核電廠常用兩型應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)工藝流程介紹與對比

張曉菲 王連名

中國核電工程有限公司 北京 100840

1 應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)在各核電廠中的重要作用

在二代以及二代+核電機(jī)組廠事故工況下余熱導(dǎo)出系統(tǒng)等重要安全設(shè)施的啟動和運(yùn)行仍然依賴應(yīng)急段母線電源，而在廠用電完全喪失后，上述設(shè)備的運(yùn)行只能依靠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)作為電力供應(yīng)的來源，因此在該類核電機(jī)組中應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)承擔(dān)了保障核安全的重要任務(wù)，因此其屬于核級設(shè)備[1]。在俄羅斯VVER機(jī)組中，核級的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)通過應(yīng)急段母線主要為核島安全相關(guān)設(shè)備提供應(yīng)急電源，而非核級柴油發(fā)電機(jī)通過可靠段母線主要為常規(guī)島設(shè)備提供應(yīng)急電源，因此該類核電機(jī)組中有核級和非核級兩種安全等級的柴油發(fā)電機(jī)。第三代核電機(jī)組如法國EPR機(jī)組，美國AP1000機(jī)組以及我國自主研發(fā)的華龍一號機(jī)組，由于第三代核電技術(shù)采用了非能動安全設(shè)施的技術(shù)特點(diǎn)為代表，因此柴油發(fā)電機(jī)不承擔(dān)核安全應(yīng)急任務(wù)，三代核電機(jī)組中應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)雖然是非核級設(shè)備，但是其在喪失廠用電工況下為常規(guī)島汽輪機(jī)等經(jīng)濟(jì)價(jià)值極高的設(shè)備供應(yīng)電源，以確保此類設(shè)備能夠安全停運(yùn)而不被損壞，因此三代核電機(jī)組中的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)對于提高機(jī)組重要設(shè)備運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性仍然起到了不可替代的作用。

2 核電廠常用兩型應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的工藝流程簡介

在國內(nèi)眾多核電項(xiàng)目中，常見應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的技術(shù)來源主要有MTU公司和MAN公司，兩種技術(shù)路線在工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上既存在共同點(diǎn)又有差異，下面以核電廠應(yīng)用較多的采用MTU公司技術(shù)的20V965TB33（額定功率5500KW）和采用MAN公司技術(shù)的18PA6B（額定功率6100KW）機(jī)型為例對應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的基本工藝流程進(jìn)行介紹。

核電廠用應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行模式主要有2種：正常模式和應(yīng)急模式，正常模式即柴油機(jī)在試車、定期試驗(yàn)運(yùn)行等日常運(yùn)行狀態(tài)；應(yīng)急模式即柴油機(jī)接收到核電廠DCS系統(tǒng)發(fā)出的應(yīng)急啟動命令此時(shí)柴油機(jī)立即轉(zhuǎn)入的應(yīng)急運(yùn)行狀態(tài)，比如失去廠用電導(dǎo)致應(yīng)急母線失電的條件下，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)會運(yùn)行在此模式下。上述兩種模式下，柴油發(fā)電機(jī)投入的觸發(fā)跳機(jī)動作的保護(hù)信號數(shù)量以及類別也不同。在正常模式下，柴油發(fā)電機(jī)的保護(hù)信號全部投入，保護(hù)信號來源不同主要分成電氣保護(hù)信號和機(jī)械保護(hù)信號，在正常模式下任何一種跳機(jī)保護(hù)信號觸發(fā)都會引起保護(hù)跳機(jī)。而在應(yīng)急模式下，根據(jù)優(yōu)先級將正常保護(hù)信號中的一部分重要信號作為緊急跳機(jī)保護(hù)的信號，比如差動電氣保護(hù)信號、潤滑油壓力低-低信號，發(fā)電機(jī)軸承溫度高-高信號等，通常若此類信號觸發(fā)，將會使柴油發(fā)電機(jī)在短時(shí)間內(nèi)遭受重大損傷甚至報(bào)廢。因此上述應(yīng)急保護(hù)跳機(jī)信號一旦觸發(fā)，應(yīng)急模式運(yùn)行的柴油機(jī)會立即觸發(fā)跳機(jī)保護(hù)，相比之下，此時(shí)正常保護(hù)跳機(jī)信號比如膨脹水箱液位低信號，只能觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警而不會觸發(fā)跳機(jī)。

3 MTU機(jī)型與MAN機(jī)型工藝流程的區(qū)別

MAN機(jī)型工藝設(shè)計(jì)與MTU機(jī)型略有區(qū)別，二者差異主要表現(xiàn)在進(jìn)排氣空氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)。以MAN-18PA6B機(jī)型為例，該機(jī)型的啟動壓縮空氣分2個(gè)壓力等級：3.0-4.0MPa啟動壓縮空氣，和上述壓縮空氣經(jīng)過調(diào)壓閥輸出的約700KPa儀表用壓縮空氣，啟動壓縮空氣主要是在啟動階段推動活塞，將柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速提升至300rpm，而儀表用壓縮空氣主要作為打開主啟動閥的動力來源，另外還用于啟動時(shí)的促動器動力來源以及停機(jī)氣缸動力來源，此外該機(jī)型進(jìn)氣系統(tǒng)有2臺渦輪增壓器，在啟動后2臺渦輪增壓器隨著排氣壓力增加而轉(zhuǎn)速增加，MTU機(jī)型則有5臺渦輪增壓器，隨著功率提升5個(gè)渦輪增壓器分3組依次調(diào)制開啟。18PA6B機(jī)型燃油系統(tǒng)除了2臺燃油輸送泵外，相比MTU機(jī)型額外增加了1臺燃油增壓泵，當(dāng)柴油機(jī)接到啟動命令后，燃油增壓泵立即啟動，以增加燃油進(jìn)機(jī)壓力，提高啟動速度，另外在柴油機(jī)運(yùn)行期間，當(dāng)燃油進(jìn)機(jī)壓力低于設(shè)定值，該泵將啟動提高進(jìn)機(jī)管線內(nèi)燃油的壓力。在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速失控病觸發(fā)超速時(shí)，除了觸發(fā)超速保護(hù)跳機(jī)信號，引發(fā)上述停機(jī)動作外，其本體超速保護(hù)電磁閥將開啟，啟動空氣罐內(nèi)的3.0-4.0MPa的壓縮空氣經(jīng)進(jìn)入燃油管線內(nèi)，將燃油逆向吹回燃油箱內(nèi)，從而切斷柴油機(jī)本體的燃油供應(yīng)，避免柴油機(jī)飛車事故[2]。

4 結(jié)語

本文首先介紹了核電廠內(nèi)關(guān)于應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)在事故工況下的重要作用和安全級劃分，然后以國內(nèi)核電廠常用的兩種類型應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的技術(shù)路線為例，對核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的主要工藝流程進(jìn)行了詳細(xì)介紹。通過對兩種機(jī)型的設(shè)計(jì)思路和工藝流程異同點(diǎn)進(jìn)行介紹，讀者借此可以對核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的熱備用和運(yùn)行狀態(tài)以及基本保護(hù)動作等有了更加直觀的認(rèn)識，對后續(xù)想要從事核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的項(xiàng)目管理、調(diào)試試驗(yàn)開展以及運(yùn)行維護(hù)的工作人員可以以此作為入門基礎(chǔ)。