核电应急柴油发电机组（通用7篇）
核电应急柴油发电机组 篇1
引言
在核电站工作中, 设置的应急柴油发电机组可以快速完成启动, 对核电站的设备、工作等起到保护的作用。应急柴油发电机组在核电站工作中发挥着重要的作用, 为核反应堆有稳定、可靠、安全、足够的电源, 在正常电源出现故障时, 可以保证核反应堆安全地关闭, 不释放放射性的物质。针对应用柴油发电机组自身的特点, 在核电站使用中的要求等方面的内容进行分析, 认识应急柴油发电机组在核电站中应用的改进方向, 为核电站的工作提供安全稳定的电源保障。
1 核电站对应急发电机组的技术、质量要求
在核电站核反应堆运行过程中, 利用核裂变产生的能量, 将其堆芯成为一个具有强烈作用的放射源, 当这个反应堆停止时, 就将自动释放大量的热量, 产生堆芯余热。此时形成的堆芯余热, 会随着时间不断减少, 但是如果没有对堆芯余热进行及时有效的冷却, 堆芯的温度将会持续的升高, 直到将堆芯熔化, 自动将核反应堆设计中的多重实体屏蔽, 将大量具有放射性的物质释放到环境中, 造成严重的后果[1]。针对以上核电厂的工作需求, 应急柴油发电机组成为厂外电源全部失效后堆芯余热释放的最后动力源。
基于核电站应急柴油发电机组的重要性, 对机组设备的技术质量提出了较高的要求。机组设备的核安全等级一般为1E级, 质保等级为Q1。机组的持续输出功率一般在5000k W~8000k W之间, 一般要求机组可连续7天运行。在机组设计和设备选择上, 遵循安全可靠的原则。每台核电机组对应两列或更多柴油发电机组作为应急电源, 每列机组均具备安全停堆应急电源的功能。除每台核电机组设置了两列应急柴油发电机组外, 还设置了全厂附加柴油机组以及后备柴油发电机组, 以应对不同应急情况的发生。机组的启动装置有两套, 一般为两套互相独立的压缩空气启动系统, 每套压缩空气启动系统均能单独完成5次应急启动。每台柴油机一般配备两套调速器, 在其中一套调速器出现故障时另一套调速器可自动投入。转速控制和超速保护方面, 使用三选二逻辑, 且调速器和控制柜分别配备独立的三选二信号源, 进一步降低错误信号触发停机的可能性。总之, 在机组设计方面采用了大量的冗余设计, 可有效降低故障发生概率, 确保机组安全可靠运行。
在应急启动方面, 要求机组在收到应急启动信号后10S内完成启动, 建立额定频率和电压。
除了以上这些要求外, 核电厂应急柴油发电机组还需要具有一定的事故承受能力, 在运行的过程中, 可以承受一定程度上的故障。
2 核电站应急柴油发电机组自动控制系统的特点
核电站应急柴油发电机组的自动控制系统除了一般要求外, 具有其自身的特点, 主要包括以下两个方面:
(1) 高可靠性
高可靠性主要体现在:可实现自动化操作和无人值守;启动装置冗余配置;关键信号冗余设计;恶劣条件下 (例如地震) 保持功能性。
启动可靠性直接影响机组整体可靠性, 根据IEEE387标准要求, 核电站应急柴油发电机组100次启动试验中启动成功次数不得低于99次。
另外, 在自动控制系统应用的可编程软件方面, 要求安全级设备/部件的可编程软件必须通过严苛的鉴定 (IEC60880) 。
(2) 应急运行时的低敏感性
核电站应急柴油发电机组具备试验和应急两个模式的控制系统。在试验模式下, 所有故障报警信号均投入运作。在应急模式下, 收到应急启动信号后即进入应急启动和运行模式, 除了超速保护和短路保护两个停机信号会起作用外, 其他信号在遇到故障时只报警不停机 (例如水温高、油压低、排气温度高等) , 必要时以牺牲柴油机寿命或性能为代价, 确保机组在应急状态下能够连续运行。也就是说, 核电站应急模式下的柴油机组对除恶劣故障外的信号均不敏感。
3 核电厂应急柴油发电机组自动控制系统的工作状态
随着科学技术的发展, 应急柴油发电机组自动控制系统在核电厂工作得到应用, 应急柴油发电机组自动控制系统, 在核电厂工作中的运行状态主要有:
(1) 供电
应急柴油发电机组的供电时, 在机组正常运行下, 检测到应急柴油发电机组的频率或者电压超过设定的限制时, 需要让发电机组处于空载的状态, 如果在空载的状态下, 检测到的发电机组的频率或者电压, 还是超过设定的限制, 此时就可以认为柴油机发生故障, 需要停机报错。在核电站工作中, 应急柴油发电机组的其重要的安全保障, 所以在正常电源良好的状态下, 也需要加强柴油机组的检测和保护[2]。
(2) 启动
在应急柴油机启动的过程中, 需要对柴油机的电压、电流等参数进行检测, 并对应急柴油机的启动状态进行判断, 在10s内可以建立额定电压和额定频率, 是当前核电站应急柴油发电机组成功启动的判断标准。在安全级供电丧失时, DCS会发送20s长延时启动信号至柴油机启动回路, 有的核电站柴油机在1次启动不成功后会自动闭锁回路, 有的核电站柴油机组会在20s内不断尝试启动, 约可尝试3次启动, 3次仍无法启动则不再尝试启动, 宣布此列柴油机失效;所以对应急柴油发电机组的电量参数等进行测量和判断是应急柴油发电机组自动控制系统核心工作。
(3) 操作
在应急柴油发电机组自动控制系统中, 设置有试验、参数显示、错误显示等按钮, 在应急柴油机没有进入应急工作时, 可以对应急柴油发电机组的正常运行进行试验, 按下试验按钮, 应急柴油发电机组就会立即启动, 对柴油发电机组的正常工作进行自动的检测, 在柴油发电机组启动后, 柴油发电机组的相关参数就会显示出来, 此时按下参数显示按钮, 可以清楚的对柴油发电机组的各项参数进行查看, 将错误显示按钮按下, 可以对柴油发电机组在近期的工作状态、故障状况等进行显示[3]。如果在柴油发电机组启动后, 长时间没有按下相关的按钮, 柴油发电机组就会自动的切换显示状态, 依次显示发电机组的相关参数。
4 核电厂应急柴油发电机组自动控制系统的工作
在核电厂工作中, 应急柴油发电机组具有一定的功能和特殊性, 是核电厂的故障发电机, 所以在应急柴油发电机组中有非常多的控制和保护设置。应急柴油发电机组自动控制系统的工作有两种模式, 一种是应急模式, 一种是试验模式。应急模式是对核电厂工作电源和辅助电源发生故障时的核反应堆进行保护, 保护、安全压力、应急母线压力等信号的产生, 触动柴油发电机组启动, 进入工作状态, 对反应堆进行连续的冷却, 并保证工作质量, 不发生错误的启动, 这个过程中对应急柴油发电机组的安全性、稳定性、可靠性要求非常高, 除了严重故障, 其他任何工作状态都不能发生跳闸。试验模式是对应急柴油发电机组的运行状态、灵敏性等进行检测。
核电厂正常电源和辅助电源发生故障之后, 应急柴油发电机组进入应急工作状态, 自动控制系统开始工作。在应急状态下, 对柴油发电自己的自动控制系统工作的要求非常高, 对继电保护的可靠性也有较高的要求。
应急柴油发电机组工作状态的判断, 并不是是否发生了故障, 而是将应急柴油发电机组产生的电能质量作为判断的标准, 其产生的电能质量是否满足要求。因为在应急柴油发电机组启动的过程中频率较低, 输出电压也相对的较低, 因此不会发生错误启动。在应急工作状态下, 柴油发电机组会进行跳闸保护, 也就是在核电厂工作的过程中, 发生紧急事故时, 柴油发电机组会通过相关的动作, 将其运行的稳定性和可靠性提升[4]。在检测完相关的参数以后, 柴油发电机组进入应急工作状态, 并对自身的工作状态进行保护。核电厂应急柴油发电机组自动控制系统的应急启动程序流程图如下:
5 核电站应急柴油发电机组自动控制系统的几个改进方向
5.1 自动控制系统控制柜由传统的继电保护装置向可编程控制器 (PLC) 控制系统转变
目前国内核电站应急柴油发电机组控制柜部分采用传统的继电保护装置, 部分采用PLC控制系统;传统的继电保护装置采用继电器和接触器构成自动控制系统, 由于其所需元器件数量很多, 控制电路复杂, 导致工作可靠性较差, 故障率较高, 且后期维护非常不便;控制系统采用PLC时, 柴油发电机组的工作由软件控制, 可大大简化控制电路, 控制系统的可靠性较高;1E级控制系统采用可编程控制器时要求通过IEC 60880标准的鉴定, 其软件的高可靠性也可以得到确保。
5.2 由提高单一系统或设备的可靠性向提高系统整体可靠性方向发展
应急柴油发电机组自动控制系统由信号搜集装置、信号传输线路、信号处理装置以及执行机构组成。目前, 在国内核电站应急柴油发电机组的建设和运行中, 关注的重点是在信号处理装置上, 在信号处理装置上的设备制造、安装、调试管理都非常严格, 然而对于传感器安装调试、线路敷设、执行机构验证等方面做得还不够。事实上, 上述自动控制系统的组成部分无论哪一部分出问题都会导致自动控制失效, 从而降低系统的整体可靠性。例如:某核电站应急柴油发电机组控制系统经常出现闪报警或误报警, 后经调查发现, 直接原因是由于信号线路施工不规范导致线路受到干扰;某核电站调试和运行期间某温控开关故障, 直接导致应急柴油机组不可用;某核电站因励磁线路接线错误导致机组输出电压始终无法达到额定值;等等。在柴油机组控制系统调试问题统计中, 尤其在应用了PLC的柴油机组控制系统上, 控制系统其他方面的故障大大超出信号处理装置本身的故障。所以, 为提高核电站应急柴油发电机组自动控制系统的整体可靠性, 需要提高控制系统各组成部分的技术和管理要求。
5.3 柴油机调速器向电子调速器和机械调速器互为备用发展
为确保核电站应急柴油发电机组的可靠运行, 机组基本配备了两套调速器互为备用。目前国内有部分核电站应急柴油发电机组调速器采用了双电子调速器互为备用模式, 尽管电子调速器具有灵敏度高、响应快的特点, 但其可靠性不如机械调速器, 国内某核电站曾经因电子调速器存储器写满而产生故障的问题、某固定功率段频率抖动问题等等, 且由于电子调速器故障成因复杂, 故障排查困难, 进一步影响了机组的可用时间。而机械调速器可靠性较高, 将机械调速器作为电子调速器的备用, 可有效避免使用两套电子调速器时的共模故障问题, 以进一步提高机组运行的可靠性。
5.4 自动控制系统中增加冷却水自动补充功能
在国内核电站应急柴油发电机组调试和试运行期间曾发生过多次冷却水系统渗漏水问题, 例如某核电站在调试试验期间冷却水弯管裂纹漏水、风冷器故障漏水、正常运行时安全阀打开导致漏水、橡胶件老化导致冷却水渗漏水问题等等, 由此可见冷却水系统某部位因故障而漏水问题比较普遍, 问题发生的原因也多种多样, 而目前国内核电站应急柴油发电机组不具备冷却水自动补充的功能, 仅在维护时可实现手动补水, 而机组运行时由于冷却水温度较高, 手动补水的危险性也较大, 为机组安全可靠运行带来隐患。为提高机组的可靠性, 确保在情况下机组也可以连续7天运行, 具备冷却水自动补充很有必要。
6 结束语
应急柴油发电机组在核电站工作中的应用, 可以说是核反应堆安全的保障, 在正常电源失常的状态下, 可以发挥其作用。在核电站工作中应急柴油发电机组的安全性、稳定性、可靠性等非常高的要求, 随着核电站的发展, 和科学技术的进步, 应急柴油发电机组在核电站中的应用, 在性能、结构等方面将不断的完善和改进, 提高自身的稳定性, 同时将自身的功能完善, 适用核电站的发展需求。
参考文献
[1]杨代强.核电厂应急柴油发电机的电气保护问题研究[J].煤炭技术, 2012 (12) :192-193.
[2]李德佳.核电站应急柴油发电机组的特点分析和调试[J].电力设备, 2006 (08) :40-41.
[3]席文英, 赵春波.浅谈柴油发电机自动控制系统的相关问题[J].黑龙江科技信息, 2010 (22) :40-40.
[4]廖晓英.柴油发电机组自动控制系统的研究与运用[J].科技资讯, 2012 (08) :130-130.
核电应急柴油发电机组 篇2
应急柴油发电机是核电厂不可缺少的一个重要设备, 对核电站的安全运行起着重要的作用。阳江核电站工程一共建设了6台CPR1000机组。每台机组配置了2台柴油发电机组, 其中包括1台后备应急柴油发电机组, 全厂共12台柴油发电机, 另外还有1台SBO柴油发电机组。主要型号的柴油发电机组的技术参数如下。
二、福岛事故后应急柴油发电机组在核电站中的应用
众所周知, 在福岛核事故中, 应急电源系统的丧失是导致事故发生和扩大的重要原因, 所以完善国内核电在事故中应急供电系统是必然之选, 同时也是加强纵深防御体系来满足目前国内外新形势下的核安全的需要。目前国内在建CPR1000核电厂应急电源系统主要包括应急柴油发电机组和附加后备柴油发电机组两个部分。其设置原则分别是:每台核电机组配置两台容量约为6000KW左右的应急柴油发电机组;而附加后备柴油发电机组则为每个核电厂址设置一台。除应急电源外, 核电机组还配设有一台后备柴油发电机组 (简称SBO柴油发电机组) , 在正常或设计基准事故工况下, SBO柴油发电机组系统处于备用状态, 不执行安全功能。
三、应急柴油发电机组在阳江核电项目中的采购模式
阳江1~6号机组采用A包供货模式。由主要设备供应商组成设联合体进行成套设计和供货。阳江项目中主要的应急柴油机联合体组织模式如下:
联合体:MTU (牵头方) +AREVA+山西安特优
MTU:联合体牵头方, 负责机务系统设计, 前两台机组柴油机和辅助系统设备的设计和供货;
AREVA:电、仪部分的分包商, 负责电气和仪控系统的设计和供货;
山西安特优:在MTU的技术支持下, 进行柴油机的生产和组装, 部分国产化零部件的采购或加工供货。
四、目前采购模式的经验反馈
阳江项目一共6台机组, 目前1、2号机组的柴油发电机辅助系统已经调试完成, 现已进入装料前消缺阶段。从目前的反馈来看, 1号机组的两台应急柴油发电机组各有200多遗留项 (不含设计部分) , 据统计显示是所有采购包中遗留项最多的。这些问题存在的原因与采购模式有一定的关联, 具体分析如下。
1. 设计方面的问题。
设计问题主要体现在设计能力与设计质量上。MTU对柴油机本体具备较强的设计能力, 但对柴油发电机组的辅助系统的设计和成套能力较弱, 故其将工作分包给多个供货商。AREVA承担了电仪系统设备的成套和供货, 仪控柜、保护柜、发电机、配电盘等也均由其他厂家设计, MTU和AREVA只承担了设计管理的职能, 供货产品质量上受设计分包商的制约, 无法从设备设计方面进行有效的管控。比较典型的是管道和仪控系统设计的问题较多, 但MTU和AREVA处理相关问题的能力较弱, 分包商又不积级配合, 导致调试阶段发生较多的问题。
2. 进度方面的问题。
进度问题主要受项目管理能力, 设备质量, 现场服务等方面的影响较大。项目管理能力:MTU和AREVA项目整体管理能力均偏弱。由于是联合体形式, 项目组织机构较松散, 对分包商管控力度不足, 发生问题时过于依赖分包商, 对关键问题判断不足, 致使设备供货出现延误, 无法满足项目的整体要求。设备质量:因AREVA在阳江项目中依托上海电机厂实施国产化失败, 多次因柴油机质量问题对项目关键进度造成冲击, 设备NCR较多, 处理NCR耗时较长, 最后被迫转为进口。现场服务:现场服务主要体现在执行效率偏低, 响应缓慢。MTU和AREVA派出来的设代人员处理现场问题能力不足, 依赖于其公司后台的技术处理或决策。且由于前后台沟通不畅, 最终导致项目进度的延误。
五、对应急柴油发电机组采购模式的改进建议
针对阳江核电项目应急柴油发电机组供货存在的问题和在项目执行过程中的经验反馈, 总结经验对后续新建项目柴油发电机组的采购供货给出一些改进建议。
1. 供应商的选择。
目前国内、外柴油发电机供应商较多, 但具备大型柴油发电机供应, 尤其是应用于核电行业的、具备核级柴油发电机资质的供应商却较少。国内主要有陕西柴油机重工、山西北方安特优, 上海沪东重机等;国外主要有MTU (德国) 、MAN (法国) , Caterpillar (美国) 等。陕西柴油机重工, 利用MAN的专利技术制造柴油机, 但其本身缺乏相关的设计能力, 在柴油机制造过程中产生的问题, 需要获得MAN的技术支持才能解决问题。这种技术支持因对问题发生背景等不了解, 现场与MAN本部沟通时间长, 解决问题迟缓;上海沪东重机也使用MAN的专利技术, 虽然已于2010年获取核应急柴油机成套设计资格证, 但目前还从未成功供应过一台柴油机给任何核电项目;山西北方安特优与MTU联合体, 虽国产化率相对较低, 但因MTU人员在现场参与制造全过程, 前后台沟通相对较容易, 解决问题较快;国内的柴油机本体制造商在大型柴油机设计方面能力偏弱, 在制造产生问题时处理能力相对较差。应国产化需要, 部分外国柴油机制造商与国内实力较强的柴油机制造企业通过合作, 组成联合体的形式进行供货, 在这种情况下, 处理柴油机制造中遇到的各类问题能力相对较强, 对柴油机的质量和项目进度有充分的保证。AREVA在柴油发电机供货中主要负责发电机、电气和仪控系统供货, 采购上海电气生产的发电机, 使用西门子专利技术。但从在建项目情况反馈来看, 发电机制造中的问题相对较少, 但解决问题受制于西门子, 反应速度相对迟缓;Caterpillar为美国本土的AP1000项目做过柴油机成套设计, 具体柴油机本体和发电机设计和供货能力。其因未实现本土化, 供货价格可能会很高, 但后期可进一步实现转让成套设计技术和与国内联合生产;综合上述各种情况, 在新建项目中应急柴油发电机组供货商的选择上, 结合每个电站的实际需求, 可根据每个供货商的优缺点进行互补性合作模式的选择。
2. 加强成套设计供货的能力。
由于应急柴油机在核安全、抗震、机电仪一体化等多方面要求的复杂性, 与之对应的设计管理绝不是某一个专业或者一两个人所能够单独完成好的, 而是综合的、专业的技术管理, 需要E、P两个板块的分工合作。在项目建设中选择有一定柴油发电机基础知识背景的技术人员, 参与成套化设计、采购和主要设备的监造工作。同时选择柴油机本体设计和生产能力相对较强的单位合作, 减少对工作的分包数量和层级, 增强全面控制能力。
3. 质量管理方面的措施。
柴油机系统集成复杂, 柴油机本体零部件达2万多个, 而这些部件的生产来自几十至上百家不同的供应商, 分包管理较难, 根据质保等级和问题出现率, 可追溯至四级甚至五级分包商。如质量管理体系不完整, 执行不严, 很容易出现质量问题。就目前的经验来看, 柴油机供应商自身技术强, 则零部件分包商或分包层次相对少, 质量管理易控制, 出现问题后解决起来也容易些。国内外柴油机制造商对产品的监督检查方式上的差异也是导致质量存在差异的原因, 在质量管理方面德国企业更具优势, 德国大型柴油机制造商对零部件采取100%检查, 只要在检查的该批次中有一定量的不合格, 则认为该批次不可接收。国内企业大多采用抽样检查, 同一批次的零件抽样率符合相关检验合格标准, 即认为该批次的产品可接受。另外因企业文化和工作严谨度也使部分国内企业质量管理不到位, 从而影响产品品质。根据在对国内部分企业的质量保证检查的经历来看, 部分企业质量管理理念尚存在一定的问题。所以在选择供货商时注重选择质量管理体系相对完善, 且执行有力的供货商, 或协助供货商完善质管理体系并监督其严格执行。在制造前对供货商的质量计划和产品设计文件进行审查, 在制造中对质量管理体系的执行情况进行跟踪、监管, 保证执行过程的有效性。
4. 项目管理方面的改进。
设备成套管理上, ARE-VA的成套管理经验丰富, 具有一定的实力。但联合体形式, 组织机构相对松散, 其内部也因利益问题和责任界限不清, 遇到问题时易互相推诿、逃避或推脱责任。在新建项目上, 业主可联合设计院和采购部门组建临时采购团队, 涵盖机电仪等相关专业技术和管理人员。在项目管理上发挥业主的自主掌控能力, 有效减少供应商层层分包的现象, 实现对供货商有效地管控。
六、结论
从阳江核电项目应急柴油发电机组的采购经验反馈来看, 受技术和制造等因素的影响, 国内企业还没有实现单独设计制造柴油发电机组的能力, 目前均采用与国外企业联合设计及制造为主的联合体模式进行供货, 这样的模型虽然实现技术和制造上双方的互补, 但同时如果组织内部管理不善, 会造成责任划分不清、相互问题推诿等问题, 最终造成项目进度的延误、成本的增加。所以在合理选择供货商及供货模式的同时, 也要关注项目自身技术和采购的延伸管理。当然要想从根本上解决问题, 专业化的集成设计及制造团队的建立是必不可少的。
摘要：本文对中广核集团阳江核电项目中, 应急柴油发电机组采用的采购模型的经验反馈进行了介绍, 并对经验反馈进行了分析和提出改进建议。
核电应急柴油发电机组 篇3
核电厂6 k V应急柴油发电机组是核电厂应急电源, 它的安全可靠运行对厂内核安全意义重大。在主电源、备用电源及主发电机失电时, 应急柴油发电机必须在10 s内使机组达到额定电压和额定频率执行程序带载, 确保应急照明及堆内余热导出, 关闭设备, 避免事态进一步扩大[1]。
1 应急柴油发电机作用及技术要求
1.1 应急柴油发电机作用
核电厂在进行化学反应时会在反应堆内产生大量热, 该热量主要凝聚在堆芯内使其成为核裂变过程中主要的放射源。堆芯内余热随时间延长会逐渐降低, 如果在有效时间内没有将温度降至最低点, 便会导致核电厂反应堆内堆芯烧毁。一般核电厂每台机电组都会配有一定数量的应急柴油发电机, 数量控制在2台~4台, 只有当主、备用电源完全关闭后, 应急发电机才会启动, 将堆芯内热量排出至机体。原有核电厂没有配备辅助电源装置, 关闭核电厂主电源与备用电源后, 该系统内所有配电系统便会全部与电源断开, 造成堆芯内热量不能及时有效散失, 会烧毁内部配电设备。核电厂应急柴油发电机不但运行功率大, 且电机承载容量也大。为保证核电厂内冷却水、油等系统正常循环, 在核电厂主电源和备用电源没有发生故障时, 应急柴油发电机也会处于热备用状态, 保证各个核电设备处于安全稳定的运行环境。
1.2 应急柴油发电机技术要求
应急柴油发电机在接收到终端系统指令后, 保证从启动至正常运行状态的时间间隔要在10 s~20 s范围内, 并且额定电流与电压都要在设备运行条件范围内。核电厂原有发电机运行时间间隔在80 s~170 s间, 由于时间过渡比较长, 造成核电设备达不到理想状态下的预测值, 使设备出现低压抖动现象。设备在负载运行期间, 其发电机内部转子的振动频率保证在5 200 Hz~6 800 Hz, 电压达到额定电压值的85%, 电流达到额定电流值的90%, 这样才能保证核电厂内设备处于正常运行状态。对于中间切换时间有一定的技术要求, 切换时间不大于这一程序的开始至下一程序的开始时间的50%, 这样能够保证各个设备在系统切换时有一个等效过渡时间。应急柴油发电机加载一个运行程序时, 不会导致设备瞬间运行条件改变。日本核电厂应急柴油机运行过程中, 加载了附加设备的运行程序, 导致柴油发电机内部转子转速提高了原有速率的70%, 出现自动跳闸现象。所以要求加载附加设备期间, 其转子运行速率不要超过额定转数的83%, 运行条件不会发生瞬间改变, 减少设备额定功率损耗。
2 应急柴油发电机特点
2.1 稳定性
应急柴油发电机稳定性主要体现在电力系统的全自动化控制, 大亚湾核电站中适用的应急柴油发电机 (型号为HC407GF) 能够根据系统动态稳定性自动识别系统故障, 并在短时间内将分析后的数据传输至终端系统进行处理。管理人员将核电设备中的工作运行功率波长录入至数据库内, 一般设定反应堆冷却系统工作运行波长在1 300 nm~1 500 nm, 安注箱工作运行波长在700 nm~900 nm, 主变压器工作运行波长在800 nm~1 200 nm。假设该核电设备运行过程中, 工作波长出现异常, 自动识别系统便会根据设备传输波长的长短进行故障分析。然后将故障分析数据传输至核电终端系统, 完成信息传输过程。此系统在信号加密方式上也保证了其传输路径的稳定性, 核电系统在数据信号上采用8进制加密方式。例如核电传输在传输一组数据信息时, 经加密处理后, 其数据代码为010 011 110 111 001 101 000, 传输的数据代码在交换设备处理过程中, 其翻译后的指令为2367150, 应急柴油发电系统利用该指令能够有效保证传输数据信息的有效性。
2.2 低敏感性
应急柴油发电机组控制系统在数据库中设定了遥感程序, 设备在遥感程序设定下完成对核电厂设备的监测。低敏感性主要体现在两个方面:一个方面体现出应急柴油发电机的试验性, 另一方面体现出发电机的应急性。发电机在启动运行时, 所有报警程序便全部启动, 完成整个启动程序监控流程。而原有柴油发电机没有设置该运行程序, 导致后期设备在运行管理中出现故障时才发出警报信号, 这时已对核电设备造成极大损坏。应急性主要体现在核电设备进入应急状态时, 柴油发电机会瞬时达到最大运作效率保证堆内重要设备不失电。例如:当出现水温升高、油压降低现象时, 应急柴油发电机增大输出功率使循环系统中水泵及油泵增加功率, 以此降低水温, 提高油泵压力, 保证核电设备后期正常运行。
3 应急柴油发电机继电保护措施
核电厂应急柴油发电机继电保护措施包括:发电机差动保护和定子接地保护, 该运行保护管理措施不但减少核电设备的故障率, 而且能提高运作效率。
3.1 发电机差动保护措施
发动机差动保护措施是降低发生短路时的电流。在发生短路时电流呈现非平衡状态, 此时电流运作也呈现非周期性。这时差动保护便会在正常负荷下降低运行工作电流, 降低幅度与正常电流之差不超过6%。应急柴油发电机在差动保护措施中改进了其反映灵敏时差, 由于原有数据信息不能被设备及时接收而造成中间延时加大 (最长延时达到12 s) , 使终端处理器不能有效发出指令。而现有差动系统在运行管理措施中减少中间延时效应, 此外差动保护在运行管理措施中还可以作为跳闸信号处理, 完成发电机应急处理程序。
3.2 定子接地保护措施
定子接地处理方式包括悬浮接地、单点接地及多点接地。悬浮接地是将发电机定子串联到一个接地点, 然后用牵引导线将电流引入大地。一般悬浮接地不同于其它系统接地, 主要是因为该接地方式没有形成静电回路, 当遇到雷电天气时, 会击穿核电厂周围结构物, 产生强大的静电飞弧。单点接地是将三个核电设备并联至一条回路中, 然后通过牵引导线将高压电流引入大地。例如核电厂包括三个高压系统, 分别为A系统、B系统、C系统, 其中A系统包含三个子系统, 在单点接地系统中, 三个系统串联接入然后与C系统并联接入母线, 而B系统可单独与接地母线连接, 使之不构成静电回路。多点接地系统适用于工作频率低于1 MHz的工作运行环境, 当高压系统工作频率高于13 MHz, 采用单点接地方式, 便会增加底线阻抗值, 使其向外辐射高频噪音。多点接地是将二次中的每个核电设备单独接地, 例如:核电厂中大型电力设备 (如蒸汽发生器、高低压加热器、主变压器) 均由牵引导线独自接地, 这种接地方式不但能够减少接地阻值, 还能减少设备向外辐射噪音信号。回路接地是利用逆变器工作运行原理, 逆变器将电力设备运行的高电压变为低电压, 大电流转化为小电流, 使其保证运行电路工作人员的安全。
4 结语
核电厂对应急柴油发电机综合运用差动保护和定子接地保护的方法, 并结合不同方式的接地形式, 避免使之构成静电回路。同时运用发电机差动保护管理原理降低工作电流, 减少反应灵敏时差。这种综合管理程序不但降低了核电厂应急发电机的故障率, 并且提高了发电机的机械效率。
摘要：结合《核电厂电气原理与设备概述》课程中应急柴油发电机原理提出了管理措施, 包括发电机差动保护和定子接地保护, 以确保失电工况下核电厂安全应急设备第一时间恢复电力供应, 确保反应堆安全退出运行。
关键词：核电厂,柴油发电机,接地保护,安全运行
参考文献
核电应急柴油发电机组 篇4
关键词：核电,柴油机,监造,质量控制,华龙一号
应急柴油发电机组作为核电厂的应急电源, 在核电厂主电源、备用电源及主发电机失效后10s内启动, 达到额定电压和额定功率, 确保电厂应急照明和堆内余热排出, 保证反应堆安全停堆, 避免事态进一步扩大。 众所周知, 应急电源的丧失是导致日本福岛核事故发生和扩大的重要原因, 因此日本福岛核事故后, 为了满足核安全的需要, 核电站用应急柴油发电机组受到了高度的重视。 日本福岛事故后, 根据福岛核事故经验反馈以及我国和全球最新安全要求, 中核集团研发的先进百万千瓦级压水堆“华龙一号”堆型首堆建设已经启动, 为福建福清5/6#项目。 为满足“华龙一号”的核安全需求, 为我国核电安全地走出去打下坚实的基础, 对应急柴油发电机组的质量控制提出了新的要求。
一、华龙一号应急柴油发电机组的性能要求
1.柴油发电机组转速600 rpm, 额定输出功率8000 k W, 额定电压6.6 k V, 额定频率50 Hz, 功率因数0.8, 机组最低使用寿命40 年;
2.柴油机在正常工况运行下, 累积有效运行时间不小于10000 小时, 启动时间除外;
3.柴油机启动可靠性不低于99%;
4.柴油机空载运行最大持续时间可达8 小时;
5.柴油机在使用寿命年限内启动次数为4000 次;
6.柴油机起动后, 10s内达到额定转速和额定电压;
7.与应急柴油机应急运行及发电功率有关的柴油机承压的辅助机械设备、部件核管线设定为核安全三级, 电气部件为1E级;
8.柴油机加载时频率不能低于95%额定频率, 电压不能低于75%额定电压, 频率恢复到额定值的98%及电压恢复到额定值的90%的时间小于此程序开始与下一程序开始之间的时间间隔的60%。
二、核级应急柴油发电机组经历的国产化采购模式
应急柴油发电机组是一套非常复杂的集成化、模块化设备。 机组本体主要由柴油机、发电机、连接装置和公共底座等构成, 与柴油机辅助系统、发电机励磁和保护系统、仪表和控制系统等共同组成了核电厂内应急交流电源。 应急柴油发电机组的国产化模式主要还是与国外大型柴油机供货商联合设计制造为主, 通过消化和吸收国外先进技术逐步进行国产化。
1.国内二代加M310 核电堆型主要采用了联合体的采购模式:
(1) 德国MTU、阿海珐公司和山西北方安特优组成联合体。 MTU为联合体的接口人负责柴油机系统设计, 阿海珐负责电仪设备的设计和供货, 山西北方安特优负责柴油机零部件的组装和试验, 承担了中核集团福清核电项目。
(2) 由法国ALSTOM、德国MAN公司、武汉ALTSOM、陕西柴油机重工有限公司组成联合体。 ALSTOM为联合体带路人, 并负责电仪设备的设计和供货, 陕西柴油机重工负责部分国产化零部件的采购以及柴油机的组装和试验, 承担了中核集团田湾和海南核电项目。
2.目前中核集团三代核电“华龙一号”应急柴油发电机组采取的采购模式为:
总包商为陕西柴油机重工有限公司, 法国MAN公司提供技术支持, 中核集团河北分公司承担部分系统布置设计。
陕柴自制一台柴油机的重要零部件供MAN公司进行评审, 在MAN公司认可后, 陕柴开展该型号柴油机的制造, 用于核电的国产化。 由于国内企业没有承担过项目总承包的角色, 并且国内企业的设计、工艺、质保、处理问题的能力都不如国外企业成熟, 因此, 在总承包模式改变为国内企业的背景下, 如何对陕柴的制造活动进行质量控制显得尤为重要。
三、应急柴油发电机组的质量控制要点
应急柴油发电机组为核1E级别设备, 属于重大设备, 因此监造等级定为监造一级, 根据现场需要在陕西柴油机重工有限公司派驻监造人员一名, 在发电机分包厂家派驻监造人员一名, 进口件由驻欧洲人员进行质量控制。 根据零部件的核安全等级、质保等级、工艺复杂程度等在供应商提交的零部件制造质量计划上选取相应的见证点 (停工待检点H, 见证点W, 记录点R) , 监造人员进行见证, 同时对设备制造的全周期进行质量控制。 主要的监造内容有以下几点。
1.开工先决条件检查。
(1) 设计文件的检查。
①检查设备供应商已编制设计文件清单, 检查设计施工图、技术规格书、技术条件等设计文件的种类和数量以及版本情况, 以确定设计是否固化, 对于设计没有固化的坚决不允许开工, 从源头杜绝由于消化吸收不到位而产生的问题;
②检查设计联络会、设计审查会会议纪要与图纸有关问题的澄清或解决情况, 在设计变更和技术澄清没有得到落实情况下, 不得开工制造;
③检查国家核安全监管部门对制造厂整改行动项目的落实情况, 没有整改完成坚决不开工。
(2) 主要外购件及原材料入厂验收。 设备监造工程师对柴油机的结构材料和零部件等原材料、外购件、外协件进厂检查, 首先应检查材料和零部件的合格证等质量证明文件, 根据合同和技术条件要求, 需要进行复验的进行入厂复验。 其次是监督制造厂对材料和零部件进行实体检验, 并对检验结果进行见证、审查、确认。 柴油机的主要外购零部件有:曲轴、连杆、管路等, 特别对高压燃油管、空气管路和启动空气管路应注意检查压力试验参数的符合性。
(3) 制造厂资质的检查。 检查核安全设备设计或制造许可证, 检查制造单位名称、住所、法定代表人、从事的活动种类和范围是否符合国家核安全监管部门的要求, 确保关键工序无违规分包现象。 焊工或焊接操作工应具有相应国家核安全局颁发的资格证书, 焊工或焊接操作工人员数量、焊工考试合格项目应满足车间产品焊接需要。
无损检测人员应具有国家法定培训机构颁发的资质证书, 无损检测人员数量和资质范围应能满足无损检测工作的需要, 针对产品无损检验方法, 确保每种方法具有2 个Ⅱ级以上人员。 无损检测人员为本制造单位正式聘用人员, 无其他单位人员在本单位从事无损检测工作。
2.对主要零部件的质量控制。
(1) 主要铸锻件的控制。 柴油机主要的铸锻件有机身、汽缸盖、缸套、连杆、曲轴等, 主要关注的是零部件的机械性能和硬度是否合格, 粗加工前进行100%UT检测, 并禁止进行补焊和打磨等工序。 对于连杆尤其注意零件号是否与实体一致, 并检查连杆螺栓是否存在裂纹。
(2) 对机械加工过程的监督。 主要的机加工工序为:缸套精加工、汽缸盖精加工及水压试验、终检、机身精加工、轴承盖、精镗曲轴孔、精镗凸轮轴孔、精镗缸孔。 可适当设置精加工后的见证点, 确保精加工后的零部件尺寸工差和表面粗糙度等满足图纸要求。 精加工后进行MT检测, 检测是否存在裂纹。
3.柴油机零部件装配质量控制要点。
(1) 缸盖装配:检查气门座密封性能, 检查气门沉入量及气门间隙。
(2) 装活塞—连杆组件:连杆小头铜套上的油孔或油槽与连杆上的油孔要对正, 连杆体和连杆盖对应编号一致, 每个连杆连接螺栓与连杆螺栓孔也是固定对应关系, 组装时注意连杆螺栓编号和螺栓孔编号一致。
(3) 装配曲轴、轴承盖:曲轴承盖与机体曲轴孔座对应编号一致, 曲轴螺栓的拉伸量符合组装工艺要求, 曲轴组装后检测轴向间隙符合工艺要求。
(4) 装活塞、 连杆、 缸套总成: 组装前核查活塞、 缸套尺寸, 检查连杆瓦孔尺寸。 测量连杆瓦孔尺寸和组装曲轴、连杆时, 连杆连接螺栓应分次紧固, 紧固力矩、转角符合工艺要求, 螺栓紧固位置刻线应一次对准, 如果拧紧时超过刻线位置, 不允许倒拧对准, 需松开后重新紧固。
(5) 装凸轮轴:装入凸轮轴时, 应使用凸轮轴导入工装、凸轮轴及孔涂机油, 防止剐蹭凸轮轴轴承铜套。 定位后检测轴向间隙符合工艺要求。 调整凸轮轴定时, 检查曲轴和凸轮轴的定位是否准确, 精度是否满足工艺要求。 在紧固凸轮轴定时齿轮螺栓时, 要注意观察是否造成凸轮轴、齿轮的跑动, 一旦出现上述现象, 要重新进行定位和装配。
(6) 装配曲轴齿轮、减震器:在进行此类过盈配合零部件的装配工作时, 扩张压力和推进压力同步达到组装工艺要求压力后, 卸去扩张油压, 推进油压保持工艺要求时间。
(7) 装缸盖:缸盖螺栓拉伸量或紧固力矩、转角符合工艺要求。
(8) 装喷油泵、横向控制机构:装喷油泵前根据测量结果选配调整垫片厚度。
(9) 排气总管装配:增压器箱与排气总管结合面清洁, 组装前结合面涂高温密封胶, 检查增压器润滑系统单向阀组装方向。
4.柴油机单机试验的质量控制要点。 柴油机单机试验应当包括磨合试验和性能试验。 柴油机磨合试验是发现和排除柴油机组装质量问题的重要环节, 试验前应注意检查试验操作人员是否已按试验大纲完成试验前准备工作, 启机前柴油机安全防护功能的静态检查验证结果应符合安全防护参数要求, 应对所有柴油机的报警和停机装置进行整定和检查, 触发点应记载在试验记录中, 应确认试验台所有传感器信号正常, 无报警信号出现, 避免由于柴油机存在组装质量问题而对柴油机造成重大损失。 柴油机性能试验是对柴油机应具备的基本性能的验证, 试验内容应至少满足相关标准及技术规格书对柴油机出厂性能试验的要求。
5.柴油发电机组的试验。 柴油发电机试验前与发电机进行组装, 检查联轴器的材料证明, 审查柴油机、发电机联轴器符合性声明文件。 检查材料、零部件质量证明文件, 柴油机质量计划已执行完毕且质量计划见证点签署齐全, 无问题遗漏项。 审查空气启动总阀、预润滑油泵、冷却水泵、预热器、燃油冷却器, 空气启动管路管件, 滑油、燃油管路管件质量证明文件、合格证、符合性声明文件, 审查启动空气管路管件焊接无损探伤报告等。 检查发动机和发电机之间的同轴度, 检查机组在试验台就位后的柴油机和发电机的同轴度应符合工艺文件要求。
机组试验内容一般应包括:功率验证试验、调速器试验、启动试验、振动测量、负载试验、裕度试验、轻载试验、空载试验、空载试验后50%加载试验等试验项目。 试验过程中应注意观察试验台有无报警信号出现, 柴油发电机相关参数是否异常。
试验结束后应按试验大纲要求的拆检项目进行检查。
四、加强对柴油机组分包商的管理
一套应急柴油发电机组系统包括400 多台设备, 一万多项部件和材料, 约涉及上百个分包商, 大部分分包设备为辅助系统的设备, 当前项目实际操作过程中发生的大部分质量问题的也基本属于辅助系统设备部件。
1.目前应急柴油发动机组分包商存在的问题有:
(1) 柴油机非关键零部件存在多级供应链, 主供应商对分供应商的控制存在薄弱环节, 造成由于分供应商采购的零部件质量控制不够, 业主方又难以深入监控。
(2) 国内制造水平不高和分供应商在采购时过多考虑低价格, 造成一些零件的质量存在隐患。
(3) 对于国外采购的辅助系统设备, 供应商考虑到出国费用高, 一般不派人出席见证, 质量控制薄弱。
(4) 供应商在核电站处理现场问题时质量控制不到位, 部分活动未编制质量计划或者现场环境带来柴油机试验次生质量问题。
2.对柴油机组分包商的质量控制措施。
(1) 加强对外购件分包商的合格供应商的评价, 做好资格审查工作, 取得认可后, 方能作为合格分包商参与项目。
(2) 根据设备质量分级和以往项目经验, 对不同的分包商进行不同级别的监造管理, 对于质保等级在QA3 级以上的设备, 总包商均按我司要求, 提交设备质量计划, 各方对质量计划进行选点, 对薄弱环节进行控制。
(3) 加强现场监造对分包商的帮扶力度。 加强现场监造监督作为对分包商制造过程质量管理的一种控制手段, 是必不可少的。 通过经常性地对制造过程进行质量检查、巡查, 可以帮助各级分包商积攒宝贵经验, 养成良好的质量管理习惯, 在后续的项目中也便于我司及总包商的质量管理。
(4) 将核安全质保的理念积极灌输到总包商及各级分包商中。 要求总包商严格按照核安全质保要求管理其下级分包商, 力求做到每一级分包商都能够在质量上受控于上一级承包商, 做到尽可能地深入管理, 防微杜渐, 并防患于未然。
五、结束语
核电设备的国产化是我国核电产业发展的重要方向, 百万千瓦级核电站用应急柴油机组是核电厂重要安全级设备, 是国家重点鼓励的国产化设备之一。 目前, 我国百万千瓦级核电站用应急柴油机组国产化进入了关键阶段, 总包商由外方变成了中方, 设备制造质量风险加大。 因此对柴油机的质量控制工作提出了新的要求。 但只要我们从设备的采购全过程对质量进行预控, 加强设备制造先决条件检查, 确保柴油机制造企业按照核电设备质量保证有效运转, 从源头上杜绝问题的产生, 加强对分包商的质量控制, 确保外购件的到货质量, 确保重点零部件的制造以及柴油机系统的试验过程中严格按相关标准及程序执行, 相信百万千瓦级核电站用应急柴油机组一定能顺利交付核电现场, 为我国第三代核电“华龙一号”走出去打下良好基础。
参考文献
[1]苏石川, 元广杰, 杨宗明.现代柴油发电机组的应用与管理[M].北京:化学工业出版社, 2005.
[2]魏邦华.核级应急柴油机的国产化方案[J].中国核电, 2014 (02) :24-28.
[3]周全之.浅析日本福岛核电事故原因及影响[J].大众用电, 2012 (01) :37-39.
核电应急柴油发电机组 篇5
关键词：柴油发电机,继电保护,负序过流,定子接地
国内某核电站机组柴油发电机继电保护装置由DMS7001型差动保护装置和GMSH7001型综合保护装置组成。现谈谈较为复杂的综合保护装置。
综合保护装置GMSH7001是一款适合中小型发电机电气后备保护的微机型继电保护装置, 保护功能较为齐全。该厂综保装置设置的保护有:定子接地、负序过流、过载、逆功率、失磁、低频、过频、低电压、过电压及低阻抗等。对GMSH7001型综合保护装置, 在维护应用过程中出现过的异常现象是负序过流保护误告警, 另外认为其定子接地保护在设计上可进一步完善。
1 负序过流保护
当发生不对称短路时, 将有负序电流流过发电机的定子绕组并在发电机中产生以两倍同步转速对转子旋转的磁场, 从而在转子中产生倍频电流。由于集肤效应的作用, 倍频电流主要在转子表面流通, 形成过热点, 导致转子表层金属材料强度下降, 甚至烧伤转子, 危及机组的安全。此外, 转子本体与护环的温差超过允许限度, 将导致护环松脱, 造成严重的破坏。
发电机有一定的承受负序电流的能力, 只要转子流过的负序电流不超过规定的限度, 转子就不会遭受损伤。根据发电机的设计标准, 负序电流符合以下定律:
(INeg/In) 2*t=C (C为常数, 可从8~40之间选择)
机组柴油发电机承受负序电流特性为:正常情况下定子可接受的最大负序电流是8%Ingen, 事故情况下 (I2gen/Ingen) 2×t如图1所示:
由图1取点计算可知柴油发电机的常数C为20S, 为保守起见, 设计部门给出C为8S。又
I2>>=I2gen×Ingen÷In1CT×In=8%×573÷800In=5.73%In
故取I2>>设定值为5%。从保护装置试验结果记录I2=1A, t=200S及I2=2A, t=49.99S看非常符合公式:T=8/ (I2/In) 2 (1)
负序过流保护误告警时机组柴油发电机运行一切正常, 只有负序过流保护启动, 但未动作跳闸, 后停机检查发现是由于综合保护装置GM SH7001的CT弹簧片安装结构造成的。综合保护装置CT电流回路接线板内侧装有一弹簧暗藏式的小连接片, 分析、试验后认为该设计是为了在带电强拆保护装置背后接线板时, 防止CT开路的。应该说这样的设计挺人性化———防止工作人员因CT开路而触电, 但同时也带来了一定的负作用———一旦该短接片在发电机运行时没有被可靠断开, 就会引起分流, 出现负序电流, 致使负序过流保护误动。正是因为小联接片未完全断开, 致使柴油发电机运行时综合保护装置出现了负序过流“START”告警信号, 但由于负序电流很小, 根据公式 (1) 还未达到动作时间而没有跳闸出口。后来经试验发现去掉小联接片后不影响测量、保护功能, 再考虑到不会也不允许在机组运行过程中拆装装置背后接线, 于是将其去掉, 柴油发电机再启动运行时无负序过流告警信号出现。举一反三, 我们接着又校验了全厂同类型保护装置 (包括备件) , 又发现两台综合保护装置GMSH7001出现类似情况, 经检查都是小联接片未可靠断开, 直接去掉后, 负序电流保护都很正常。时至今日, 所有综合保护装置GMSH7001再也未出现任何负序过流保护误启动现象。
另外一点, 在运行巡检过程中, 由于该负序过流保护是反时限, 当I2刚好等于启动值0.05In时, 保护跳闸时间经公式 (1) 计算为3200S, 接近1小时, 因此负序保护启动后, 其动作跳闸时间可能很长, 而鉴于负序过流保护的重要性, 建议启机后运行人员需不定时的查看综合保护装置面板“Start”灯, 以便及时发现故障, 减小设备损坏程度。
2 定子接地保护
发电机最常见的故障之一是定子绕组的单相接地 (定子绕组与铁芯间的绝缘破坏) , 定子接地后, 接地电流经故障点→中性点接地点→定子绕组构成回路。当接地电流过大时, 能在故障点引起电弧, 损毁定子绕组和铁芯, 并引起危害更大的匝间、相间短路。由于该核电站机组柴油发电机没有配置零序电压互感器, 综保装置GMSH7001也没有自产零序电压的功能, 所以不能采用反映基波零序电压的接地保护, 只能通过中性点零序电流互感器的基波零序电流 (综保装置GMSH7001可滤掉三次谐波) 来反映接地故障。
机组柴油发电机由于并网后将断开中性点接地刀, 中性点CT也一同被断开。此时不管柴油发电机本体发生什么故障, 中性点CT电流将为0A, 这就导致依赖于检测中性点CT零序电流的定子接地保护失去意义。机组柴油发电机出口6KV母线段联接有中性点接地变压器, 倘若并网运行时柴油发电机定子接地, 保护就很可能跳掉中性点接地变压器而不是有故障的机组柴油发电机, 定子接地现象仍然存在, 只不过没有形成故障回路, 未造成损坏而已。对于综合保护装置GMSH7001来说, 其定子接地保护的工作时段被限制在机组柴油发电机试验工况下的并网之前空载运行阶段, 这种情况下, 定子接地保护作用没完全发挥, 只能依靠低电压、低阻抗等后备保护来反映故障。并网以后, 虽然跳掉6KV接地变压器也能限制故障的发生, 但若首先断开机组柴油发电机, 可更好的保证电网和厂用电的安全运行。当然, 在核电厂应急情况下, 定子接地保护是不起作用的, 可使机组柴油发电机能够继续可靠的向重要厂用设备供电 (不涉及核安全) 。
该厂柴油发电机综保装置GMSH7001功能虽然不像大型发电机保护那样完善、合理, 但对于5MW的小型发电机而言, 可以认为已能满足各工况下的电气故障保护。从调试、维护的经验看GMSH7001型综合保护装置功能较完善、动作可靠性高、反应灵敏, 可满足中、小型发电机的继电保护要求, 也可作为核电厂事故应急柴油发电机的一种较典型综合保护装置。
参考文献
[1]CEE Relays Ltd.GMS7000 DIGITAL PROTECTION FOR SYN-CHRONOUS MACHINES.
核电应急柴油发电机组 篇6
关键词：发电机厂房,防火设计,安全疏散,油罐间
0 引言
建筑防火设计在整个建筑设计工作中起着极为重要的作用。建筑的防火问题直接危及使用者的生命和财产安全, 工业建筑的防火设计更是与人民的生产生活密切相关。因此, 做好建筑防火设计是一个建筑设计成败的关键, 所有从事建筑设计的人员在实际的工作中都应予以高度重视。在建筑设计的方案阶段、初步设计和施工图设计等各个阶段、各个专业的工作中, 防火设计都必须作为重点加以考虑。
1 项目背景概况
本子项为某核电厂厂区附加柴油发电机厂房, 其主要的功能为厂区的附加电源, 当一台应急柴油发电机组因维修等原因不可用时, 本子项内柴油发电机组可临时作为替代电源。该子项由柴油发电机主厂房和主贮油罐间两部分组成。
在原初步设计中, 柴油发电机主厂房为地上2 层, 局部地下1 层, 建筑高度10. 5 m; 主贮油罐间为地上1 层, 建筑高度8. 1 m;基底面积约为658. 85 m2, 总建筑面积约为1 050 m2。主贮油罐内介质为柴油, 油量为370 m3, 主厂房内日用油罐间油量为2. 5 m3。建筑防火设计执行GB 50016—2006 建筑设计防火规范, 地上与地下各划分一个防火分区, 主贮油罐间为一个防火分区。
经研究分析, 本子项的初步设计在防火设计执行标准及平面布置等方面存在遗留问题。1) 主厂房内日用油罐间贮存的介质为柴油, 厂房内所使用的柴油为非水溶性可燃液体, 工艺要求柴油按照闪点不小于60 ℃ 采购。根据《建筑设计防火规范》中所示, 大于60 ℃ 则为丙类液体, 则该厂房为丙类厂房; 同时, 根据规范规定, 厂房内丙类液体中间储罐应设置在单独的房间内, 且容积不应大于1 m3, 而工艺设计中日用油罐间的油量为2. 5 m3, 与建筑防火规范冲突, 设计存在不合理之处。2) 日用油罐间位于主厂房2 层的中部, 设置于消防设备间与直流室之间, 并且未进行特殊防火处理; 主厂房外部安全疏散楼梯设置在临近主贮油罐间一侧, 而日用油罐间内的柴油为丙类可燃液体, 若发生火灾, 则影响工作人员的安全疏散, 2 层的平面布置存在安全隐患。3) 主贮油罐间为地上1 层建筑, 内贮存柴油油量370 m3, 若发生火灾, 既会对主厂房外部安全疏散楼梯造成威胁, 也会产生油品外溢的风险。
根据上述初步设计中建筑防火设计方面存在的遗留问题, 在下一阶段的设计中进行了研究分析和优化设计。
2 优化防火设计及方法
2. 1 设计优化方法
1) 该子项建筑防火设计执行GB 50016—2006 建筑设计防火规范存在遗留问题, 采用对比分析的方法对现行相关规范进行梳理, 明确本子项建筑防火设计执行的规范标准。2) 优化防火布置原则: 一方面, 将火灾危害较大的用房集中布置, 减小对其用房的火灾危害; 另一方面, 加强对电气用房的保护, 使设计布局更加合理, 提高工程的安全性。3) 优化防火疏散设计: 安全疏散楼梯的位置远离具有火灾危险性的房间, 确保安全疏散路线不受火灾的影响。4) 优化主贮油罐间、日用油罐间及蓄电池间的设计, 以降低火灾事故的危害性, 提高工程的安全性。
2. 2 优化防火设计
2. 2. 1 确定执行的规范
根据工艺与供货商的研究与讨论, 工艺提出希望日用油罐间的储存量能够满足2. 5 m3。为满足工艺的需求, 建筑专业展开了相关规范的梳理, 以寻求更适合本工程具体情况的建筑防火设计依据。
通过对比GB 50016—2006 建筑设计防火规范以及GB/T22158—2008 核电厂防火设计规范, 发现《核电厂防火设计规范》在满足工艺需求的同时, 更具有包络性。
首先, 《核电厂防火设计规范》是根据火荷载计算, 通过加强对火灾危害较大的用房的防护, 将火灾限制在重点防范的区域, 对设置中间储罐的房间无具体储量的要求, 因此满足工艺对日用油罐间储存量2. 5 m3的要求。
其次, 虽然本子项工艺专业要求厂房内所使用柴油按照闪点不小于60 ℃ 采购, 但依据GB 252—2011 标准0 号柴油, 闪点不小于55 ℃ , 因此在未来的运行中存在所采购的柴油闪点不能满足不小于60 ℃ 的风险。依据《建筑设计防火规范》, 闪点小于60 ℃的柴油为乙类液体, 储存乙类液体的房间需要进行防爆及泄压的设计; 而《核电厂防火设计规范》是根据火荷载计算对房间四周围护结构提出防火要求, 对火灾危害较大的用房进行防护, 对重点用房进行保护, 而对储存液体的闪点无要求。
综上所述, 经过对比分析, 结合工艺布局要求, 经专家评审最终确定: 本子项为非安全相关的特殊工业厂房, 建筑防火设计参照GB/T 22158—2008 核电厂防火设计规范进行设计, 并相应采取防火隔离措施。
2. 2. 2 优化厂房布置
1) 将原来布置在主厂房2 层的日用油罐间由原电气控制间上部移至1 层临近主贮油罐间方向靠外墙部位, 距主贮油罐间15 m, 远离电气控制间、直流室及蓄电池室和安全疏散楼梯。其外墙与柴油发电机房及消防设备间之间的墙体均采用240 mm厚配筋混凝土实心砖墙, 耐火极限均不小于3 h, 外门采用耐火极限为1. 5 h的防火门。这样在发生火灾的情况下可以阻挡火势的蔓延, 以保证其他设备用房的安全。此做法一方面降低了火灾的危害、提高了工程的安全性; 另一方面缩短了日用油罐间与油罐间管沟的长度, 使设计布局更加合理, 也降低了工程成本。2) 主贮油罐间周围墙体与消防设备间及输油泵间之间的周围墙体均采用240 mm厚配筋混凝土实心砖墙, 耐火极限均不小于3 h。3) 工艺专业将柴油发电机主厂房原地下室的辅助设备间移至1 层, 方便柴油机辅助设备的安装运输, 缩短了与柴油机相连的管道长度。同时, 将电缆夹层改为电缆沟, 取消了地下室部分, 减少了建筑面积约220 m2, 降低了工程投资。4) 优化蓄电池间的设计, 增加一半开放式区域以放置洗眼器及一些安全防火设备。
2. 2. 3 优化防火分区及安全疏散
1) 防火分区。建筑防火设计参照GB / T 22158—2008 核电厂防火设计规范, 防火分区为: 主厂房的日用油罐间为一个防火小区, 其防火屏障的耐火极限为3 h, 门的耐火极限为1. 5 h; 电气控制间、直流室及蓄电池室均为各自独立的一个防火小区, 其防火屏障的耐火极限均为1. 5 h, 门的耐火极限为1. 5 h; 主贮油罐间与输油泵间、消防设备间之间为防火屏障, 其耐火极限为3 h。
2) 安全疏散。在原初步设计中, 厂房外部楼梯设置在临近主贮油罐间的一侧, 若发生火灾, 则影响工作人员的安全疏散, 设置较为不合理。在优化设计中, 将疏散楼梯移至主厂房的另一侧, 远离具有火灾危险性的主贮油罐间和日用油罐间, 保证了火灾发生时的安全疏散。此外, 由于疏散楼梯的梯柱与主厂房的GB沟相冲突, 设计中优化了疏散楼梯的承重方式, 在梯井处设置承重墙体, 采用悬挑梯段及休息平台的方式, 既解决了梯柱与GB沟接口相冲突的问题, 同时完善了建筑的立面效果, 使得建筑立面更加简洁、美观。优化后的柴油发电机主厂房1 层设有4 个安全出口, 2 层设有3 个安全出口。柴油发电机房、电气控制间、直流室和主贮油罐间均设置2 个安全出口, 以确保安全疏散路线不受火灾的影响。
2. 2. 4 优化主贮油罐间及日用油罐间的设计
1) 在优化设计中, 兼顾考虑370 m3油量及消防水量, 结合工艺需增加主贮油罐设备与日用油罐间高差的调整, 将主贮油罐间及输油泵间下沉至- 2. 000 m, 改为深半地下结构, 以防止油罐在火灾工况下破裂后油体四溢, 危害周围厂房。同理, 在日用油罐间外门处设置0. 300 m高门槛, 以防止日用油罐破裂后的油体外溢, 降低了火灾事故的次生灾害。2) 除此之外, 在日用油罐间与输油泵间链接的输油管沟处采取阻火措施, 进入管沟的孔洞进行防火封堵, 气密、水密, 降低了火灾事故的危害性。
3 结语
通过对初步设计的深入分析, 找出设计中存在的问题, 在下一设计阶段进行设计改进, 从而优化和完善了建筑防火设计, 同时降低了工程造价和经济成本。
厂区附加电源柴油发电机厂房优化防火设计具有如下优点:
1) 通过辅助设备间和电气控制间及电缆沟的布局调整, 使厂房布置更加合理, 取消了地下室部分, 减少了建筑面积, 降低了工程投资。2) 通过日用油罐间及安全疏散楼梯位置布置的调整, 防火分区及防火边界的划分更加清晰, 重点防护突出, 既保证了其他用房的安全, 也使得安全疏散路线更加合理, 提高了厂房的安全性。3) 通过优化主贮油罐间、日用油罐间及蓄电池间的细节设计, 降低了火灾危害, 同时降低了工程成本。
优化后的非安全级厂区附加柴油发电机厂房建筑防火设计布局更为合理, 防火措施更加完善, 安全疏散更有保证, 避免了次生灾害的产生, 提高了核电厂的安全性, 间接提高我国百万千瓦级核电站的安全设计水平。同时, 这项研究成果将会在后期同类项目设计中得到更广泛的应用。
参考文献
[1]GB 50016—2006, 建筑设计防火规范[S].
核电应急柴油发电机组 篇7
关键词：励磁,ALSTOM,低励
1 励磁控制系统简介
我厂应急柴油发电机组采用ALSTOM励磁控制系统,其具有操作简单,性能可靠等特点。该系统包括一个自动电压调节通道和一个手动励磁电流调节通道,在运行时两者互相跟踪,保证通道切换时的平稳性。励磁控制系统主要包括电源卡、手动设置卡、自动设置卡、手动调节卡、自动调节卡以及低励限制卡。
2 励磁系统调试
2.1 电源卡A76
电源卡需要检查在额定交流电压输入时其输出的直流电压是否满足要求,同时要需要通过调整输入交流电压大小确定其输出直流电压的对应关系。通过试验得出:A76卡在交流电压输入45V左右开始有直流电压输出,当交流电压输入到达117V时,A76卡的输出达到最大值,即正负15V。
2.2 手动设置卡测试
手动设置卡的主要作用向手动调节卡输出励磁电流参考值,所以试验时主要测量其输出量Uref,即其试验报告中的M1点。励磁电流参考值Uref的变化范围为0V~3.3V(分别对应于0%Ifn和110%Ifn),所以在调试时需要通过手动按面板上的增减磁按钮改变Uref以确定该输出的实际输出范围,通过测试我们得到的变化范围为0V~3.298V。该板卡的另一项功能是在柴油机空载情况下起励后需输出一个预设值Uref=1.44V,使发电机空载时机端为6.3k V,通过测试,我们得到的预设值为1.452V。
2.3 自动设置卡测试
自动设置卡的功能与手动设置卡类似,即向自动调节卡输出一个电压参考值,其输出Uref的输出范围为4.5V~5.5V(分别对应90%Un和110%Un),该范围也是通过按面板上的增减磁按钮看其变化范围,通过测试,我们得到的实际变化范围为4.50V~5.50V。与手动设置卡类似,自动设置卡的另一项功能是在发电机起励或者由手动通道切换到自动通道时向自动调节卡输出一个预设值5V(对应于100%Un),通过测试我们得到的结果为5.0V。
2.4 手动调节卡测试
手动调节卡的功能是通过比较励磁电流采样值经转换成电压后的值与手动设置卡输出的考值Uref进行比较,根据其输出值Vc来调整整流桥可控硅的开度达到调节励磁电流大小的目的。励磁电流采样值IF的变化范围为0V~-3V(分别对应励磁电流为0A和Ifn=6.32A),经过测试我们得到的实际变化范围为-0.16V~-3.045V。
调节手动设置卡的励磁电流参考值至一个特定值,例如1.5V,根据估算,此时如果励磁电流采样值为3.2A时,其对应的IF也大约为1.5V,此时手动调节卡的输出Vc的值应变化的较慢,即调节卡的调节力度较小,若此时减小励磁电流值至2A,则调节卡的输出应快速向正值变化,当调节励磁电流至大于3.2A的某一个值时,调节卡的输出应快速向负值变化。通过试验,调节卡的输出大约变化范围为-12.85~+14.45V,当正常运行时该变化范围大约为-1~+1之间。
2.5 自动调节卡测试
自动调节卡的功能是根据自动设置卡给出的电压参考值与机端电压采样值间的差值大小调节励磁电流大小从而改变机端电压大小。自动调节卡的测试项目包括VT和IF。VT即机端电压的采样值应为5V(即对应于6.3k V),通过测试我们得到的实际值为4.96V,励磁电流采样值应为3V(对应于Ifn=6.32A),实际得到的IF为2.98V。
1)自动调节卡的过励限制功能测试
过励限制是当发电机励磁电流大于1.1倍额定励磁电流时,该功能触发,以降低A36输出控制电压Vc1,从而降低励磁电流值。在没有机端电压采集的情况下(即继电保护测试仪没有输出)可以测得Vc1的输出大约为12.85V,此时用直流发生器模拟励磁机的励磁电流,逐渐增大励磁电流至6.3A左右,Vc1的输出保持稳定,但会逐渐下降至大约8.2V左右,继续增大至7A,Vc1开始持续下降并最终稳定在-12.85,同时A36卡上的LIM灯亮,说明自动调节卡上的过励限制动作,即验证了自动电压调节卡的过励限制功能以及其动作值的正确性。
2)自动调节卡的强励功能测试
在没有机端电压采样的情况下,Vc1的输出大约为12.85V,此时用继电保护测试仪向调节卡输入约50V左右的电压,然后调节励磁电流输入至2.53A左右,此时可以看出Vc1的输出将稳定在9.2左右,说明此时需要增加励磁电流。模拟励磁电流至7.0A后,如上述一样将发生过励限制动作,Vc1将快速降低至-12.85。此时在继保仪上模拟电压突降,即将继电保护测试仪输出突然减少至30V左右,可以看出Vc1的输出瞬间增加到12.85,持续时间大约为5s,在强励过程中可以看到过励限制灯LIM将熄灭。
2.6 低励限制卡测试
低励限制卡的功能是在发电机进相运行深度过大时将发电机的运行点拉回至低励限制曲线的右方。低励限制的的测试功能包括功率值采样及低励限制曲线的确定。
1)功率采样验证
功率值采样需测试三个点,即发电机发出纯有功、发电机发出纯无功及发电机吸收纯无功。当发电机吸收纯无功时,根据发电机的额定视在功率为7875k VA,其电流应为:
所以在试验时用继保仪向限制卡输入三相57.74V正序电压,保持B相相角为-120°,使继保仪的电流输入为B相交流电流4.5∠-30°,此时电流相角超前电压相角90°,发电机吸收纯无功。低励限制卡上的IDW电压应为-5.0V,试验时测得的实际电压为-5.003V。同理,当发电机发出纯无功时保持电压的幅值及相角不变,仅需改变电流相角至4.5∠-210°,此时电流相角落后于电压相角90°,发电机发出纯无功,测量点IDW的理论值应为+5.0V,实际试验的电压为+5.0V。当发电机发出纯有功时,改变电流相角至4.5∠-120°,此时电压与电流同相位,发电机发出纯有功,测量点︳IW︳的理论值为+5V,试验时的实际测量值为+5.00V。
2)低励限制曲线的试验
在该发电机的低励限制保护中,其限制曲线为一条直线,我们通过发电机P-Q曲线上的两个点确定该直线,其坐标分别为(0,-6.057)和(3.17,-5.497)。
第一个点的验证只需模拟发电机发出纯无功,直至限制卡上的LIM亮起就说明该值为实际的动作值。用继保仪输出三相交流57.74V正序电压,使Ub=57.74∠-120°,使Ib=0∠-30°,在保持电压和电流相角均不变的情况下逐渐增大Ib的幅值,即模拟此时发电机的运行点在Q轴上由零点逐渐向负值运动,直至限制卡上的LIM灯亮起。在实际试验时我们得到的Ib动作值为3.47A,所以此时发电机的功率如下:
可以看出,实际的动作值与理论动作值基本一致。
在第二个动作点时发电机为输出有功,吸收无功,所以电流相角应超前电压相角。在做试验时需保持Ub=57.74∠-120°,Ib=0∠-60°,然后逐渐增大Ib的电流即可模拟发电机的视在功率S的运行轨迹为一条直线,当限制卡的LIM灯亮起时即表明S的运动轨迹与低励限制线相交。通过试验,我们得到的动作电流为3.64A,所以此时发电机的功率如下:
与理论动作值基本一致。
3 结束语