【摘 要】 本文分析了某核電站發(fā)生失去四級電源事件后只有單臺備用柴油發(fā)電機運行時，為確保機組安全的相關負荷電源需求情況，并簡要分析了安全相關的三級母線電動機負荷啟動時對備用柴油發(fā)電機及母線電壓的影響，以其作為備用柴油發(fā)電機繼續(xù)帶載的理論基礎，從而制定了失去四級電源后僅單臺備用柴油發(fā)電機運行時的處理原則，對可能的事件處理提供了依據和參考。

【關鍵詞】 失去四級電源 ?三級母線 ?備用柴油發(fā)電機 ?帶載原則

1 概述

某核電站廠用電源分成一、二、三、四個等級。其中四級電源為可長期中斷電源，主要功能是為維持機組日常運行的負荷供電，而三級電源是可短時中斷數分鐘的交流電源系統，其主要功能是為電站啟停、正常運行，以及應急停堆提供必要的安全電源，從而確保電站安全停堆和余熱排出。該電站共有兩臺機組，每臺機組有兩條6.3KV三級電源母線（BUE和BUF母線），正常運行時從四級電源母線供電。一級、二級電源為不間斷（UPS）的安全電源。每條6.3KV母線上各連一臺備用柴油發(fā)電機，當失去四級電源時，備用柴油發(fā)電機自動啟動向三級母線供電。

如果機組發(fā)生失去四級電源事件后，一臺備用柴油發(fā)電機由于正處于維修或某種故障而無法啟動，或啟動后無法建立額定電壓等導致一臺備用柴油發(fā)電機不可用，電站的安全相關負荷將由另一臺備用柴油發(fā)電機進行帶載。兩條6.3KV母線之間配備有母聯開關，在發(fā)生這種工況時，可以根據實際的負荷情況，帶上另一條母線上的重要負荷來緩解事件后果。為了確保電站的安全停堆和余熱導出，確保唯一可用的這臺備用柴油發(fā)電機可靠地將需要的負荷帶載，需要根據各三級負荷對電站的重要程度、及該負荷帶載時對三級母線的影響情況確定一個帶載原則。

2 三級母線的負荷配置情況及柴油發(fā)電機帶載能力

某核電站安全相關負荷按照奇偶配置、互為備用的原則，分配在奇偶母線上。設計上，失去四級電源后，兩臺機組的1#備用柴油發(fā)電機順序帶載負荷分別為6755KW和6494KW，2#備用柴油發(fā)電機順序帶載負荷分別為7278KW和7017KW。近年來，為了提高電站運行的可靠性，電站實施了部分系統的變更改造，先后增加了部分三級電源負荷?，F1#機組兩臺備用柴發(fā)電機實際的順序帶載負荷分別為6848.6KW和7208.5KW;2#機組兩臺備用柴油發(fā)電機實際的順序帶載負荷分別為6414.2KW和6925.1KW。

根據設計手冊，每臺備用柴油發(fā)電機的額定設計功率為8200KW。當接到失去四級電源信號時，相應的備用柴油發(fā)電機會自動啟動，30秒內達到額定電壓和頻率，并在180秒內完成必要的三級負荷帶載。每臺備用柴油發(fā)電機在24小時內可以有2小時超過額定設計功率10%的過載能力，即每24小時內可以有2小時其帶載功率達到9020KW。另外，目前每臺備用柴油發(fā)電機燃油箱裝量是按照原最大的順序帶載功率即7278KW來充裝的，即兩主油箱液位為5.25米左右，而日用油箱保持在0.88米左右，以滿足應急工況下7天的燃油適用裝量要求。

3 失去四級電源事件后電站自動響應及安全相關負荷的電源需求情況

3.1 反應堆功率

失去四級電源后，主熱傳輸泵跳閘，主熱傳輸系統流量驟減，將導致主系統壓力迅速上升和反應堆功率上升。然而1、2號停堆系統的控制回路是由一、二級不間斷電源（UPS）帶載，失去三、四級電源后，UPS能維持一個小時供電，失去四級電源后1號停堆系統或2號停堆系統能可靠動作。因此，在本工況中反應性的控制是可靠而有效的。

3.2 放射性包容

在失去四級電源及有一臺備用柴油發(fā)電機不可用時，安全殼的隔離功能并不受影響。因為安全殼隔離閥失去儀用壓空或控制電源的情況下，安全殼隔離閥會自動關閉，屬失效安全狀態(tài)。和安全殼相關的其它安全相關系統，如噴淋系統的噴淋閥則保持事件前狀態(tài)，即事件前如果噴淋閥是關閉的則保持關閉狀態(tài)，只要儀用壓空壓力正常也不影響該系統的功能。裝卸料機房間及蒸器發(fā)生器間的就地空冷器在此工況中將有一半不可用，在停堆后，能滿足上述房間的冷卻需要。

3.3 堆芯冷卻

3.3.1 主熱傳輸系統的循環(huán)動力

失去四級電源后，主熱傳輸泵跳閘，主熱傳輸系統流量驟減。隨著停堆系統的可靠動作，堆功率隨即迅速下降至零功率。在主熱傳輸泵惰轉期間，燃料的冷卻始終得到滿足，主泵惰轉結束后，堆芯將建立起自然循環(huán)，通過自然循環(huán)來導出堆芯燃料的衰變熱。如果由于某些原因，導致自然循環(huán)失效，從設計上，還可以在熱態(tài)零功率情況下，投運停冷系統。在安全分析上，一臺停冷熱交換器的容量只有在停堆6小時后才能保證堆芯余熱的排出。因此，如果失去四級電源后僅一臺備用柴油發(fā)電機可用，而自然循環(huán)又由于某種原因失效，則需盡快合上BUE和BUF母線的母聯開關，同時投運兩臺停冷泵和停冷熱交換器，對堆芯進行冷卻。

3.3.2 蒸汽發(fā)生器裝量控制

失去四級電源后，主給水泵跳閘停運。此時，必須確保備用柴油發(fā)電機可用側的輔助給水泵正常帶載。如果輔助給水泵都不可用，則蒸發(fā)器的水裝量將會持續(xù)的減少，操縱員必須盡快合上母聯開關，并啟動另一側的輔助給水泵。如果輔助給水泵無法啟動，操縱員可以通過開啟MSSV降低蒸發(fā)器二次側的壓力，由噴淋水箱向蒸發(fā)器提供應急補水，噴淋水箱內的水大約可以帶走4天的堆芯余熱，或者啟動EPS和EWS泵向蒸發(fā)器二次側進行補水。在失去四級電源事件中，如果反應堆能在第一時間可靠自動脫扣，則蒸發(fā)器中的水裝量至少能滿足60分鐘的堆芯衰變熱的導出。保守考慮，如果在失去四級電源事件中，反應堆是由于蒸發(fā)器低液位而觸發(fā)二號停堆系統，蒸發(fā)器內的水裝量也能滿足30分鐘的堆芯衰變熱的導出。

3.3.3 RCW/RSW系統（最終熱阱）

電站四臺重要的設備冷卻水/海水泵（RCW/RSW）泵分別從BUE和BUF供電，向電站相關用戶提供冷卻水，在冬季，保持兩臺泵運行，一臺泵備用;而在夏季，則是三臺運行，一臺備用。當發(fā)生失去四級電源事件后單臺備用柴油發(fā)電機運行時，對于備用柴油發(fā)電機運行的這條母線只能自動帶載啟動一臺RCW泵，另外一臺泵由于該母線的進線斷路器跳開而不能啟動，只有當該母線上運行泵故障跳閘時，該備用泵才能啟動。

失去四級電源事件后單臺備用柴油發(fā)電機運行時，RCW/RSW系統維持一臺泵兩臺熱交換器的運行模式，即使是在夏季也是如此。其理由如下：

（1）從備用柴油發(fā)電機的負荷核算來看，失去四級電源后一臺備用柴油發(fā)電機的自動帶載功率接近7000KW，如果再啟動一臺RCW泵和一臺RSW泵，將增加功率約2250KW，必將造成備用柴油發(fā)電機過載，甚至會由于啟動時造成母線壓降過大而引起保護動作，造成兩臺備用柴油發(fā)電機都不可用。

（2）從RCW系統的壓力及溫度控制上也沒有必要再啟動一臺RCW泵。停堆以后，慢化劑溫度控制大閥將全關，只有小控制閥進行溫度控制，加上失去四級電源后還會甩掉汽機廠房的一些非重要RCW負荷。此時，保持一臺RCW泵運行仍可以保證RCW系統壓力在正常壓力。

（3）經過統計，在失去四級電源事件后單臺備用柴油發(fā)電機運行時的RCW需求總流量分別是119766 l/min（2#SDG運行）和128064 l/min（1#SDG運行）。而一臺RCW泵的流量為132489l/min。因此，失去四級電源事件后單臺備用柴油發(fā)電機運行時，保持一臺RCW泵運行能滿足用戶的需要。

4 備用柴油發(fā)電機繼續(xù)帶載問題

當備用柴油發(fā)電機自動帶載結束后，或失去四級電源后一段時間，如堆芯通過蒸發(fā)器已冷卻至170℃以下，將由停冷系統繼續(xù)冷卻，這時可以通過輔助給水泵將蒸發(fā)器補水至2.5米后，然后停運輔助給水泵及輔助凝泵。這樣備用柴油發(fā)電機的帶載功率將由剛失去四級電源時的較高功率降至相對較低功率。這時，就可以根據機組的需要繼續(xù)帶一些必要的重要負荷。但是，由于異步電動機起動時，其起動電流可達額定電流的6～8倍。根據S=UI（S為視在功率，U為視在電壓，I為視在電流），當瞬間電流I很大時，就會造成母線電壓U瞬間下降。如果電壓下降太多，會影響同一條母線上的其它負載甚至是備用柴油發(fā)電機的安全運行。異步電機啟動電流對母線電壓的影響程度主要取決于備用柴油發(fā)電機的容量大小以及電機負荷的大小。由于備用柴油發(fā)電機的設計容量是一定的，因此電機負荷不同，其啟動電流對備用柴油發(fā)電機的影響也相應地不同。

經過帶入數據計算分析，在備用柴油發(fā)電機達到一定的帶載功率后，只要增加負荷后其總功率不超過備用柴油發(fā)電機的額定設計功率8200KW，其啟動電流引起的母線壓降都不會達到低電壓保護整定值，可以繼續(xù)啟動相應的負荷。如果工藝上沒有先后順序，考慮到負荷越大，其啟動電流所引起的母線壓降越大。因此，在繼續(xù)帶載啟動時應先啟動大功率負荷再啟動小功率負荷。

此外，盡管單臺備用柴油發(fā)電機燃油箱裝量是按照原最大的順序帶載功率即7278KW來充裝的，滿足應急工況下7天的燃油裝量。但在本事件中，失去四級電源后只有一臺備用柴油發(fā)電機運行，而兩臺備用柴油發(fā)機的主油箱是通過連通管相連的。因此即使唯一運行的這臺備用柴油發(fā)電機帶載功率達到額定設計功率8200KW，也能連續(xù)運行接近兩周時間。

5 失去四級電源事件后單臺備用柴油發(fā)電機運行時的處理原則

失去四級電源后，如果一臺備用柴油發(fā)電機不可用，則需利用運行的這臺備用柴油發(fā)電機將所需的三級負荷都帶上。尤其是2#備用柴油發(fā)電機不可用時，需確保輔助給水泵和輔助凝泵通過母聯由1#備用柴油發(fā)電機帶上。因此，結合前面的分析，可以制定出功率運行時失去四級電源故后單臺備用柴油發(fā)電機運行時的處理原則。

5.1 失去四級電源事件后僅1#備用柴油發(fā)電機運行的處理原則

（1）立即確認1#SDG自動帶載成功。在確認自動帶載的過程中，如果發(fā)現響應不正常，操縱員應進行手動干預，如嘗試手動啟動相應的負荷等;（2）將5433-MCC17A/19B/18C切至奇?zhèn)入娫垂╇?。由于UPS蓄電池設計上的供電時間只有60分鐘，為了防止UPS電池耗盡，需盡早將MCC17A/19B/18C切到奇?zhèn)入娫垂╇?（3）將BUF母線通過母聯開關由BUE母線帶上;（4）補帶載。如果由1#備用柴油發(fā)電機自動帶載的負荷沒有自動帶載成功，如相應的設備故障等。則在BUF母線帶電后，操縱員應立即進行補帶載，即手動啟動相應的設備。啟動的順序和時間間隔應參考1#備用柴油發(fā)電機程序帶載的順序和時間間隔;（5）帶上BUF母線重要負荷，尤其要確保至少一臺輔助給水泵運行;（6）通過自然循環(huán)用蒸發(fā)器將堆芯冷卻至200℃左右后（如果自然循環(huán)有效，可以繼續(xù)冷卻），啟動1號停冷泵3341-P1，投運奇回路停冷系統，并將停冷系統偶系列電動閥送電，啟動2#停冷泵，投運偶回路停冷系統;（7）其它后續(xù)行動。

5.2 失去四級電源事件后僅2#備用柴油發(fā)電機運行的處理原則

（1）立即確認2#SDG自動帶載成功。在確認自動帶載的過程中，如果發(fā)現響應不正常，操縱員應進行手動干預，如嘗試手動啟動相應的負荷等;（2）將5433-MCC17A/19B/18C切至偶側電源供電;（3）將BUE母線通過BUF母線帶上;（4）補帶載。如果由2#備用柴油發(fā)電機自動帶載的負荷沒有自動帶載成功，如相應的設備故障等。則在BUE母線帶電后，操縱員應立即進行補帶載，即手動啟動相應的設備。啟動的順序和時間間隔應參考2#備用柴油發(fā)電機程序帶載的順序和時間間隔;（5）帶上BUE母線重要負荷，確保至少一臺輔助給水泵運行;（6）通過自然循環(huán)用蒸發(fā)器將堆芯冷卻至200℃左右后（如果自然循環(huán)有效，可以繼續(xù)冷卻），啟動2號停冷泵3341-P2，投運偶回路停冷系統，并將停冷系統奇系列電動閥送電，啟動1#停冷泵，投運奇回路停冷系統;（7）其它后續(xù)行動。

6 結束語

本文在分析了某核電站機組功率運行時失去四級電源事件工況下，單臺備用柴油發(fā)電機運行時的電源負荷需求及柴油發(fā)電機的帶載能力后，制定了發(fā)生該事件時的處理原則，是對電站失去三、四級電源應急運行規(guī)程部分內容的延伸和細化，對電站運行人員處理失去四級電源后單臺備用柴油發(fā)電機運行時事件提供了指導和參考。

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作者簡介：吳明亮（1975—），男，漢族，浙江慶元人，高級工程師，碩士，長期從事核電廠運行和管理工作。