“华龙一号”应急柴油发电机试验探讨

周仁怀

(中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314303)

“华龙一号”每个机组设置了两套应急柴油发电机组EMP(6.6 kV交流应急电源系统-系列A)和EMQ(6.6 kV交流应急电源系统-系列B)，它们构成了核电厂内中压应急交流电源，分别为带有应急厂用设备的交流应急配电系统EMA(6.6 kV交流应急配电系统系列A)和EMB(6.6 kV交流应急配电系统系列B)供电。在电厂外部交流电源全部失去的条件下，每套柴油发电机组均可自动启动并给应急厂用设备供电，以确保反应堆安全停堆，并且防止由于正常的外部电源系统失电而导致重要设备的损坏。为了验证应急柴油发电机满足设计要求，柴油发电机需经一系列的调试试验。以下就调试试验项目进行简要介绍，并分析试验模式中止试验失败的原因，希望对后续“华龙一号”机组应急柴油发电机的调试以及定期试验提供一定的借鉴和参考。

1 相关标准和要求

IEEE 387—2017 IEEE Standard Criteria for Diesel Generator Units Applied as Standby Power Supplies for Nuclear Power Generating Stations[1]和EJ-T 625—2004 核电厂备用电源用柴油发电机组准则[2]对核电厂应急柴油发电机的现场试验进行了详细规定且内容一致，详见表1。

表1 柴油发电机现场试验

海外“华龙一号”应急柴油发电机组是由韩国现代重工有限公司供货，由中船重工第703研究所无锡分部成套组装，其主要参数如表2所示。

表2 柴油发电机主要参数

海外“华龙一号”调试人员根据应急柴油发电机的特点编制了8份试验程序，并核对了IEEE 387—2017中的相应章节，确保调试试验程序能满足IEEE 387—2017的要求，具体如表3所示。

表3 柴油发电机调试程序

2 调试过程

2.1 试验模式中止测试失败

2019年12月31日，海外“华龙一号”首台应急柴油发电机2EMQ开始进行试验模式中止测试，验收标准为：证明当柴油发电机组连接到它的母线上处于试验模式下运行时，模拟的安全注射信号能够使其转为应急模式。试验前2EMQ并网运行，有功功率在1 600 kW左右，随后试验人员模拟安注信号，2EMQ转入应急模式，但有功功率自动下降直至逆功率，随后发电机有功功率自动上升，最高至7 000 kW左右，期间有功功率无法手动调节，就地试验人员紧急手动停机，试验停止。整个试验过程持续约72 s，试验趋势如图1所示。

图1 试验模式中止测试趋势图

2.2 试验模式中止测试标准

IEEE 387—2017 对试验模式中止测试有如下规定：柴油发电机试验模式并网运行期间，在模拟安全注射SIAS信号后，柴油发电机应转为备用运行，应急母线上的负载切换到外电网供电。

2.3 原因分析

(1)应急柴油发电机逻辑不符合标准要求

“华龙一号”应急柴油发电机按照系统设计，安注信号启动后，将触发应急柴油发电机应急启动信号，此时处于备用状态的应急柴油发电机将自动应急启动，若此时应急柴油发电机正在进行试验(空载运行、并网运行)，也将转入应急模式，但并网运行的柴油发电机未按IEEE 387—2017的要求切换负载，不满足试验模式中止测试的要求。

(2)调速器工作模式与应急柴油发电机运行方式不一致

应急柴油发电机有应急和试验两种运行模式。就地手动启动属于试验模式，此时柴油发电机可手动调节电压、转速，柴油机可手动并网运行，所有停机信号均可停机；其他方式的启动(远方手动启动、自动启动)均为应急模式，此时柴油发电机不可手动调节电压、转速，并且仅有发电机超速保护、低电压保护和就地紧急停机按钮方可停机。

海外“华龙一号”柴油发电机采用Woodward电子调速器，基本原理是控制燃油的流量来实现对柴油发电机转速的控制。调速器有Isochronouse无差和Droop有差两种工作模式。Isochronouse无差模式可理解为转速控制模式，即无论功率多少始终控制发电机在额定转速运行，该模式应用于空载运行和带载运行(非并网)；Droop有差模式可理解为功率控制模式，即无论转速多少始终控制发电机在给定的有功功率运行，该模式应用于并网运行。调速器的运行模式通过应急启动信号和并网信号进行切换，当柴油发电机并网运行时，调速器工作于Droop有差模式，否则调速器工作于Isochronouse无差模式。

在此试验中，当柴油发电机并网试验期间收到安注启动信号后，柴油机由试验模式转为应急模式，其调速器由Droop有差模式转为Isochronouse无差模式，即无论功率多少始终控制发电机在额定转速750 r/min运行。此时电网频率50.08 Hz(751.1 r/min)，高于调速器额定转速750 r/min，调速器自动减少燃油油量，但由于并网运行的柴油发电机无法改变电网频率(转速)，因此有功功率持续下降直至发生逆功率；随后电网频率开始下降并低于50 Hz(750 r/min)，调速器自动增加燃油油量，同上，有功功率持续上升，当频率低于49.8 Hz(747 r/min)时，有功功率最高上升到7 000 kW，而此时无法手动调节柴油机转速，且只有超速保护、低电压保护和紧急停机按钮才可停机，对柴油机造成极大危害，为保证机组安全，试验人员现场紧急手机停机。

经以上分析，该试验有功功率发生大幅变化的直接原因为柴油发电机在并网运行时调速器的Droop有差控制模式被强制为Isochronouse无差控制模式。由于巴基斯坦电网频率不稳定，在实施该试验时极易造成柴油发电机逆功率或超功率，同时柴油发电机在应急模式下只有低电压和超速保护，无法自动停机，这将对柴油发电机造成很大的损害。国内参考电厂进行该试验时，由于国内电网频率稳定，因此柴油发电机的有功功率波动较小，试验模式中止测试合格。

2.4 解决方案

1)增加柴油机并网运行时通过应急启动信号自动切换负载的逻辑。柴油发电机的逻辑已经过鉴定，同时逻辑修改需要进行安全分析计算，现场不具备实施条件。

2)取消试验模式中止测试项目。反应堆功率运行期间进行柴油发电机并网运行时，中压配电系统的最大短路电流超过了断路器的遮断电流(50 kA)，因此柴油发电机并网试验只在反应堆停堆换料期间实施，此时安全注射系统停用，不触发安全注射信号。同时“华龙一号”应急柴油发电机定期试验的要求为：每台应急柴油发电机每两个月进行一次低功率试验，该试验不并网。综上，试验模式中止测试不适用于“华龙一号”。

最终经过评估，海外“华龙一号”应急柴油发电机取消试验模式中止测试。

2.5 改进建议

由于中压配电系统断路器遮断电流的限制，“华龙一号”不允许应急柴油发电机在反应堆功率运行期间进行并网试验，其月度试验执行每两个月的低功率试验(不并网)。该试验需提前将该列柴油发电机对应母线上选定的负荷切换到另一列应急母线上，然后主控手动合柴油发电机出口断路器，此时柴油发电机将应急启动，待电压、频率满足要求后，应急母线将由电网供电切换至柴油发电机供电，随后按程序进行自动带载。该试验涉及的操作量大，耗时长、复杂度高，对试验人员要求高。而并网试验操作相对简单，即就地手动启动柴油发电机，待电压、频率满足要求后，由主控通过同期操作将柴油发电机并入电网，按给定的功率并网运行。因此，建议后续机组在中压配电系统最大短路电流满足断路器遮断电流要求的前提下，实现反应堆功率运行期间应急柴油发电机可并网运行，同时增加柴油发电机并网时通过应急启动信号的切换操作逻辑，满足IEEE 387中试验模式中止测试的要求，这样月度试验即可采用相对简单的并网试验。

3 结束语

本文通过对海外“华龙一号”应急柴油发电机试验模式中止测试失败案例的分析，发现“华龙一号”应急柴油发电机控制逻辑不满足IEEE 387中试验模式中止测试的要求，主要是因为反应堆功率运行期间不允许柴油发电机并网运行，同时柴油发电机的控制逻辑没有考虑并网时通过应急启动信号的切换操作。虽然柴油发电机取消了试验模式中止测试项目，但月度低功率试验相比并网试验操作更加复杂，因此建议后续机组增加柴油机并网时通过应急启动信号进行切换的逻辑，同时月度试验改为并网试验。