全厂失电后常规岛干预及恢复

王鸡换

【摘 要】在中国电网非常稳定，使得国内核电运行人员缺乏应对全厂失电的经验，万一发生失电事件，很可能无法妥善处理。为提高国内核电运行人员在全厂失电下常规岛的干预及恢复能力，本文通过分析C3/C4调试过程中真实的全厂失电试验案例，梳理出干预及恢复的最佳的逻辑。通过本文分析，在全厂失电工况下对常规岛进行有效的干预及恢复，可保证其系统设备的安全，并将影响减少到最小。

【关键词】全厂失电常规岛干预常规岛恢复

中图分类号： F426.61;F426.23 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）03-0241-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.101

Conventional Island Intervention and Restoration after Loss of power in the whole plant

WANG Ji-huan

（CNNP nuclear power operations management Co.，LtdForeign services department， Zhejiang Haiyan， 314300， China）

【Abstract】Chinas power grid is very stable， making domestic nuclear power operators lack experience in dealing with power loss in the entire plant. In the event of a power outage， operators may not be able to handle it properly. In order to improve the ability of domestic nuclear power plant operators to control the intervention and recovery of conventional islands in the event of power loss in the whole plant， This article analyzes the entire plant power failure test case in the C3/C4 commissioning process， sorts out the best logic for intervention and recovery. Through the analysis of this paper， the effective intervention and recovery of conventional islands under the condition of full-plant loss of electric power can ensure the safety of conventional island system and equipment and reduce the impact to a minimum.

【Key words】Loss of power in the whole plant; Conventional island intervention; Conventional island restoration

0 前言

（1）研究内容

全厂断电，对于单台机组来说就是失去厂用电。厂用电失去的原因可能是多种多样的，但是其后果对汽轮机及其系统而言，主要是失去控制油（EH）、给水、凝结水、闭式水、开式水、循环水、真空泵、压缩空气、轴封蒸汽等，在这些设备或系统均不能运行或者不能长久维持的情况下，如何使汽轮机安全停运，是十分值得关注的事情。毋庸置疑，完备的事故预案可以有效的减轻或化解事故造成的破坏，为此几乎每家发电厂都有类似的事故处理预案，这些预案在多次事故处理中也曾发挥过很大作用，但是其中的一些做法是否合理、处理方法是否需要完善，仍需要深入分析与探讨。下文就以恰希玛核电全厂失电试验为例，分析常规岛从开始失电分析整个瞬态及恢复过程。假设认为机组失去厂用电后，汽轮机保护正常动作，柴油发电机可立即投入使用，保安段电源、UPS电源和直流电源工作正常，与之相关的设备均能正常投用。

（2）研究意義

在全厂失电工况下，主控室报警众多，系统状态千变万化，对于经常习惯于稳定运行的操纵员来说是个极大的挑战，难以抓住重点。本文通过对失电后响应的分析，找出系统薄弱点和干预的风险点，并提出应对措施，提高系统可靠性，并使运行人员在瞬态时能及时正确的干预机组状态，避免问题扩大。

1 全厂失电前的机组运行状态

全厂反应堆功率394MWt，电功率102MWe。主给水泵2台运行，凝泵2台运行，凝升泵2台运行，循环水泵3台运行，闭式循环水泵1台运行，开式循环水泵2台运行，定转子水泵各一台运行。

参数：调门开度16.3%，真空-93.45kPa，润滑油温度39.8℃，润滑油压力0.35MPa，轴承温度81.6℃（以4#瓦为例）。

2 全厂失电相关自动动作

T+0s时断开外网所有开关，机组甩负荷孤岛运行成功，发电机功率为15MWe。T+10s后手动停堆，汽机停机，发电机开始惰走。惰走持续时间15s，发电机出口开关GCB断开，全厂失电，期间汽机转速降至2712rpm，润滑油压力降至0.30MPa。GCB断开后直流油泵连锁启动。全厂失电9s后应急柴油发电机组启动并网成功，EMA、EMB成功带载。全厂失电28s后常规岛保安段ECU也由安全段带载成功，主给水泵油泵自动启动，交流油泵手动启动。

3 全厂失电后常规岛系统参数变化

发电机惰走结束后GCB断开，直流油泵自动启动，维持汽轮机母管润滑油压力：0.34Mpa，ECU带载后启动交流油泵，润滑油压力维持到0.38MPa。因润滑油丧失冷却水，润滑油油温快速上升，在恢复冷却水之前已上升至51.3℃。汽轮机轴承温度随汽轮机转速下降程缓慢下降趋势。因为润滑油排烟风机电源不来自ECU，润滑油箱负压消失，触发润滑油箱压力高报警。因为主蒸汽隔离阀关闭，主蒸汽母管压力快速下降，在5分钟后降至1MPa，此时汽轮机轴封压力无法维持。为加快汽轮机快速停机，现场手动破坏真空，疏水切至大气。因转子水泵停运，发电机转子填料处短时存在剧烈摩擦。因主给水泵油泵失电，主给水泵轴承丧失润滑油压力24s，ECU带载成功后，润滑油压力恢复，在主给水丧失润滑油期间其轴承温度无明显变化，维持在56℃左右（径向轴承）。因真空被破坏，同时汽轮机丧失低压缸喷淋水，低压缸喉部温度持续上升，由停机前的37℃上升至97℃。汽机转速降至600rpm前ECU已成功带载，到600rpm时顶轴油泵自动启动，汽机转速到零后盘车自动啮合。

4 全厂失电后常规岛系统关注和干预

全厂失电后，电动设备只有直流油泵可以控制。ECU由安全段电源带载后，交流油泵、顶轴油泵、盘车、主给水泵油泵可以操作，其他电动设备均不可操作。在气源正常的情况下，气动阀门还可操作。但大功率设备均不能运行，可干预的范围非常有限。以下分析在这种工况下的关注和干预措施：

（1）汽轮机润滑油油温。汽轮机润滑油系统面临的最大威胁就是失去冷却水而造成润滑油温大幅度上升。汽轮机润滑油中的热量来源于两部分，一部分是轴承中油膜与轴颈的摩擦功耗，另一部分是轴颈的热传导。降低第一部分产生的热量，可以通过尽可能早的降低汽轮机转速，减少油膜与轴颈摩擦而产生的热量;通过提早开启顶轴油泵，增加油膜厚度，减小油膜温度，也有可能会减少部分热量;降低第二部分产生的热量，可能通过尽早切换轴封供汽来进行。与此对应的操作是提早破坏凝汽器真空与开启顶轴油泵，在真空到零后，及时切断轴封供汽。本次停机过程中，润滑油温在汽机2600rpm时开始明显上升，到汽机转速到900rpm时润滑油温度已上升至50℃，随着顶轴油泵启动和汽机转速下降，升温速率明显下降。在接下来的20分钟里，这个温度只上升了1℃。在这种情况下，汽轮机转速到零后，盘车不能立即投用，原因是润滑油温度过高，盘车必须的油膜难以建立，轴承无法充分冷却，如果盲目投用盘车，会给轴承带来很大损害。但如果厂用电能短时间内恢复，汽轮机很快启动，在盘车因润滑油温度高而停运后，建议每隔20分钟将汽轮机转子转动180°，以便于以后的启动。在润滑油冷却水完全丧失时的情况下，要力保润滑油泵的正常运行，如有可能，建议通过润滑油冷却器放气或放水管对之注水，加以冷却。

（2）汽轮机润滑油油压。全厂失电后只有直流油泵提供润滑油压力，一旦直流油泵未自启，或发生启动后压力不足、跳闸等故障，将会严重损坏汽轮机轴承甚至引发火灾。交流油泵也是同样的情况，如在紧急停机时不能提供正常的油压，则大大增加轴承损坏的可能性。为避免发生这种严重的事故，在平时运行期间就应该做好交流油泵和直流油泵的维护和定期检查，建议每月进行一次定期启动试验，验证其性能正常，如性能异常及时维修。

（3）应急柴油发电机组。机组失去厂用电后，汽轮机直流润滑油泵应该立即启动。6分钟后，汽轮机转速会降至900rpm左右，此时应该启动顶轴油泵，因顶轴油泵一般为保安段供电的交流油泵，此时柴油发电机必须启动，也就是说，如不考虑事故照明，汽轮机跳闸后6分钟之内柴油发电机启动带载保安段，就不会对汽轮机的安全构成实质性的威胁。一般电厂的做法是，机组失去厂用电后柴油发电机立即启动，这样做是偏安全的。在厂用电失去短时间内，柴油发电机常常会因负荷过重而跳闸，因此，有序、合理的选择柴油发电机负载十分重要。在汽轮机惰走前期，要确保润滑油泵的正常运行，在惰走后期还要确保顶轴油泵的正常运行;在主机转速到零后，根据情况要确保盘车的运行。一般情况下，汽轮机惰走转速低于900r/min时，都需要启动顶轴油泵，以便于在汽轮机转子自身油膜消失前，建立润滑油膜以保护轴承。

（4）轴封与真空。机组停运后，汽轮机轴封供汽无法长时间维持，破坏真空是必须的，但何时破坏真空，却对汽轮机低压缸未级叶片、低压缸轴承与凝汽器有很大影响。汽轮机跳闸后，低压缸排汽温度主要受三个方面因素影响：一是汽轮机与管道疏水、剩余排汽产生的热量;二是因真空泵停运、轴封供汽不足等因素造成漏气量增大;三是低壓缸未级长叶片产生的大量鼓风热量。对于第一个因素，通过及时闷缸、关闭事故疏水等措施可以大幅度降低其产生的热量;第二个因素造成的影响基本上无法避免，但可以通过尽力维持轴封汽，延缓真空下降的速度;第三个因素产生的热量与汽轮机的转速有关，凝汽器漏进的空气量也会对此产生严重影响。以上分析说明，降低真空下降的速度，会有效的降低低压缸排汽温升，因此尽可能的维持轴封汽压力、推迟破坏真空的时间，最终可以降低低压缸排汽温度。恰希玛机组，轴封汽由主蒸汽提供，全厂失电后，轴加风机停运，机组跳闸后，主蒸汽的压力在5分钟左右降低到1MPa，相应的轴封供汽压力降低到15kPa以下。破坏真空过晚会增加汽轮机惰走时间，增大了因润滑油系统异常造成轴承磨损的风险，但对于核电站来说，增加惰走时间，有利于堆芯热量导出。因此，建议厂用电失去后，根据机组实际情况合理推迟破坏真空的时间，并密切关注轴封汽压力的变化趋势，避免因破坏真空太迟造成汽轮机轴端漏进大量冷空气而使得其上下缸温差变大。

（5）凝汽器。在全厂失电工况下，凝汽器传热管无冷却水，凝汽器汽侧负压区被破坏。任何排到凝汽器的蒸汽和热量都会对凝汽器传热管和凝汽器本体造成损伤。所以及时隔绝热量和蒸汽来源是保护凝汽器的有效手段，其中最重要的操作就是疏水切换，不仅仅是主蒸汽母管、旁排母管等疏水要切换，高加、低加、除氧器、MSR等排往凝汽器的管线也要被隔离。

（6）除氧器。在全厂失电情况下，除氧器损失循环流量，如果还有源源不断的加热蒸汽加入，会对除氧器本体进行直接加热，造成除氧器本体损坏，要及时切断除氧器加热蒸汽。

5 常规岛电源恢复后的系统恢复

（1）闭式冷却水系统。在常规岛电源恢复后要及时启动闭式冷却水泵，控制润滑油温度，也为其他设备提供冷却水以便于启动。虽然此时未启动循环水泵，闭式水没有冷源，到时闭式水系统巨大的热容量足以提供几小时的冷却能力。

（2）凝结水系统。启动闭式水泵后及时启动凝结水泵和凝结水升压泵，为汽轮机低压缸尽早提供低温喷淋水、为凝汽器开启喉部喷淋、开启高压疏水扩容器喷淋水，避免低压缸温度过高，避免有蒸汽泄漏到凝汽器及高压疏水扩容器。在紧急破坏真空且没有喷淋水的情况下，低压缸的排气温度从38℃最高升到95℃。

（3）发电机冷却水系统。30万千瓦机组使用双水内冷发电机组，转子线圈也由水冷却，在冷却水丧失的情况下转子水填料密封处存在干摩擦，存在损坏填料密封的可能，要尽早启动发电机转子水泵为填料密封提供冷却水。

（4）除氧器系统。凝泵凝升泵启动后，除氧循环泵有了密封冷却水，可以启动除氧水的强制循环。恢复蒸汽加热使除氧器水质符合要求。

（5）恢复蒸发器正常给水。因为除氧器水质明显好于辅助给水水质，在电源恢复且启停给水泵完成暖泵后要及时启动正常给水，维持蒸发器正常液位。

（6）循環水系统。在常规岛重要设备得到保护的情况下，应尽快启动循环水泵和开式循环水泵，为凝汽器传热管提供冷却水并为闭式冷却水系统提供冷却水，使常规岛系统处于正常的运行模式。

（7）恢复保安段正常供电方式。在上级电源恢复正常后可将保安段电源切换至常规岛正常供电方式，将自动备用开关恢复至正常运行模式。注意在切换过程中保安段负荷跳闸，如发生跳闸及时恢复。

6 结论

运行方面，面对失电时报警众多、工况变化快的情况，运行人员在复杂的工况下应抓住重点避免出现误操作，在平时要加强模拟机训练总结处理经验。

设计方面，要考虑到全厂失电的工况，并减少薄弱点。比如，主给水泵增加轴头油泵，不能仅仅由电动油泵提供润滑油。增大润滑油系统热容量，增大直流油泵蓄电池的容量。

失去厂用电给汽轮机组的安全停运带来的压力是巨大的，到目前为止，对大多数机组而言，柴油发电机是其失去厂用电后的最后一道安全保障。对于核电厂来说柴油发电机组不仅可以为常规岛保安段供电，最重要的还是保证反应堆热量的导出，对柴油机的要求更加严格，要确保应急柴油机启动后能正常带载保安段。

汽轮机组在失去厂用电情况下停运后，要加强对相关数据的分析与比较，尤其是与汽轮机本体有关的相关数据;如果低压缸排汽温度上升过高，在机组转为冷态后，要加强对凝汽器钛管胀口、低压缸及轴承座的检查。

完善的事故预案能够有效的化解事故风险，合理的细节处理，能够减轻事故带来的损失，但这些需要建立在对事故发生后机组运行情况深入、细致与准确的把握之上的。

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