柴油发电机组在核电站中的应用

摘　要：为了增加核电站核安全裕度，在全厂失去正常、应急交流电源的情况下，能确保核反应堆安全停堆；以及当应急柴油机不可用时通过延长柴油机的后退时间来提高机组的可用率，目前世界上大部分国家及地区的核电站如法国、美国、南非、韩国和台湾等都设置了附加柴油发电机，使核电站的核安全性能处于世界领先水平。为此，介绍了附加柴油发电机的接线方式、供电模式、试验方法和马达控制中心的供电接线方式等。
关键词：附加柴油发电机；应急柴油发电机；核安全裕度；应急电源；主接线；试验；马达控制中心

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　附加柴油发电机的功能

　　设置附加柴油发电机主要是为了使其具有以下功能：
　　a) 替换功能。当电站中任何一台正常应急柴油机不可用时，附加柴油发电机即可代替该不可用柴油机，并执行其所有功能。
　　b) 抵抗全厂失电(station black-out SBO)功能。所谓全厂失电是指电站在失去厂内、厂外电源的同时，正常应急柴油机也不可用。此时可单独启动附加柴油发电机，并提供使核反应堆安全停堆所必需的电源。

2　附加柴油发电机主接线方式

　　从核安全的角度来说，核电站每台机组都设置有电气上完全独立的A、B两个系列，而每个系列的1E级中压母线又配置有一台应急柴油发电机作为该1E级中压母线的应急电源。一般来说附加柴油机同时可以作为2台机组、4台机组和6台机组的后备紧急备用电源，这主要取决于每个国家及地区核电站的电气配置。下面以2台机组为例简述附加柴油机的主接线方式。
2.1　方式一
　　如图1所示，这种主接线的原理是附加柴油发电机出口经过一个断路器与中压盘(CBSWG)相联，该中压盘有5个出线，其中一个出线接触器经过6.6 kV/380 V 变压器与厂内380 V AC 电源通过电气或机械连锁后为柴油机附属设备供电；另外4个出线经钥匙连锁后(即同时只能有一路接同)分别与4条1E级中压母线连接(1 LHA、1 LHB、2 LHA和2 LHB)。由于接线简单、操作方便，所以在国外的一些核电站，如南非、韩国等，这种方式被广泛采用。

图1　附加柴油发电机主接线图一

2.2　方式二
　　如图2所示，这种主接线方式在900 MW 的压水堆核电站(如法国)被广泛采用。其主要原理是附加柴油发电机出口经过一个中压转换盘(9 LHT 003 AR)中的连接片分别与4条1E级中压母线连接，我国大亚湾核电站目前也采用了这种接线方式。它的主要特点是为避免由于电气连锁而产生共模故障，对1E级系统提出了更高的要求，比如中压转换盘中的连接片确保了A、B系列上的设备在实体上的分离，断路器在002 JA与003 JA仓位之间的钥匙连锁(即二取一)确保了在应急柴油机与附加柴油机之间不能同时供电(核安全上的要求)。

图2　附加柴油发电机主接线图二

3　附加柴油机的供电模式

　　一般来说当机组正常运行时，附加柴油机处于热备用状态，与1E级中压母线在电气上是完全隔离的。如果发生任何一台应急柴油机故障，而且预计在72 h内(当地核安全局规定的，这个时间包括机组的停机时间)难以修复，则与该故障应急柴油机所联接的1E级中压母线即被切换到附加柴油机上，同时执行故障应急柴油机的所有功能，比如在 LOP、LOP+SI、LOP+SI+HHCP 情况下的自启动及带载能力。另外如果发生全厂失电(SBO)，为确保核反应堆安全停堆，附加柴油机承担非常重要的后备保护作用。

4　附加柴油机的试验方法

　　由于附加柴油机在核电站中起着举足轻重的作用，为了确保其在紧急情况下(如应急柴油机故障、SBO)可用，需定期进行试验以验证其可用性。
　　目前世界上各国或地区核电站由于附加柴油机主接线方式不同，所以试验方法、试验内容和试验周期各有不同，但基本上都要做启动试验、低功率试验和满功率试验。现以韩国核电站为例作一介绍。
　　如图1所示，韩国核电站附加柴油机的试验回路与供电回路完全一样，每个月进行一次100%P_r与厂内电源并网试验，大修期间进行启动及50%P_r与厂外电源并网试验。在试验期间正常应急柴油机处于备用状态。该试验方法的主要特点是：从运行的角度来说便于操作，能真实地模拟柴油机的实际运行情况；从安全的角度来看，通过电气连锁，使正常应急柴油机只有在探测到1E级中压母线失电时才会自启动。
　　另外一种试验方法是用一个纯电阻装置来作为附加柴油机的试验负荷，如图2所示。由于试验回路与供电回路是相互独立的，试验时并不影响机组的正常运行，也不需设置专门的并网装置，因此风险较小，在法国的核电站中被广泛采用。但该方案只能考验柴油机带载能力，不能真实模拟柴油机接入系统后的实际运行情况及验证其励磁系统的调节能力。只有通过在试验负荷装置中增加电抗等设备才能使该试验方法更加完善。

5　附加柴油机马达控制中心

　　附加柴油机马达控制中心主要供电负荷是柴油机附属设备、消防系统、起吊设备、48 V/125 V 直流电源和通风空调等。在正常备用情况下，其上端电源一般取自一路来自厂内公用中压配电盘(如南非核电站，图1所示)或两路来自两个机组A列应急低压配电盘(如台湾核电站，图3所示)。

图3　附加柴油发电机主接线图三

　　以上这两种供电接线方式，当柴油机启动后，马达控制中心(MCC)即由柴油发电机自供电，既可保证在备用情况下，柴油机某些附属设备(如预热系统、预润滑系统)的用电需要，又可满足直流电源系统、通风系统和消防系统对供电电源连续性的要求。笔者认为后一种方法相对前一种方法来说安全性能更高一些。

6　结束语

　　设置附加柴油机，既是核电站核安全性能的要求，也是国际原子能组织及各国核安全局衡量核电站安全、可靠、稳定运行的一个重要指标。为了与国际惯例接轨，早日达到世界先进技术水平，广东核电合营有限公司已经决定增设附加柴油机，作为大亚湾核电站1、2号机，岭澳核电站1、2号机公用后备应急电源。笔者认为这不但是对核电发展更高境界的追求，也是对人类和平利用原子能一种负责的态度。

7　附录

　　名词解释：
　　a) LOP(loss of power)：失去交流电源。
　　b) SI(safety injection)：安注信号。
　　c) HHCP(high high containment pressure)：反应堆压力壳压力高-高。
　　d) MCC(motor control center)：马达控制中心。
　　e) 1E级：系统或设备与核安全相关。
　　f) 1LHP、1LHQ、2LHP、2LHQ：应急柴油发电机。
　　g) DG(diesel generator)：应急柴油发电机。
　　h) MV(medium voltage)：中压。
　　i) CBSWG(circuit breaker switchgear)：断路器切换盘。
　　j) NPS(normal power supply)：正常厂内外中压供电电源。
　　k) 1LGB、ALGC、2LGB、2LGC：正常厂内外中压供电电源。
　　l) 1LHA、1LHB、2LHA、2LHB：应急中压母线。
　　m) P_r：额定功率。

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