高压。

5）打开故障机组的阀门RCV094VB，使试验泵向失去电源的机组反应堆冷却剂回路注水。

当一台运行中的LLS汽轮发电机组发生故障时，运行人员可以利用另一台没有发生故障的机组的汽轮机发电机组向9LLS001AR配电柜供电。为此，应该首先隔离无故障机组的RIS274VB，打开故障机组的RCV094VP，然后启动LLS系统。

接着，操作人员操作按钮021TO，就地断开进线接触器，使试验泵停机。然后操作开关020CC，重新闭合汽轮发电机出线接触器，再启动试验泵。以上的切换过程只能在试验泵停机两分钟内完成，否则，把冷水注入主冷却剂泵是危险的，有可能使主泵的密封损坏（热冲击）。

3 LLS运行事件及经验反馈

世界各国核电厂的LLS系统汽轮机发生过大量的不可用事件，后来根据统计调查发现，大部分的不可用事件都是由启动超速跳闸或启动后不久的负荷切换导致的真实超速跳闸所导致。我厂在试验过程中，多次发现LLS001VV阀门在76bar下开启时，即使为阀前阀后的平衡管暧管，但是由于阀门前后的压差较大，仍然需要较长的时间才能打开。这一时间超过了LLS003VV阀门的限流器响应的时间。致使LLS003阀门全开后，LLS001VV仍未全开。当LLS001VV全开后，因为LLS003VV阀门全开，开度过大，调速器无法实现调节功能，机组超速跳机。设计上小汽轮机是通过阻尼器压住LLS003VV延缓进汽调节阀的开启以及加负载电阻这两项措施来控制LLS汽轮机启动时的升速速率，保证启动阶段不出现超速跳闸。负载电阻无法进行调节，我们只能延缓进汽调节阀的开启时间。对此，在系统允许的情况下，我们调节减小了限流器调节阀的开度，延长了泄流时间，但是还是不能满足了现场要求。最后，更换了流量限流器重新进行了调节，具体操作为：先将调节阀的设定旋钮按顺时针的方向转动到底，将其关闭。后将定位刻度盘的零刻度与螺钉起子的轴线槽相一致。将调节阀开启到1/8处，机组一次启动成功。

秦山二厂1/2号机组在执行小汽机试验时多次由于超速而导致试验不成功，如2004-11-28日9：30，在维修机械、仪控、电气各方配合下，执行PT1LLS001（LLS小汽轮发电机无负荷试验）时出现超速保护跳闸，试验多次不成功，后经过维修机械、电气人员检查后，再次进行该试验，仍然出现超速保护跳闸，试验仍不成功。直到第六次试验，在电气人员重新分合9LLS024JS后，试验才达到要求。

通过上述经验反馈可以看出小汽机的启动存在很多问题，正是考虑到小汽轮发电机的各种弊端和可靠性，复杂性，二厂扩建的3/4号机组取消了小汽轮发电机组，取而代之的是结构简单的柴油发电机组，一用一备，功率为250KW。

4 小结

通过对我厂LLS系统的学习，我谈谈个人对我厂LLS系统更好运行的一些看法。

我厂目前对LLS系统运行监测量非常少，主控KIT中无任何模拟量可看，仅有LLS001VV开阀指令是否发出、9LLS001ZV状态及9LLS021JA/021JS等几个开关、接触器的状态；在LLS现场也就只能看到小汽机转速（或由技术处人员临时接入数显式转速表），而大亚湾核电站早在几年前为了更好的监测LLS系统的运行情况，就对LLS系统实施了数据集中系统的改造。改造后的系统实现了在同台示波器上同时显示LLS汽轮机进汽隔离阀LLSOO1VV及LLS003VV阀门开度、LLSOO1TC转速、LLS发电机端电压、LLS电气控制台9LLSOO1AR母线电压、及其母线电流、LLS负载电阻9LLSOOIRS电流、水压实验泵主油泵9RIS112MO电流8个数据的功能。

从历次LLS小汽机超速事件中，我们不难发现LLS小汽机超速的主要原因就是LLS003VV动作的不正确，即提前动作或动作时开度偏大或超调导致汽机超速。实际最容易超速的情况主要就是小汽机启动阶段。我厂LLS003VV在接到启动命令后，阻尼器便开始释放，LLS003VV开始缓慢开启。大亚湾电站的LLS003VV的开启要比我厂慢至少5S，它是在负载电阻开关027JA闭合后，阻尼器才开始释放，LLS003VV才缓慢开启。在此之前该阀门一直被限制在最小蒸汽供应量上（预设开度：3mm左右）。

通过对照，我觉得大亚湾的LLS003VV控制有两个好处：

（1）LLS003VV开启控制较简单，只要按照标准升速曲线设定好释放时间（5S左右即可）；

（2）小汽机超速风险较小，因为LLS003VV开启时间较晚，是在小汽机工作较稳定的阶段动作。我厂的LLS003VV开启较早，在有蒸汽流波动时及负荷带载时，阀门容易超调，开得过大甚至全开，从而使调速器失去了的快速、准确的调节功能，小汽机在这种工况下超速风险很大。

综上两点，我个人认为我厂可以考虑借鉴大亚湾LLS003VV的运行模式，对我厂进行相应改进，来优化LLS小汽机运行，降低其超速跳闸导致不可用的风险。

【参考文献】

[1]水压试验泵汽轮发电机组系统手册[S].浙江：核电秦山联营有限公司，2005.

[2]核电厂中级运行第2版.浙江：核电秦山联营有限公司，2008[Z].

[3]核电厂高级运行第2版.浙江：核电秦山联营有限公司，2008[Z].

[责任编辑：王楠]