秦山核電廠安全電源可靠性分析

核電廠的安全電源是給反應(yīng)堆專(zhuān)設(shè)安全設(shè)施等1E級(jí)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，要求它非常可靠。運(yùn)行安全技術(shù)規(guī)格書(shū)對(duì)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(shí)，在1小時(shí)內(nèi)執(zhí)行監(jiān)測(cè)要求（檢查斷路器控制回路狀態(tài)指示等）以證實(shí)剩余的交流電源的可運(yùn)行性，并且以后每8小時(shí)監(jiān)測(cè)驗(yàn)證一次；須在12小時(shí)內(nèi)至少使不可運(yùn)行的電源中的一個(gè)恢復(fù)到可運(yùn)行狀態(tài)，否則在此后的6小時(shí)內(nèi)至少處于中間停堆A階段并且在隨后的30小時(shí)內(nèi)降到冷停堆狀態(tài)。 秦山核電廠的安全電源由6 kV安全I(xiàn)、II段和380 V安全I(xiàn)-IV段組成，它們的上級(jí)電源有3個(gè)：第一電源，啟/備變，220kV秦石2271線路經(jīng)啟/備變給6 kV公用段供電，由6 kV公用段再給安全段供電；第二電源，高壓廠變，220 kV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6 kV工作段，6 kV工作段供6 kV公用段，再供6 kV安全段；第三電源（應(yīng)急電源），應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，1號(hào)、3號(hào)柴油發(fā)電機(jī)分別供6 kV安全I(xiàn)、II段，2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)通過(guò)切換可給6kV安全I(xiàn)、II段供電。其安全電源供電順序?yàn)椋赫＿\(yùn)行由第一電源供電；當(dāng)?shù)谝浑娫床豢捎脮r(shí)，通過(guò)6 kV工作段和公用段的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，把6kV公用段自動(dòng)切換到6 kV工作段供電，即轉(zhuǎn)到第二電源供電；當(dāng)?shù)诙娫匆餐瑫r(shí)不可用時(shí)，啟動(dòng)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，自動(dòng)合閘到6kV安全母線，按程序自動(dòng)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(yàn)性，相互之間切換邏輯清楚，比較可靠，運(yùn)行十多年來(lái)，在反應(yīng)堆運(yùn)行期間還未發(fā)生過(guò)安全電源全部喪失的事故。但也發(fā)生過(guò)第一、第二電源喪失，第三電源（應(yīng)急電源）啟動(dòng)的事件，說(shuō)明我廠的安全電源存在著薄弱環(huán)節(jié)。 3個(gè)電源中應(yīng)急電源的級(jí)別最高，是1E級(jí)，其他兩個(gè)電源是非1E級(jí)，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(shí)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(dòng)中諸如運(yùn)行、檢修、試驗(yàn)、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(shū)的要求進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)。但是我們也不能輕視其他兩個(gè)電源，只有提高了這兩個(gè)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(lái)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(dòng)中也要對(duì)它們予以高度重視。本文根據(jù)秦山核電廠的實(shí)際狀況，對(duì)3個(gè)電源進(jìn)行分析，從更新改造的角度提出一些對(duì)策。 第一電源的可靠性分析和對(duì)策 第一電源是220 kV秦石2271線路、啟/備變和6 kV公用段，2271線路從上海金山石化西區(qū)變電站引接，經(jīng)57 km的架空線路接入我廠。由于實(shí)體隔離的需要，220kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)運(yùn)行，所以此路電源是單線路單變壓器運(yùn)行，無(wú)論從理論分析和實(shí)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(lái)，曾發(fā)生過(guò)一起大霧絕緣子污閃跳閘、一起雷擊線路跳閘、一起對(duì)側(cè)開(kāi)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(shí)啟/備變差動(dòng)保護(hù)接線錯(cuò)誤，在區(qū)外短路時(shí)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(dòng)作跳閘，針對(duì)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?？赡艿母脑旆桨赣袃蓚€(gè)。 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(guò)，大部分原線路還可利用，需要增加一臺(tái)開(kāi)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(shí)浙江北部電網(wǎng)相對(duì)比較弱，220 kV變電所少，沒(méi)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?chē)黾恿?20kV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(méi)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220 kV電源，實(shí)現(xiàn)兩路電源并聯(lián)運(yùn)行，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(tái)開(kāi)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?yàn)槎?、三期的啟?dòng)/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?yàn)樯虾?、浙江電網(wǎng)220kV開(kāi)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220 kV拉過(guò)來(lái)，但不能并聯(lián)運(yùn)行，就起不到增加可靠性的作用。 第二電源的可靠性分析和對(duì)策 我廠安全電源的第二電源為：高壓廠變和6 kV工作段。正常運(yùn)行時(shí)啟/備變帶6 kV公用段運(yùn)行，高壓廠變帶6 kV工作段運(yùn)行，6 kV工作和公用段的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，當(dāng)啟/備變失電時(shí)，6 kV工作和公用段的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)自動(dòng)合上，由6kV工作段向公用段供電。對(duì)安全電源實(shí)現(xiàn)了從第一電源到第二電源的切換。 高壓廠變上級(jí)有3個(gè)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(dòng)切換上。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，我廠采用的是慢速切換，切換時(shí)間2.2s，當(dāng)啟/備變失電時(shí)，低電壓保護(hù)0.5 s跳開(kāi)負(fù)荷，應(yīng)急柴油機(jī)0.5s啟動(dòng)，對(duì)正常運(yùn)行的電廠是一個(gè)很大的擾動(dòng)，電源切換成功后，跳開(kāi)的負(fù)荷需手動(dòng)恢復(fù)。發(fā)生這種情況，設(shè)計(jì)上是不停堆的，但由于電廠瞬間受到很大的擾動(dòng)，運(yùn)行人員如果應(yīng)對(duì)失誤，還是有可能停堆的。1997年8月大臺(tái)風(fēng)時(shí)，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(kāi)后未能及時(shí)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(huì)對(duì)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?，敽穗姀S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(lái)不及動(dòng)作，柴油機(jī)也來(lái)不及啟動(dòng)，切換過(guò)程對(duì)電廠沒(méi)有任何擾動(dòng)，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220 kV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(shí)無(wú)計(jì)劃。秦石2271線路失電后，由快速切換裝置無(wú)擾動(dòng)切換以彌補(bǔ)，但如果切換不成功，就得啟動(dòng)應(yīng)急電源。能不能盡量少地啟動(dòng)切換？把第一和第二電源調(diào)換一下，就可解決此問(wèn)題。正常運(yùn)行6kV工作、公用段聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合上，啟/備變6kV側(cè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)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(shí)，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(duì)電廠無(wú)任何擾動(dòng)，盡快恢復(fù)即可；高壓廠變和啟/備變同時(shí)失電再啟動(dòng)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(dòng)切換的次數(shù)大大減少。此改造方案不需對(duì)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(jiàn)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。 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)6 kV安全段失電后立即啟動(dòng)，在12 s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(dòng)合到安全母線上，自動(dòng)帶載。整個(gè)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（包括自動(dòng)帶載程序）是一個(gè)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(lái)分析，有發(fā)電機(jī)本體、啟動(dòng)控制回路、啟動(dòng)蓄電池、啟動(dòng)電機(jī)、勵(lì)磁系統(tǒng)、出口開(kāi)關(guān)及控制回路、繼電保護(hù)系統(tǒng)等，任何一個(gè)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(shí)需要電廠各部門(mén)加倍努力。 我廠柴油發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)運(yùn)行以來(lái)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(méi)有同期裝置，公用段失電，柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)帶載穩(wěn)定運(yùn)行，這時(shí)公用段恢復(fù)供電，想把安全段也恢復(fù)到公用段供電時(shí)，由于二者之間沒(méi)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(bào)警：原設(shè)計(jì)中機(jī)房?jī)?nèi)的控制電源（如：?jiǎn)?dòng)控制電源、勵(lì)磁控制電源、儀表電源等）只在就地機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置失電報(bào)警，在主控室沒(méi)有報(bào)警。就地機(jī)房又沒(méi)有24小時(shí)值班，就會(huì)發(fā)生控制電源失去、柴油機(jī)不可利用而無(wú)人發(fā)現(xiàn)的情況。所以增加控制電源報(bào)警到主控室，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)控制電源失去的缺陷。 －增加出口開(kāi)關(guān)不可利用信號(hào)：柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)正常投入熱備用時(shí)，其出口開(kāi)關(guān)也投入熱備用，隨時(shí)準(zhǔn)備應(yīng)急合閘。但如果此時(shí)開(kāi)關(guān)不在正確的位置，需要應(yīng)急備用時(shí)開(kāi)關(guān)就不能合閘，所以增加在熱備用狀態(tài)下開(kāi)關(guān)不可利用的信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 －蓄電池充電器改造：我廠柴油機(jī)是由蓄電池啟動(dòng)，蓄電池要有充電器來(lái)維持電力。原充電器無(wú)限流措施，為防止柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)充電器電流過(guò)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(jì)中發(fā)電機(jī)出口開(kāi)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(dòng)后判斷安全段無(wú)電時(shí)，自動(dòng)合閘；二是同期合閘，用于定期試驗(yàn)，安全段有電，柴油機(jī)啟動(dòng)，同期合閘、帶載，驗(yàn)證柴油機(jī)的功能。在電廠換料大修時(shí)，控制出口開(kāi)關(guān)自動(dòng)合閘的兩套專(zhuān)設(shè)屏都停電檢修，而此時(shí)還需一臺(tái)柴油機(jī)作備用。就會(huì)出現(xiàn)安全段失電，柴油機(jī)啟動(dòng)，但專(zhuān)設(shè)屏在檢修不能自動(dòng)合閘；安全段無(wú)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(zhuān)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(dòng)后，能手動(dòng)合閘，保證柴油機(jī)能真正起到備用作用。 通過(guò)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(shí)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(duì)蓄電池的環(huán)境進(jìn)行改進(jìn)，增加通風(fēng)、降溫措施。 －2號(hào)柴油機(jī)控制電源切換不同時(shí)：2號(hào)機(jī)可作為A、B通道的備用，投入A通道時(shí)，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(shí)，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(huì)引起不同時(shí)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(shí)切換，或者不同時(shí)切換時(shí)，向主控室發(fā)出報(bào)警。 －試驗(yàn)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(shū)要定期進(jìn)行試驗(yàn)，在現(xiàn)在的控制回路中，柴油機(jī)在試驗(yàn)狀態(tài)下，如果發(fā)生"安注"或"失電"，柴油機(jī)不能自動(dòng)復(fù)位到應(yīng)急狀態(tài)。所以要對(duì)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(dòng)，直接影響應(yīng)急電源的可靠性?？梢赃M(jìn)一步改進(jìn)，對(duì)主保護(hù)（差動(dòng)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(gè)繼電器誤動(dòng)時(shí)不會(huì)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(lái)計(jì)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(lái)整定，會(huì)引起末端短路時(shí)保護(hù)達(dá)不到定值而不能及時(shí)切除故障。所以應(yīng)采用兩套定值，隨一次設(shè)備自動(dòng)切換。 以上對(duì)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(shí)施，經(jīng)實(shí)踐證明確實(shí)提高了安全電源的可靠性；有的我們正在準(zhǔn)備實(shí)施；有的只是個(gè)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)。