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操作使用与维护保养

应急柴油发电机组在核电厂行业的运行管理

 

摘要：核电厂应急柴油发电机组是保障核安全的重要防线，被称为核厂的最后一道电源保障。它能在厂外电全部失去的极端情况下快速启动，为反应堆安全停堆、排出余热以及防止放射性物质释放的关键安全系统提供应急电源。本文主要结合康明斯品牌的应急柴油发电机设计特点，对其启动停运、保护设置、钥匙连锁、电源故障等方面，从现场运行人员的角度做了浅要概述。对日常运行、定期试验、事故处理中遇到的一些问题、操作做了浅要的分析。 

 

一、核心功能与重要性

 

1、应急柴发的作用

      应急柴油发电机组（EDG）在核电厂中具有至关重要的作用，主要体现在以下几个方面：

（1）反应堆安全停堆：在失去厂外电的情况下，应急柴油发电机能够快速启动并带载，为控制棒驱动机构、反应堆保护系统等提供电力，确保反应堆能够安全停堆。

（2）余热排出：反应堆停堆后，仍然会产生衰变热，需要持续冷却。应急柴油发电机为余热排出系统（如RRI系统）提供电源，确保衰变热能够被有效带出，防止堆芯熔化、。

（3）专设安全设施供电：为安全壳喷淋系统、安全壳隔离系统等专设安全设施提供电力，防止放射性物质向外环境释放，缓解事故后果。

（4）核安全的最后一道电源防线：当厂外电和备用电源均失效时，应急柴油发电机组是确保核电厂安全的关键屏障，其可靠性直接关系到核安全。

2、系统组成与设计特点

      核电厂应急柴油发电机组是一个高度复杂和冗余的系统，其主要系统和设计特点包括：

（1）柴油机本体：通常采用大功率、中高速柴油机，例如秦山第二核电厂采用16缸4冲程V型排列的16PC2-5V 400型柴油机，采用废气涡轮增压和进气中冷技术以提高功率和效率1。

（2）发电机：一般为6.0kV或6.6kV、50Hz的同步交流发电机，采用自冷却方式，中性点绝缘。停机时配有防冷凝电加热装置。

（3）燃油系统：设有主油箱（可储存额定功率运行7天的燃油）和日用油箱（可储存1.1倍额定功率运行60分钟的燃油）。供油泵冗余配置（电动泵和柴油机驱动泵），火灾时可紧急排空日用油箱至主油箱。

（4）润滑油系统：配备预润滑油泵和预热装置，确保机组在热备用状态下能随时快速启动。正常运行时机带泵建立循环，润滑、冷却活塞并清洗管路。

（5）冷却水系统：

① 高温水系统：冷却气缸套、气缸盖等高温部件，并在备用时通过预热回路保持柴油机处于暖机状态。

② 低温水系统：冷却增压后的进气和中冷器，以及润滑油。

③ 压缩空气系统：分为高压回路（用于启动柴油机）和低压回路（用于控制启停）。高压空气罐压力需维持能保证5次连续启动。启动系统设计有冗余，支持“双排启动”（两列气缸同时启动）或“单排启动”（单列气缸启动），极大提高了启动可靠性。

（6）进排气系统：包括空气过滤器、涡轮增压器、中冷器和消音器。热备用时涡轮增压器由高温水系统预热。

（7）通风与消防：设有联锁启动的排风机带走运行时的大量热量。消防系统分区设置（主油箱区开式喷淋，发电机区闭式喷淋），并配有泡沫灭火装置1。

表1  应急柴油发电机组运行管理与维护要求

 

二、设计方案的实际案例

 

      对于反应堆，余热的排出是涉及电厂安全的一个重要内容。应急柴油机的设置可以保证在失去厂外电情况下反应堆的安全停运，余热可以正常带出，经由RRI传递至环境。应急柴油机可以保证在事故情况下专设安全系统的可靠性，即使失去外电源，安全系统仍然可以由柴油机供电发挥设计功能。 安装示例如图1、图2所示。

1、客户背景

      以秦山第二核电厂为例，核电厂应急柴油发电机挂在6kV中压系统上，分为A/B两列（LHP/Q），从启动信号、控制电源、厂房布置到启动后带载负荷，均完全独立，确保任一环节故障均不会引起两列同时不可用。从冗余性考虑，增设了第5台柴油发电机组（LHF）， 通过简单的连接就可以作为任何一个安全列的应急电源。使机组的安全列不仅由原来的应急柴油发电机作备用，并且附加的LHF也可以作同样级别的备用。使厂内电源的安全可靠性得到极大的提高。应急柴油发电机作为秦山第二核电厂的重要保安电源，其运行可靠性对核安全的意义十分重大。 

2、应急柴油发电机组的设计特点 

       秦山第二核电厂的应急柴油机为16缸4冲程单作用自点火型16PC2―5V 400柴油发电机。设两排汽缸共16缸呈V型排列，每排8个汽缸，两排汽缸连杆共用一根曲轴。工作时柴油以高压雾状喷入燃烧室内燃烧，放出热能，通过高压燃气膨胀将热能转变为机械功。采用了废气涡轮增压和燃烧进气中冷技术，极大提高了机组的功率和效率。发电机的形式为自冷却、6.0KV50HZ同步交流发电机，其冷却风机与转轴紧密连接。冷却介质为厂房内的空气，空气的入口位于机身两侧，出口位于发电机机身上部。在停机时，为了防止发电机出现冷凝现象，发电机装有防潮电加热元件，电加热元件在发电机运行时停止工作。发电机的中性点对地是绝缘的，发电机没有安装飞轮。 

      柴油机除了主要组件外，要使其正常、安全而又可靠的运转还必须保证气、油、水的充分供应和循环。其辅机主要包括：燃油系统、润滑油系统、低温水系统、高温水系统、进排气系统、压缩空气系统以及有关装置。 

（1）燃油系统 

       设有一可贮存满足额定功率运行7天所需燃油的主油箱和一个可贮存满足发电机在1.1倍额定功率运行60分钟所需燃油的日用油箱。设有电动燃油泵、柴油机驱动的主供油泵和电动辅助供油泵。主油箱通过两台100%容量的电动燃油泵向日用油箱供油（有柴油机启动命令时自启动）；日用油箱向柴油机供油通过主供油泵进行；在有启动命令前提下如果燃油压力低，一台电动辅助泵会备用自启进行增压。火灾情况下可通过开阀将日用油箱的油排到主油箱。此阀误开会导致日用油箱无油。 

（2）润滑油系统 

      设置了预润滑油泵、润滑油预热装置供机组热备用时使用，使润滑油系统内部充满滑油，相互运动零件表面布有充分的润滑油，同时润滑油接受适当加热以利于流动布油，确保柴油机在紧急情况时，能够快速起动并接受满载工作。正常运行时，由机带润滑油泵、润滑油冷却器、三通温控阀组成的滑油循环回路完成主、辅机润滑及活塞头部冷却，以及发动机和管路的清洗。此外设置了独立的发电机轴承润滑系统，轴承体中有一定数量的滑油以及润滑环，润滑环通过转轴驱动，从而使滑油循环冷却轴承。在轴承体外部装有一台泵，该泵周期性地起动以避免在机组长期备用过程中润滑油沉积干燥。 

（3）低温水系统 

       采用独立闭式系统，柴油机运行时分别通过涡轮增压器的空气冷却器及润滑油冷却器冷却燃烧进气和润滑油，它包括：柴油机驱动的离心式水泵；由热交换器和冷却风扇组成的空气/低温水冷却器，膨胀箱和温控阀。其中冷却风扇与高温水系统共用，柴油机起动后，风机按起动顺序自动投入运行。柴油机停运后，风机继续运行5分钟保持冷却。机组热备用时，低温水系统不运行。 

（4）高温水系统 

       设有主回路和预热回路， 主回路包括机带泵、主机内部冷却回路、高温水散热器、膨胀水箱等， 预热回路包括预热电动泵（201PO）、高温水加热器（200RS）、润滑油/高温水热交换器等。高温水系统有几方面的功能，这些功能分别体现在运行状态和备用状态。柴油发电机组在运行过程中，高温水系统的功能是冷却机械部件，例如：气缸套、气缸盖、排气阀、喷油器及涡轮增压器等，而热量最终由安装在高处的散热风机带走。机组处于备用状态时，为了时刻保持暖机状态，以确保机组能很好的应急启动，高温水系统的功能一方面是预热柴油机，使得柴油机在应急启动时有一个最佳的机械条件；另一方面则是热交换器加热润滑油。而高温水则是由200RS对其进行预热。 

（5）压缩空气系统 

       系统分为高压回路和低压回路，高压回路用来启动柴油机和供气给低压回路，低压回路用来控制柴油机的起动和正常停车，并可通过提升燃油泵实现电子超速停车控制。每台柴油发电机设计有两套独立的压缩空气启动回路，正常时要维持空气罐有足够的压力，以保证5次连续启动而不需要重新给启动空气罐充气。两台压空机250/251CO分别对应250/251BA，各自独立工作。在空气罐的压力小于34bar时压空机启动，压力达到40bar时压空机停止。两套压缩空气系统平时完全分开，在其中的一台压空机故障时，可以将两列的连通阀打开，从而实现一台压空机带两个压缩空气罐运行。压空机为三级离心式压缩机，它的启动方式为卸载启动，即启动指令发出时三级的卸载阀均开启，待启动后卸载阀延时关闭。两路启动控制空气管路分别直接与相关的减压阀相连，两路7bar的启动控制空气分别控制打开柴油机A、B列的主起动阀，从而40bar的启动空气得以冲入气缸推动活塞运转，最终启动柴油机。两路低压空气管路连接在一起，在各自的止回阀和隔离阀的下游形成了公共的低压空气回路，用以控制停车操作：正常停车和超速停车。正常停车控制空气管路从低压空气瓶的上游分出；两路超速控制空气从低压空气瓶下游分出，每路有一个气控阀驱动一排气缸。

 

图1  核电厂柴油发电机组安装过程

图2  核电厂柴油发电机组安装后实例

 

总结：

核电厂应急柴油发电机组是核安全的一道至关重要、无可替代的防线。其运行管理是一个涵盖系统设计、维护、试验、人员和管理的综合性工程。要确保其可靠性，需重点关注严格执行定期试验制度、实施精细化的预防性维护、强化人员能力和责任意识、构建健全的经验反馈体系以及行业动态和技术发展等方面。希望以上信息能帮助你全面了解核电厂应急柴油发电机组的运行管理。

 

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