核电厂应急柴油发电机组调速系统特性研究与应用实践

史佳俊

摘 要应急柴油发电机组是核电厂内的应急电源，调速器作为转速自动控制系统的核心部分，对柴油发电机组转速、功率等参数进行控制，是确保整个柴油机系统稳定运行的关键设备。本文以秦山第二核电厂应急柴油发电机组调速系统为研究对象，对调速系统的控制机理和工作模式进行了说明，以特性分析为主，结合典型故障案例分析，相关方法可为核电柴油发电机组调速系统调试和故障排查提供指导。

【关键词】应急柴油机 调速器 速降 模式

1 引言

秦山第二核电厂应急柴油机采用法国S.E.M.T PIELSTICK公司生产的16PC2-5V400型多用途大功率柴油机。为了确保核电应急母线的可靠性，应急柴油发电机组必须在10秒内起动并建立起额定电压和频率，并按照带载程序带载。为满足以上需求，应急柴油机调速系统选用精度等级较高的电子液压式调速器，它由电子控制箱和电液执行器两部分组成，简称电调和机调。

2 概述

调速器的作用是在柴油机各种工况运转中，当外界负荷发生变化时能够自动调节喷油泵的供油量，以保证柴油机在规定的转速下稳定运转。此外，为保证柴油发电机输出电压稳定，要求其在规定转速下恒定运转。

正常情况下，秦山第二核电厂应急柴油发电机调速系统被电磁传感器感知的交流信号在电子调速器内被转换成与原动机转速成正比的直流电压信号。转速设定电压和实际的转速电压在和点处代数相加，转速设定电压为正电压，实际转速电压为负电压。当两者在和点处相加且数值相等而极性相反时，结果为零，和点平衡，柴油机在一个不变而稳定的转速下运行。

3 调速系统运行模式

应急柴油机调速系统有三种运行模式：同步模式、液压模式和速降模式。

3.1 同步模式 -Isochronous mode

秦山第二核电厂应急柴油发电机运行在Isochronous模式下的工况包括每两月一次的低负荷带载性能试验。该模式下应急柴油发电机只能供应急母线段负荷。

该模式下应急柴油发电机保持恒频恒速运行，与负荷大小无关。此时柴油机与外电网不存在任何联系，仅仅向应急段母线供电，柴油机的转速是稳定的。当进行手动加减负荷和程序工步卸载带载时，负荷的变化将造成柴油机实际转速的波动，但由于该模式下柴油机的速度设定点是唯一不变的，柴油机通过调节进油量，补偿由于负荷变化带来的速度偏差，最终使柴油机的转速恢复到额定设定值。Isochronous 模式下柴油发电机运行曲线是一条水平直线。

3.2 液压模式- Hydraulic mode

在该模式下运行的应急柴油发电机，一旦电调工作电源失去或“看门狗”自检未通过，柴油机速度将失去正常的速度控制，此时瞬间会自动切换至液压模式运行，由EGB—50P机械液压调速器控制调节柴油机速度。该模式是柴油机速度控制的后备保证，同时可实现空载怠速起动，以降低对机械零部件的磨损。

3.3 速降模式-Droop

速降，也称调速率，是控制系统传递环节中的一个重要参数，其大小直接影响到系统的反应速度和稳定性。没有速降的系统是不稳定的，对于速降的设定要合适，不能太高或太低，一般在3%～5%。需要说明的是，电调和机调均可以对速降进行设定，机调速降的实现是通过内部负荷活塞杆与速敏机构之间的速降连接杆实现的，速降值通过机调端部面板上的“speed droop”旋钮进行调节。

4 案例分析

4.1 速降模式下，并网瞬间功率下降

4.1.1 事件背景

109大修1LHP电子调速器实施技改更换成E19600装置后，对其进行功能试验验证期间，操作人员通过主控同期小车将1LHP机组并入外网瞬间，有功功率未能保持稳定，同时迅速下降至逆功率保护动作，导致柴油机同外网解列。

4.1.2 事件分析

并网瞬间的初始功率未能保持稳定，原因在于柴油机出力不足。其原动力来自机械调速器的驱动作用，其执行部分通过联接杆控制高压油泵。

E19600电子调速器根据出口断路器的辅助节点开入装置电信号，从而进入速降模式。并网前，操作人员通过主控同期小车进行发电侧和系统侧的压差、频差和相位差的调节操作，以满足同期并网条件。并网瞬间，燃油尺条位置在低负荷下非常小，若频率略微增大至50.02HZ，此时外界不提供原动机增量干预，燃油尺条位置将减小到最小限制值，有功功率將会迅速下降至逆功率保护动作区域，最终导致逆功率保护动作使机组与电网解列。

考虑到外网频率波动的可能性，操作人员在并网瞬间应立即给予增加速度脉冲信号使有功功率稳定。

4.2 并网后有功无法提升

4.2.1 事件背景

秦山二厂1LHP柴油发电机组在某次并网试验过程中，其有功功率升至50%PN左右无法再增加，并网试验不成功。

4.2.2 事件分析

升降有功功率的实质是利用速降原理，通过逐渐开入电调装置速度设定值脉冲信号来实现。

在电调输出回路中串接电流表，同时给出增加脉冲，发现电流信号并未发生变化，而现场查看EGB机调速降值在3.7%左右。通过分析可知：柴油机在并网模式Droop情况下，机调作为最终的执行输出机构，接收电调输出的电流信号，机调3.7%的速降值会在电调速降未达到满负荷的情况下，提前达到机调限值，从而造成功率无法再调节增加。

在速降模式下，由于EGB速降定值设置的不合理，导致有功功率增至50%PN时即达到了机调执行器的最大限制，此时功率无法再上升。要解决这一问题，可以通过减小机调速降斜率Droop，或者增大机调速度整定值Speed setting来实现。前者最好设置为0，而后者将导致在运行过程中由于电调失效而切换至液压模式时，速度和频率过高。综上，将机调速降值由3.7%调整至0为最佳选择。

5 结束语

核电应急柴油机调速系统工作模式多，结构复杂。涉及调速系统的调节和故障排查，国内专业人士均十分谨慎，复杂技术问题仍需向国外技术专家寻求支持，关键技术为国外少数专业公司所垄断。本文以柴油发电机组调速系统特性分析为主线，结合典型故障案例分析，提出了解决问题的方法，为后续调速系统检修和调试工作积累了经验。

作者单位

中核核电运行管理有限公司 浙江省海盐县 314300