核電廠應急柴油發電機突加負載試驗方法2020-11-26 08:28

摘 要:核電廠應急柴油發電機容量有限,面臨大負荷突然加載時,發電機頻率和電壓都會發生下降,核電廠在調試初期,不具備帶載額定最大負載的工況,分析出廠試驗方法以及現場突加試驗的工況,探討試驗標准,認爲小流量管線的最大負載可以滿足考核要求。

關鍵詞:应急柴油机;突加负载;IEEE387;KTA 标准

1 EDG 性能验证

应急柴油发电机组(Emergency Diesel generator,EDG)在核电厂承担安全相关功能,在核电厂失去场外电源时,需要对安全厂用负荷进行分级带载,以保证反应堆堆芯余热导出,保证3道安全屏障的安全。EDG 从出厂试验开始,历经多种试验,核电厂内的突加负载试验是对整个柴油发电机组暂态特性的考核,是对调速器、发电机组暂态电抗以及AVR(Automatical Voltage Regulator,自动电压调节器)响应特性进行详细录波分析的一种试验。

应急柴油发电机组发电机容量有限,当突然加载较大负荷时,发电机的频率和电压均会出现下降。通过现场的突加负载试验,考核EDG 综合性能,验证突加负载能力是否满足实际需求。

2 优化分析

2.1 试验负荷的选取

按照IEEE 387 的规范要求,需要启动柴油机在应急运行期间最大的负荷。由于在调试期间,以VVER(Water Water Energetic Reactor,水—水动力反应堆)机型为例,EDG 带载的最大负荷为LAS 泵(Emergency Feed Pump,应急补水泵)800 kW,在蒸汽发生器失去正常补水后为其提供应急补水,保证堆芯的余热导出,而蒸汽发生器的整个管线可用的施工逻辑往往又滞后于EDG 可用性的要求,因此现场仅采用小流量试验。小流量试验的缺点是负载小于实际负载。但从试验的特性来说,该试验更侧重于对于发电机暂态电抗和励磁系统的考核,调速器的试验在厂家突加负载时能够足够证明其可靠性。工厂出厂验收时,EDG 需要历经最大为75 %额定功率的突加负载(4210 kW),在该条件下的频率最大偏差为±5%,且在2 s 内恢复。厂家试验时,考核条件已经超过现场最大单个负荷,对于EDG 的暂态考核,应侧重于对于电压跌落的考核。EDG 制造厂的试验台架上不具备800 kW的电机,通过阻性水电阻以及并联电抗器来模拟试验负载,该类型的模拟无法实际代表电动机的启动过程。突加负载试验更多的应从考核无功的角度考虑,即电压跌落的深度。使用LAS 泵的小流量启动可以接受。

2.2 试验标准的选取

国内的EDG 突加试验参照标准有法国RCCE 标准以及德国KTA 标准。RCC—EC2400 的标准为:突加负载时频率不应下降到额定值的95%以下,电压不应下降到额定值的75%以下。

按照KTA 3702 标准要求,在“Transition voltage deviation during power lever increase ”(电源负载增加期间过渡电压的偏差),频率不应低于额定值的95%,电压不应下降到85%以下。KTA 标准比RCCE 标准严格,VVER 项目EDG 的制造及试验标准采用KTA 标准,试验验收标准参考KTA3702 标准。

3 试验

3.1 试验的实施

突加负载并不是单一的试验项目,是一连串连续试验里的一个环节。验证的是EDG 的负荷转移能力,是把1 台接近空载的发电机突然加上负载,验证转速和电压变化。试验方法是将BE*母线下游带上尽量多的负载,然后将EDG 并网,并网后的EDG 由于调速器自动加载900 kW 负荷,可手动减少有功输出,但是低功率时的功率很难停留在稳定的平台。需要就地和主控室配合,当观察到EDG 输出的功率处于低谷时,主控室果断断开BE*进线断路器。使得本段母线负载由电网带载转移至EDG,观察进线断路器断开前后的电压及频率波动。BE*进线断路器分闸使得EDG 进入应急模式,电调从试验模式切换至应急模式时,仪控系统会给出短暂的停机脉冲命令。停机脉冲命令消失后,电调检测到转速会将柴油机重新拉到以1560 r/min 为起始点的4% Droop(励磁下垂控制特性)曲线上。由于AVR 不区分是否并网,它是恒Droop 模式,根据发电机的电流调整发电机的端电压。

调试期间,下游的负载1000 kW,观察不到电压发生显著的变化。该电流跟电动机启动电流相差数倍,对于AVR 及发电机暂态电抗的特性考核而言比较微弱。

在EDG 进入孤岛模式后,先停掉LAS 泵,然后准备开始突加负载,就地的录波器准备好之后,开始倒计时录波,主控人员启动LAS 泵。LAS 泵启动完毕后,对电压跌落深度及恢复时间进行初步判断。

3.2 同源核相与假同期

EDG 的突加试验结束后,需要将处于孤岛运行的EDG 与外电网进行并网,称为反同期。并网同期试验前,需进行同源核相试验,EDG 突加负载试验接线图见图1。经历同源核相试验,才能对同期回路的正确性做出判断,否则在二次线接线错误情况下将使得同期表显示满足同期条件,从而对发电机造成巨大伤害。其中同源核相部分,在发电机首次启动之前已经具备条件。反同期时BE* 母线和BB* 母线的同期,也就是两段PT(Position Transformer,电压互感器)之间的同期,在BE* 上电后,可对反同期回路进行同源核相的确认。在同一个1 次电源情况下,确认此时同期表指向12 点。

反同期的前提是同源核相,真正反同期操作前需进行1 次假同期,即是将进线断路器置于试验位置,然后进行合闸。通过录波器录取进线断路器变位反馈以及BE*和BB*包络电压的比较,进线断路器的变位反馈应在包络电压的近零点。

调试时,由于反同期表在后备盘,后备盘调试属于仪控人员,因此EDG 调试人员并未过多深入后备盘的回路部分。而且假同期试验时的试验方法不完整,仅在接近12 点时按下合闸按钮,未在6 点、9 点方向尝试合闸,所以默认为同期表的输出允许接点串在合闸回路当中。在后续的调试过程中,多次核实后发现同期表的允许接点未串在合闸回路当中,将允许接点串入,同期表允许接点串入后,需要校验同期表的允许频差,按照国内习惯设置为(0.1~0.3)Hz,换算成转速为(3~9)r/min。恢复与外电网连接时,需要在主控后备盘操作,硬件按钮操作送至仪控系统,仪控系统再送至保护柜,保护柜再送至电调/AVR。因此可以明显察觉到响应滞后,将允许转差调整到0.15 Hz,也就是接近7 r/min。

图1 EDG 突加负载试验接线图

假同期操作过程中,在6 点、9 点方向尝试合闸失败,在接近12 点时应正确动作。然后可以将断路器推入工作位置,开始正式的反同期合闸操作,正式合闸过程中进行录波,分析开关变位与包络电压的关系,分析假同期时,两边PT 电压存在差异,二次线的长度不一致,使得包络电压存在固有压差,在同源核相期间测量包络电压的固有压差,以便在假同期时对近零点判断。反同期成功后,停运EDG,试验结束。

4 结束语

分析应急柴油机突加负载试验方法,进行试验和后期并网,充分的考察柴油机性能。不应拘泥于凑出最大有功负载,通过2台或者多台中压电机启动来模拟LAS 泵的真实带载,该工况目的是凑出有功功率相近,但该情况下励磁机的无功功率存在不足,导致过流保护动作。充分认识同源核相试验的极端重要性,对于回路及PT 差异导致的固有压差,在EDG 并网试验的导前时间核算时进行考虑。