福清一期核电厂应急柴油发电机组定期试验改进研究

刘 飞

(中国核电工程有限公司，北京 100084)

福清一期核电厂每个核电机组有两台应急柴油发电机组(EDG)，在发生厂外主电源和厂外备用电源全部丧失的情况下，应急柴油发电机组可以保证核岛内应急厂用设备的用电要求，为核电厂安全停堆所需的中低压核辅助设备供电，还可以防止由于外部交流电源丧失而导致重要设备损坏，从而确保反应堆安全停堆。

目前福清一期核电厂应急柴油发电机组定期实验参照法国标准，采用快启动的方式，在低功率定期试验时采用在主控制室手动启动的方式，该方式在设计上属于应急启动方式，在试验期间相应的非应急保护均处于退出状态，对于柴油发电机的保护不充分，存在严重损坏设备的风险。因此福清一期核电厂需要对当前的应急柴油发电机组定期试验进行改进，解决定期试验时采用应急启动方式导致试验期间非应急保护未投入的问题。

1 福清核电当前EDG的定期试验要求

目前福清一期核电厂采用法国标准RCC-E 2005，标准第C2412-(c)条并网运行规定：当应急厂用电系统允许与电力系统相连时,柴油发电机组可以与电力系统同步运行。这种状态只有在定期的满负荷试验时采用。在这些试验期间，每次允许一台柴油发电机组并网[1]。

福清一期核电厂在每次反应堆停堆换料期间进行一次满负荷试验，将应急柴油发电机组接入电网，并带满负荷(100%Pn)运行一定时间，其目的是检测柴油发电机组的加载能力和满负荷下的运行性能。在满负荷试验期间，多种保护措施投入运行。

同时福清一期核电厂每两个月进行一次低功率试验(每个月进行一列)，由主控制室进行手动启动控制，发电机通过应急配电盘带40%额定功率(Pn)负荷运行一定时间，同时对在“失压”“安注”及“安全壳高高压”事故重新加载程序控制电路进行不带负载试验，目的是保证那些可能引起柴油发电机组安全风险的设备可以正常运行。这种启动方式在设计上属于应急启动方式，相应的非应急保护均被屏蔽，仅使用超速保护和低电压保护,试验期间对柴油发电机的保护不充分，导致试验过程中设备损坏的风险增大[2]。

虽然应急启动方式能够验证机组的启动性能，而低功率试验因为其较为便利的安排，在电站运行中也体现了较为简便灵活的特点，但是柴油发电机组运行在低功率负荷运行时，由于增压器工作在低效率区，供气量不足即过量空气系数太小，各缸供油量又极不均匀，空气与燃料的配合比例严重失调，因此气缸内燃烧状况恶化，外在的表现就是各缸排气温度相差很大，排气冒黑烟，如在此状况下长时间运行，会造成气缸内积碳增加，污染涡轮机叶轮，堵塞喷油器的喷孔，影响排气阀的正常工作，导致机组的性能变差，甚至还可能会导致系统设备与阀件的故障，最终影响到设备的使用寿命[3]。

2 IEEE 387 对EDG定期试验的规定

关于应急柴油发电机组定期试验的国际标准主要有KTA 3702(核电厂应急供电装置用柴油发电机组)、RCC-E 1993(压水堆核电厂核岛电气设备设计和建造规则)和IEEE 387(核电厂备用电源用柴油发电机组准则),这些标准都推荐在具备条件的前提下进行并网满负荷试验。美国IEEE 387标准是目前执行应急柴油发电机组试验最具参考意义的标准规范，该标准提出了详细的定期试验要求[3]。

IEEE 387标准7.4节定期试验规定在柴油发电机组投入使用后，应对其进行定期试验以证明机组持续执行预定功能的能力和可用性是可接受的[4]。

关于EDG定期试验的相关条文规定如下：

定期试验包括可用性试验、系统运行试验和独立性试验。

(1)第7.4.1(c)条：在进行定期试验过程中，EDG的所有保护和报警均应投入工作。

(2)第7.4.1(d)条：所有这些试验应按照设备制造商的建议以减少EDG的磨损，包括在降低功率冷却运行后的润滑。

(3)第7.4.2.1条：可用性试验。这些试验证明柴油发电机具有启动和接受负载的持续能力。每台EDG应每隔31日至少进行1次慢速启动和带载试验。每台EDG应每6个月进行1次快启动和带负载运行试验。另外，在7.5.2条中规定连续带载90%～100%的时间不少于1 h，并且明确可以通过将EDG与厂外电源同期并列来完成此项试验。

(4)第7.4.2.2条：系统运行试验。这些试验每2年1次，在停堆或换料检修期间进行，用以证实EDG在模拟事故工况条件下执行其预期功能的能力。

(5)第7.4.2.3条：独立性验证试验。该试验每10年1次，在任何有可能影响到EDG独立性的修改后进行，或者在停堆或换料检修期间进行。

IEEE 387也规定了应急柴油发电机组定期试验应编制并使用书面试验程序，且这些程序应包括设备制造商的试验建议，同时还应指明为这些试验而对正常系统配置作出的特殊设置或变更，以保证完成试验后恢复系统的正常配置。IEEE 387中提出的定期试验方法，综合考虑了电厂系统运行方式和设备性能特点及维护的需要，对设备性能和寿命更为有利。除非有指定，这些试验应在功率因数尽可能接近电厂电压条件允许的实际的设计负载功率因数工况下进行。

此外，EDG采用定期并网带载试验的方法更加经济和安全，运行操作也更简单，所以福清一期核电厂适合采用IEEE 387规定的EDG试验方法。

3 改进影响分析

福建福清一期核电厂的厂外电源由输电网经过输电线向机组的主变压器和辅助变压器变供电。厂外电源的主电源和辅助电源均包括两条线路，在电气和实体上均分隔的两条线路分别经过相应的变压器给厂内中压正常配电系统供电。应急所需要的厂用设备由两组独立的6.6 kV交流应急配电系统(LHA、LHB)供电。正常工况下，经6.6 kV厂用电源系统(LGB、LGC)配电装置分别供电给LHA和LHB。

如果福清一期核电厂参照IEEE 387标准执行应急柴油发电机组定期试验，6.6 kV柴油机在机组运行期间每月进行一次柴油机满载并网试验，需要复核福清一期核电厂1号、2号机组6.6 kV系统的三相短路电流，以确认电流参数是否在开关设备的开断能力范围之内。

根据华东电力设计院出版的福建福清核电厂1号、2号机组工程《应急柴油机定期试验短路电流计算报告》计算结果可以确定在机组正常运行期间，LHA和LHB部分负荷不投运的情况下，无论是高压厂变还是辅助变供电，柴油机满负荷带载试验时，6.6 kV母线三相短路电流不超过断路器的额定值(额定开断电流：50 kA，峰值耐受电流：150 kA)，断路器额定短路开断电流的直流分量(%)为不小于50%。6.6 kV断路器能够可靠开断柴油发电机并网时的短路电流[5]。因此福清一期核电厂1号、2号机组6.6 kV交流应急电源系统相关定期试验内容可以进行修改。

采用IEEE 387标准后，福清一期核电厂6.6 kV交流应急电源系统应取消目前的低功率试验，保留目前的系统运行试验，补充慢启动试验、快启动试验、负载持续性试验、甩负载试验、独立性试验等。

4 改进后的部分试验内容

4.1 慢启动试验

参照IEEE 387标准，应急柴油发电机组定期试验的最小时间间隔是1个月，每月进行一次慢启动试验，目的是保证那些可能引起柴油发电机组安全风险的设备可以正常运行。机组应按预先选择的，能使机组应力和磨损降到最低程度的时序达到额定转速。在每次试验的初始阶段，所有设备都应根据规定依次启动。每月试验都要检查柴油发电机组的启动和在满功率下的运行性能(100%额定功率)，同时柴油发电机组要进行连接电网试验；振动试验还可以检查发动机、发电机与底座的振动水平以及长期运行可能带来的设备性能变化。

4.2 快启动试验

参照IEEE 387标准，快启动试验每6个月执行一次，柴油发电机启动后连接到电网，并逐渐提升功率到额定功率，验证柴油发电机组的电压和频率满足要求。

每6个月进行的应急柴油机满功率试验，都要检查柴油发电机组的启动和在满功率下的运行性能(100%额定功率)，同时柴油发电机组要进行连接电网试验和振动试验。确认柴油机在快启动的情况下，时间在10秒内。快启动试验可以替代慢启动试验。

4.3 负载持续性试验

参照IEEE 387标准，柴油发电机组应具有保持发电机输出端的电压和频率在限值范围内的能力，该限值不会使任何设计负载的性能降低到对它们的最低要求之下，负载持续性试验可证明机组的带负载运行能力。

负载持续性试验每个换料周期执行一次，目的是证明柴油发电机具有带负载运转不少于8 h的能力，其中2 h为相当于短时额定功率的负载，6 h为相当于90%～100%满功率的负载。同时要验证维持要求的电压和频率。该试验可通过使发电机与厂外电源同步来完成。试验期间对柴油发电机组的加载和卸载宜按预先选择的能使机组应力和磨损降到最低程度的时序逐步进行。

4.4 甩负荷试验

参照IEEE 387标准，甩负载试验是证明柴油发电机组具有甩掉短时额定负载而不会形成超速或过电压而造成部件损坏的能力。甩负载试验包括甩最大负载试验和甩设计负载试验。

甩最大负载试验在每个换料周期执行完负载持续性试验后进行，证明柴油发电机具有甩掉最大单个负载的能力且电压和频率满足要求而且柴油发电机组不会因超速而脱扣。

甩设计负载试验随之进行，验证柴油发电机组具有甩掉相当于设计负载90%～100%的负载的能力，甩负载后柴油发电机组不会因超速而脱扣。

4.5 独立性试验

参照IEEE 387标准，福清一期核电厂应急柴油发电机组的启动控制回路必须每个换料周期检查一次，每10年进行一次独立性试验，在核电厂10年换料停堆期间进行试验，验证柴油发电机组的启动独立性没有受到影响，证明没有潜在的共因故障，也验证柴油发电机组同时启动时每台发动机在规定的时间之内可以达到适当的转速。

5 结束语

本文通过参考IEEE 387标准，并在6.6 kV断路器能可靠开断柴油发电机并网时的短路电流的基础上，提出福清一期核电厂6.6 kV交流应急电源系统取消目前的低功率试验，同时增加慢启动试验、快启动试验、负载持续性试验、甩负载试验、独立性试验等内容，采用在机组正常运行期间进行并网带载试验方法，从而解决了福清一期核电厂EDG低功率试验的应急启动方式导致严重损坏设备风险的问题，目前已得到了核安全监管机构的认可，为国内其他采用M310堆型或其改进型的核电厂应用该试验方法提供了参考。