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秦山核電廠安全電源可靠性分析 1安全電源的現(xiàn)狀核電廠的安全電源是給反應(yīng)堆專設(shè)安全設(shè)施等1E級負(fù)荷供電，為停堆、安全殼隔離、堆芯冷卻、安全殼和反應(yīng)堆熱量導(dǎo)出以及防止放射性物質(zhì)泄漏的系統(tǒng)設(shè)備提供所需的電力。安全電源是非常重要的電源，要求它非?？煽俊＿\(yùn)行安全技術(shù)規(guī)格書對其運(yùn)行作了嚴(yán)格的規(guī)定，如：交流電源中有一路廠外電和一套柴油發(fā)電機(jī)組不可運(yùn)行時，在1小時內(nèi)執(zhí)行監(jiān)測要求(檢查斷路器控制回路狀態(tài)指示等)以證實剩余的交流電源的可運(yùn)行性，并且以后每8小時監(jiān)測驗證一次;須在12小時內(nèi)至少使不可運(yùn)行的電源中的一個恢復(fù)到可運(yùn)行狀態(tài)，否則在此后的6小時內(nèi)至少處于中間停堆A階段并且在隨后的30小時內(nèi)降到冷停堆狀態(tài)。 秦山核電廠的安全電源由6kV安全I(xiàn)、II段和380V安全I(xiàn)-IV段組成，它們的上級電源有3個(如圖1)：第一電源，啟/備變，220kV秦石2271線路經(jīng)啟/備變給6kV公用段供電，由6kV公用段再給安全段供電; 第二電源，高壓廠變，220kV秦雙2424線路、220kV秦躍2428線路、本廠發(fā)電機(jī)經(jīng)高壓廠變供6kV工作段，6kV工作段供6kV公用段，再供6kV安全段;第三電源(應(yīng)急電源)，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，1號、3號柴油發(fā)電機(jī)分別供6kV安全I(xiàn)、II段，2號柴油發(fā)電機(jī)通過切換可給6kV安全I(xiàn)、II段供電。其安全電源供電順序為：正常運(yùn)行由第一電源供電;當(dāng)?shù)谝浑娫床豢捎脮r，通過6kV工作段和公用段的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，把6kV公用段自動切換到6kV工作段供電，即轉(zhuǎn)到第二電源供電;當(dāng)?shù)诙娫匆餐瑫r不可用時，啟動應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，自動合閘到6kV安全母線，按程序自動帶載。由于安全電源設(shè)置了3道電源，具有足夠的獨(dú)立性、多重性和可試驗性，相互之間切換邏輯清楚，比較可靠，運(yùn)行十多年來，在反應(yīng)堆運(yùn)行期間還未發(fā)生過安全電源全部喪失的事故。但也發(fā)生過第一、第二電源喪失，第三電源(應(yīng)急電源)啟動的事件，說明我廠的安全電源存在著薄弱環(huán)節(jié)。3個電源中應(yīng)急電源的級別最高，是1E級，其他兩個電源是非1E級，在電網(wǎng)事故或其他事故中，第一、第二電源有可能失去，在此時應(yīng)急電源是反應(yīng)堆停堆后能繼續(xù)得到冷卻的最后保證，所以應(yīng)急電源必須保證非常高的可靠性，在核電廠的生產(chǎn)活動中諸如運(yùn)行、檢修、試驗、設(shè)備管理、更新改造等要特別關(guān)注，要嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范書的要求進(jìn)行生產(chǎn)活動。但是我們也不能輕視其他兩個電源，只有提高了這兩個電源的可靠性，才能減輕應(yīng)急電源的壓力，才能從整體上確保核電廠安全。另從經(jīng)濟(jì)性來考慮，第一、第二電源可靠性不高，后果是停堆停機(jī)次數(shù)的增加，所以在生產(chǎn)活動中也要對它們予以高度重視。本文根據(jù)秦山核電廠的實際狀況，對3個電源進(jìn)行分析，從更新改造的角度提出一些對策。 2第一電源的可靠性分析和對策第一電源是220kV秦石2271線路、啟/備變和6kV公用段，2271線路從上海金山石化西區(qū)變電站引接，經(jīng)57km的架空線路接入我廠。由于實體隔離的需要，220kV母聯(lián)開關(guān)斷開運(yùn)行，所以此路電源是單線路單變壓器運(yùn)行，無論從理論分析和實際情況，這種供電方式是最不可靠的一種方式。特別是57km的架空線路，可靠性最低，運(yùn)行以來，曾發(fā)生過一起大霧絕緣子污閃跳閘、一起雷擊線路跳閘、一起對側(cè)開關(guān)故障緊急檢修而停運(yùn)。啟/備變和6kV公用段由于在廠內(nèi)，故障停運(yùn)率較低，事故有：安裝施工時啟/備變差動保護(hù)接線錯誤，在區(qū)外短路時誤跳變壓器;6kV公用段和安全段發(fā)生諧振，電壓互感器一次熔絲熔斷，低電壓保護(hù)動作跳閘，針對這兩起事件已采取措施。所以要提高第一電源的可靠性，主要是提高220kV電源的可靠性。可能的改造方案有兩個。 方案一：把2271線路就近改接到浙江電網(wǎng)(南湖變電所或嘉興發(fā)電廠)，架空線路的距離可減少一半，遭雷擊等故障的可能性減小，線路本身的可靠性增加。投資也不大，原架空線路在南湖變電所和嘉興發(fā)電廠之間穿過，大部分原線路還可利用，需要增加一臺開關(guān)和相應(yīng)的保護(hù)。從電源可靠性分析，原從上海電網(wǎng)引接安全電源，考慮到當(dāng)時浙江北部電網(wǎng)相對比較弱，220kV變電所少，沒有發(fā)電廠，安全電源需要獨(dú)立可靠，所以從上海接。但近幾年浙北電網(wǎng)大大加強(qiáng)了，秦山周圍增加了220kV躍新變電所，嘉興電廠、秦山二期、三期相繼投入運(yùn)行，550kV王店變電所也投入運(yùn)行，浙北電網(wǎng)全網(wǎng)失電可能性幾乎沒有，所以可以從南湖變電所或嘉興發(fā)電廠引接安全電源。這樣，浙北電網(wǎng)非?？煽浚戮€路比原線路可靠，因此，整體可靠性就提高了。 方案二：可在方案一的基礎(chǔ)上，從秦山三期接一路220kV電源，實現(xiàn)兩路電源并聯(lián)運(yùn)行(如圖2)，克服單電源的缺點(diǎn)。秦山三期距離我廠1km，所以線路投資少，再增加兩臺開關(guān)和一套保護(hù)，投資也不大。此方案使一、二、三期安全電源相互備用，因為二、三期的啟動/備用電源也是單電源結(jié)構(gòu)(從220kV躍新變接)，可大大增加一、二、三期安全電源可靠性。但此方案要在方案一的基礎(chǔ)上才成立，因為上海、浙江電網(wǎng)220kV開環(huán)運(yùn)行，不允許并列運(yùn)行。如果我們接在上海電網(wǎng)，即使把三期的220kV拉過來，但不能并聯(lián)運(yùn)行，就起不到增加可靠性的作用。 3第二電源的可靠性分析和對策我廠安全電源的第二電源為：高壓廠變和6kV工作段。正常運(yùn)行時啟/備變帶6kV公用段運(yùn)行，高壓廠變帶6kV工作段運(yùn)行，6kV工作和公用段的聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開，當(dāng)啟/備變失電時，6kV工作和公用段的聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動合上，由6kV工作段向公用段供電。對安全電源實現(xiàn)了從第一電源到第二電源的切換。高壓廠變上級有3個電源(2424線路、2428線路、發(fā)電機(jī))，失電的可能性較小，變壓器本身和6kV工作段配電裝置也比較可靠，第二電源的最薄弱點(diǎn)在自動切換上。由于當(dāng)時技術(shù)條件的限制，我廠采用的是慢速切換，切換時間2.2s，當(dāng)啟/備變失電時，低電壓保護(hù)0.5s跳開負(fù)荷，應(yīng)急柴油機(jī)0.5s啟動，對正常運(yùn)行的電廠是一個很大的擾動，電源切換成功后，跳開的負(fù)荷需手動恢復(fù)。發(fā)生這種情況，設(shè)計上是不停堆的，但由于電廠瞬間受到很大的擾動，運(yùn)行人員如果應(yīng)對失誤，還是有可能停堆的。1997年8月大臺風(fēng)時，發(fā)生此種情況，由于惡劣的天氣，壓空負(fù)荷和水廠負(fù)荷跳開后未能及時送電造成停堆。所以慢速切換是最大的不可靠點(diǎn)，即使切換成功，還會對電廠的安全性、經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生很大的影響。目前廠用電源快速切換裝置技術(shù)已成熟，在發(fā)電廠、變電所廣泛運(yùn)用，巴基斯坦恰希瑪核電廠也采用了快速切換裝置。所以要提高第二電源的可靠性，首先要把慢速切換改為快速切換，現(xiàn)在的快速切換裝置可在幾十毫秒內(nèi)完成切換，如果發(fā)生啟/備變失電，6kV公用段、安全段可在幾十毫秒內(nèi)恢復(fù)供電，低電壓保護(hù)來不及動作，柴油機(jī)也來不及啟動，切換過程對電廠沒有任何擾動，可大大提高電廠的安全性和可靠性。有了快速切換裝置，我們就有更全面更好的改造方案。前面已分析了220kV秦石2271線路失電可能性高，改造要投資、要和各方協(xié)調(diào)，我廠暫時無計劃。秦石2271線路失電后，由快速切換裝置無擾動切換以彌補(bǔ)，但如果切換不成功，就得啟動應(yīng)急電源。能不能盡量少地啟動切換?把第一和第二電源調(diào)換一下，就可解決此問題。如圖3，正常運(yùn)行6kV工作、公用段聯(lián)絡(luò)開關(guān)合上，啟/備變6kV側(cè)開關(guān)斷開熱備用，高壓廠變帶電廠所有的負(fù)荷，這樣高壓廠變成為安全電源的第一電源，啟/備變空充熱備用作為第二電源;當(dāng)高壓廠變失電時，把安全電源(或全部電源)快速切換到啟/備變運(yùn)行;啟/備變失電，對電廠無任何擾動，盡快恢復(fù)即可;高壓廠變和啟/備變同時失電再啟動應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)。由于高壓廠變比啟/備變可靠，所以自動切換的次數(shù)大大減少。此改造方案不需對一次設(shè)備進(jìn)行投資，只在二次系統(tǒng)設(shè)備上進(jìn)行改造，具有投資省、見效快的優(yōu)點(diǎn)，是我們目前提高安全電源可靠性的首選方案。 4應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的可靠性分析和改進(jìn)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組作為最后的應(yīng)急電源，當(dāng)6kV安全段失電后立即啟動，在12s內(nèi)達(dá)到額定電壓和額定頻率，如果6kV安全段在失電4s內(nèi)還未恢復(fù)供電，則柴油發(fā)電機(jī)根據(jù)程序自動合到安全母線上，自動帶載。整個應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)(包括自動帶載程序)是一個機(jī)電儀一體的綜合系統(tǒng)，影響它的可靠性因素太多。單從電氣系統(tǒng)來分析，有發(fā)電機(jī)本體、啟動控制回路、啟動蓄電池、啟動電機(jī)、勵磁系統(tǒng)、出口開關(guān)及控制回路、繼電保護(hù)系統(tǒng)等，任何一個環(huán)節(jié)出故障就影響其可靠性，要保證其高的可靠性，確實需要電廠各部門加倍努力。我廠柴油發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)運(yùn)行以來為提高可靠性作了不少的變更，分述如下：-增加安全段與公用段的同期裝置：原安全段與公用段之間沒有同期裝置，公用段失電，柴油發(fā)電機(jī)啟動帶載穩(wěn)定運(yùn)行，這時公用段恢復(fù)供電，想把安全段也恢復(fù)到公用段供電時，由于二者之間沒有同期裝置，只能停柴油機(jī)，再恢復(fù)安全段，造成安全段第二次失電。所以在安全段與公用段之間增加了同期裝置，避免此情況的發(fā)生。 -增加控制電源報警：原設(shè)計中機(jī)房內(nèi)的控制電源(如：啟動控制電源、勵磁控制電源、儀表電源等)只在就地機(jī)房內(nèi)設(shè)置失電報警，在主控室沒有報警。就地機(jī)房又沒有24小時值班，就會發(fā)生控制電源失去、柴油機(jī)不可利用而無人發(fā)現(xiàn)的情況。所以增加控制電源報警到主控室，能及時發(fā)現(xiàn)控制電源失去的缺陷。 -增加出口開關(guān)不可利用信號：柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)正常投入熱備用時，其出口開關(guān)也投入熱備用，隨時準(zhǔn)備應(yīng)急合閘。但如果此時開關(guān)不在正確的位置，需要應(yīng)急備用時開關(guān)就不能合閘，所以增加在熱備用狀態(tài)下開關(guān)不可利用的信號，實時監(jiān)測。 -蓄電池充電器改造：我廠柴油機(jī)是由蓄電池啟動，蓄電池要有充電器來維持電力。原充電器無限流措施，為防止柴油機(jī)啟動時充電器電流過大而損壞，采用定期充電方式，這樣常常引起電池充電不足，使電池放電量減少，壽命縮短。所以把蓄電池充電器改造為帶限流功能的新型充電器，可以采用浮充方式運(yùn)行，保證蓄電池有充足的電量。 -增加同期旁通回路：原設(shè)計中發(fā)電機(jī)出口開關(guān)合閘有兩種方式，一是應(yīng)急合閘，有于安全段失電，柴油機(jī)啟動后判斷安全段無電時，自動合閘;二是同期合閘，用于定期試驗，安全段有電，柴油機(jī)啟動，同期合閘、帶載，驗證柴油機(jī)的功能。在電廠換料大修時，控制出口開關(guān)自動合閘的兩套專設(shè)屏都停電檢修，而此時還需一臺柴油機(jī)作備用。就會出現(xiàn)安全段失電，柴油機(jī)啟動，但專設(shè)屏在檢修不能自動合閘;安全段無電又不能同期合閘，柴油機(jī)起不到真正的備用作用。所以增設(shè)同期旁通回路，在專設(shè)屏停電期間，投入旁通回路，在安全段失電柴油機(jī)啟動后，能手動合閘，保證柴油機(jī)能真正起到備用作用。 通過上述不斷改造，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)的可靠性也在不斷地提高，目前從實際運(yùn)行情況分析，在電氣系統(tǒng)上還存在一些可能導(dǎo)致應(yīng)急柴油機(jī)失效的環(huán)節(jié)，需要在下列方面再進(jìn)行改進(jìn)： -蓄電池運(yùn)行環(huán)境差：蓄電池房間通風(fēng)條件差，降溫措施不夠，運(yùn)行中發(fā)生電池爆裂事件，需要對蓄電池的環(huán)境進(jìn)行改進(jìn)，增加通風(fēng)、降溫措施。 -2號柴油機(jī)控制電源切換不同時：2號機(jī)可作為A、B通道的備用，投入A通道時，相應(yīng)的直流、交流控制電源也要投到A通道;投入B通道時，相應(yīng)的直流、交流控制電源也要投到B通道?，F(xiàn)在交流、直流用兩把雙頭閘刀進(jìn)行切換，會引起不同時切換，或引起交、直流投入不同的通道，違反相互隔離的原則。所以須改為交、直流同時切換，或者不同時切換時，向主控室發(fā)出報警。 -試驗狀態(tài)下柴油機(jī)轉(zhuǎn)為應(yīng)急：柴油機(jī)按技術(shù)規(guī)格書要定期進(jìn)行試驗，在現(xiàn)在的控制回路中，柴油機(jī)在試驗狀態(tài)下，如果發(fā)生"安注"或"失電"，柴油機(jī)不能自動復(fù)位到應(yīng)急狀態(tài)。所以要對控制回路進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)這種運(yùn)行工況。 -繼電保護(hù)的設(shè)置：柴油發(fā)電機(jī)設(shè)置了一些直接跳閘的繼電保護(hù)，如果柴油發(fā)電機(jī)在應(yīng)急狀態(tài)下保護(hù)誤動，直接影響應(yīng)急電源的可靠性?？梢赃M(jìn)一步改進(jìn)，對主保護(hù)(差動保護(hù))可直接跳閘，其他保護(hù)應(yīng)經(jīng)三取二邏輯后跳閘，保證某個繼電器誤動時不會使柴油發(fā)電機(jī)跳閘。 -繼電保護(hù)定值：安全系統(tǒng)正常由第一或第二電源帶，即由大系統(tǒng)帶，其繼電保護(hù)定值根據(jù)大系統(tǒng)來計算并整定。但在應(yīng)急狀態(tài)下，由柴油發(fā)電機(jī)帶，即小系統(tǒng)帶，兩者的短路容量相差很大，保護(hù)定值還按大系統(tǒng)來整定，會引起末端短路時保護(hù)達(dá)不到定值而不能及時切除故障。所以應(yīng)采用兩套定值，隨一次設(shè)備自動切換。 以上對秦山核電廠安全電源的可靠性進(jìn)行了分析，并提出了一些改進(jìn)方法，有的已經(jīng)實施，經(jīng)實踐證明確實提高了安全電源的可靠性;有的我們正在準(zhǔn)備實施;有的只是個設(shè)想。鑒于安全電源的重要性，我們要不斷發(fā)現(xiàn)安全電源可靠性方面的不足，不斷地進(jìn)行改進(jìn)。 第 8 頁 共 8 頁