李銀　李加剛　彭軍　唐遠(yuǎn)輝　汪可　鄭建軍

【摘 要】較詳實(shí)的介紹了應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組在核電廠的重要作用以及關(guān)于應(yīng)急電源失靈的事故。應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)為反應(yīng)堆安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了基礎(chǔ)，但是在某反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)與整流裝置聯(lián)調(diào)期間發(fā)生了濾波器高溫故障。從故障問(wèn)題的出現(xiàn)、電氣原理圖分析、設(shè)計(jì)整改方案、試驗(yàn)方案論證等方面詳細(xì)闡述了事故處理過(guò)程，為以后應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行維修提供了可行性建議。

【關(guān)鍵詞】柴油發(fā)電機(jī)組;高溫故障;核電廠

中圖分類號(hào)： TM623文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）36-0127-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.36.057

0 前言

核電是全世界都公認(rèn)的清潔能源，其安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性已經(jīng)得到全世界的認(rèn)可。而應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組是核電廠電力系統(tǒng)的備用電源，作為全廠應(yīng)急安全電源與核安全直接相關(guān)，目的是為了在核電站的廠用工作電源和輔助電源都發(fā)生故障時(shí)，確保機(jī)組安全停堆和防止關(guān)鍵設(shè)備損壞。由此可見(jiàn)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)在保護(hù)反應(yīng)堆安全中起到至關(guān)重要的作用。

1 歷史上的核電事故

1986年4月26日，切爾諾貝利核電站重大核泄漏污染的主要原因是應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組沒(méi)有發(fā)動(dòng)起來(lái)，核反應(yīng)堆沒(méi)有來(lái)得及及時(shí)關(guān)閉，造成核堆燒損泄露。切爾諾貝利核電站至今還是讓人毛骨悚然的地方，僅僅用大量的水泥蓋在下面，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了巨大的破壞。

2011年3月12，日本福島發(fā)生核泄漏事故，主要原因是地震、海嘯嚴(yán)重破壞了核電廠交、直流電以及應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，從而導(dǎo)致反應(yīng)堆儀控系統(tǒng)以及廠內(nèi)外的通訊系統(tǒng)失靈。主控室沒(méi)有操控手段，沒(méi)有電廠狀態(tài)顯示，在未知位置發(fā)生氫氣爆炸，發(fā)生核泄漏。

應(yīng)急電源不能按照設(shè)計(jì)程序正常啟動(dòng)，那么反應(yīng)堆就變成了不可控的危險(xiǎn)品，一旦反應(yīng)堆內(nèi)部核反應(yīng)劇烈，溫度和壓力持續(xù)上升，反應(yīng)堆就變成了一個(gè)炸彈，隨時(shí)都有炸毀核島的可能。應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的可靠性關(guān)系到整個(gè)核電廠的安全性。

2 某反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組功能介紹

2.1 交流柴油發(fā)電機(jī)組

交流柴油發(fā)電機(jī)組屬于某反應(yīng)堆的應(yīng)急電力系統(tǒng)部分，由兩組柴油發(fā)電機(jī)組組成。其功能包括用于失去外電的情況下為允許短時(shí)供電中斷的負(fù)荷供電，同時(shí)作為不允許供電中斷負(fù)荷的后備電源;柴油發(fā)電機(jī)組能在反應(yīng)堆故障或失效時(shí)向電站其他必需設(shè)備和輔機(jī)供電，并同時(shí)給全部蓄電池組進(jìn)行充電;柴油發(fā)電機(jī)組可在120s內(nèi)自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行，也可以手動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行。

2.2 整流裝置

如圖1所示，整流裝置將交流電（AC）轉(zhuǎn)換成直流電（DC）的裝置。整流裝置置于整流電路中，整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)性直流電。整流電路通常由主電路、整流二極管、濾波器組成，經(jīng)過(guò)整流后的電流不再是交流電，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓，需要經(jīng)過(guò)濾波器濾除諧波后得到較為純凈的直流電。

圖1 橋式整流電路圖

圖2 某反應(yīng)堆交流柴油發(fā)電機(jī)整流裝置系統(tǒng)框圖

2.3 濾波器

濾波器的是對(duì)信號(hào)有處理作用的器件，就是在電路允許一部分頻率的信號(hào)（基波）順利通過(guò)，而另外一部分頻率的信號(hào)（諧波）則受到很大的抑制，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)選頻電路。

2.4 整流電路系統(tǒng)框圖（見(jiàn)上圖2）

3 應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組濾波器高溫故障描述

某反應(yīng)堆1號(hào)800kW柴油發(fā)電機(jī)整流裝置在配合進(jìn)行1號(hào)柴油機(jī)組單機(jī)連續(xù)運(yùn)行考核試驗(yàn)過(guò)程中，出現(xiàn)了濾波器過(guò)熱損壞現(xiàn)象。具體故障情況如下：

2018年4月21日，1號(hào)柴油機(jī)組進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行考核試驗(yàn)，整流裝置配合試驗(yàn)，裝置輸出DC1000V，帶800kW阻性負(fù)載。從21日上午9：30開(kāi)始運(yùn)行到下午13：10（共3h40min），整流裝置保護(hù)停機(jī)、并分?jǐn)嗖裼蜋C(jī)輸出開(kāi)關(guān)。

檢查后發(fā)現(xiàn)，整流裝置內(nèi)部濾波器元件（設(shè)備廠家為常州市多極電磁環(huán)境技術(shù)有限公司）出現(xiàn)鼓包，元件表面噴有少量黑粉。在無(wú)測(cè)溫儀器的情況下，用手試探元件溫度，表面燙手，溫度較高。

4 濾波器高溫故障分析

4.1 濾波器電路圖

某反應(yīng)堆濾波器的電路圖如圖3所示，為整流過(guò)后的直流電濾除掉多余的諧波信號(hào)，提供給用戶更穩(wěn)定的直流電。

諧波的危害有：會(huì)使變壓器、電纜和其它電力元件產(chǎn)生附加熱損耗;造成控制、保護(hù)和測(cè)量系統(tǒng)的功能異常等。

圖3 濾波器電路圖

4.2 空載試驗(yàn)

2018年4月23日，測(cè)量1號(hào)柴油發(fā)電機(jī)整流裝置對(duì)地絕緣電阻為500MΩ（正常）。在確認(rèn)柴油發(fā)電機(jī)組各設(shè)備供電正常后，啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組以及整流裝置輸出為DC1000V，空載試驗(yàn)了兩次，一次15分鐘一次20分鐘，設(shè)備運(yùn)作正常，輸出正常。

4.3 故障位置判定試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)分析，我們計(jì)劃將2號(hào)整流裝置的濾波器拆卸到1號(hào)整流裝置的濾波器后面，以此來(lái)驗(yàn)證是否是濾波器的原因造成了故障。

組裝完成后，啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組以及整流裝置輸出為DC1000V，帶800kW阻性負(fù)載。運(yùn)行了兩個(gè)小時(shí)（16：50～18：50）并使用點(diǎn)溫槍觀察1號(hào)濾波器溫度變化，發(fā)現(xiàn)濾波器在柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中溫度最高達(dá)到60.2℃，其附近設(shè)備（導(dǎo)線、銅排）最高溫度為51.0℃。溫差相差較大，由此可初步得出過(guò)熱的設(shè)備元件是濾波器。

2018年4月24日，觀察1號(hào)濾波器內(nèi)部后發(fā)現(xiàn)，設(shè)備散發(fā)著糊臭味，部分電容破損并噴出了黑粉，包裹著銅排的油性漆綢布已經(jīng)被烤黑。由此得出，1號(hào)濾波器存在高溫受損。

1號(hào)濾波器觀察結(jié)束后，打開(kāi)2號(hào)濾波器外蓋，放置好熱成像儀以便觀察濾波器內(nèi)部溫度變化情況，啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組以及整流裝置輸出為DC1000V，帶500kW負(fù)載。

運(yùn)行一段時(shí)間，從熱成像儀中發(fā)現(xiàn)，濾波器中L1電感線圈溫度達(dá)到了107℃，同時(shí)L2線圈、電容、電阻等元件溫度均不超過(guò)20℃。

4.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

濾波器的損壞或者失效的原因有：電感因?yàn)殡娫措妷撼^(guò)額定電壓20%而飽和失效，也可能造成電容的擊穿;長(zhǎng)期使用，電容處在不斷的充放電過(guò)程中，電容達(dá)到充放電次數(shù)而失效。濾波器使用次數(shù)少，所以是電感飽和或者電容擊穿失效，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電容溫度正常，所以電容沒(méi)有擊穿，因此是由于電感飽和導(dǎo)致濾波器失效。

柴油發(fā)電機(jī)組與整流裝置進(jìn)行的工程聯(lián)調(diào)階段試驗(yàn)中，整流裝置的輸入端是由柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行供電。在整流裝置廠家生產(chǎn)調(diào)試期間，對(duì)濾波器的輸入電路也加入了諧波干擾試驗(yàn)，如圖4所示，柴油發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的諧波大于廠家調(diào)試的諧波，形成的共模電流也會(huì)隨著增大。

圖4 諧波對(duì)比圖

超過(guò)了濾波器電感設(shè)計(jì)的額定電壓20%，從而導(dǎo)致電感線圈達(dá)到飽和狀態(tài)，繼續(xù)通電的情況下電感持續(xù)發(fā)熱，溫度升高。帶動(dòng)了濾波器元件的溫度升高，最終導(dǎo)致電感前后的X、Y電容過(guò)熱損壞。

5 整改方案

5.1 電路設(shè)計(jì)

電感因?yàn)檫^(guò)電壓而飽和失效，說(shuō)明電感選取參數(shù)過(guò)小，因此選用了更適合大電流場(chǎng)合的差模電感，原有的共模電感L1換為兩個(gè)差模電感L1、L3，電感量為1μH。前端電感兩極電容均改為Y電容，電容量9μH。

圖5 方案設(shè)計(jì)電路圖

5.2 現(xiàn)場(chǎng)施工

（1）將濾波器中受損的元器件拆除取下，同時(shí)對(duì)有可能存在缺陷的元件也進(jìn)行電氣檢查，無(wú)法正常使用的元件也進(jìn)行拆除，避免影響后續(xù)設(shè)備使用。處理雜物，保持設(shè)備清潔。

（2）根據(jù)新設(shè)計(jì)的參數(shù)要求選擇相應(yīng)元件，并將元件安裝在了濾波器上，安裝完成后將濾波器裝于整流裝置上，檢查設(shè)備元件安裝已牢固。

（3）對(duì)新設(shè)計(jì)的整流裝置進(jìn)行基本電氣線路檢查，線路正常。

6 試驗(yàn)驗(yàn)證

設(shè)備依照設(shè)計(jì)方案安裝完備，通過(guò)如下試驗(yàn)：

（1）通電試驗(yàn)：檢測(cè)整個(gè)整流電路是否是通路。經(jīng)檢測(cè)線路連接良好，通電正常。

（2）點(diǎn)動(dòng)試機(jī)：將柴油機(jī)控制屏AC380V供電線路接入到1號(hào)整流裝置輸入端，點(diǎn)動(dòng)測(cè)試裝置能否承受高電壓。經(jīng)測(cè)試，點(diǎn)動(dòng)正常，裝置無(wú)異常。

（3）空載試驗(yàn)：不接負(fù)載，柴油發(fā)電機(jī)組連接整流裝置空載運(yùn)行15min。整流裝置運(yùn)行正常。

（4）帶載試驗(yàn)：帶800kW阻性負(fù)載運(yùn)行4h。柴油機(jī)、整流裝置、濾波器運(yùn)行正常。

因此，整改方案合理有效，解決了濾波器過(guò)電壓飽和的問(wèn)題。

7 結(jié)論

通過(guò)對(duì)本次柴油發(fā)電機(jī)組與整流裝置聯(lián)調(diào)試驗(yàn)出現(xiàn)的濾波器高溫故障的處理，得出了如下：第一，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組對(duì)于反應(yīng)堆的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用;第二，設(shè)備聯(lián)調(diào)試驗(yàn)相比單機(jī)運(yùn)行存在更多可能出現(xiàn)的問(wèn)題。這次故障處理的成功，確保了調(diào)試按照原計(jì)劃完成，同時(shí)為以后的柴油發(fā)電機(jī)調(diào)試運(yùn)行檢修提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2000.