秦二厂水压试验泵汽轮发电机组运行分析

王瑞军

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

0 引言

秦二厂1/2 号机组水压试验泵汽轮发电机组（LLS系统），简称“小汽机”；可在蒸汽压力 7.6～0.76 MPa.abs（相应温度 292～170 ℃， 可承受瞬态压力 8.6 MPa.abs）范围内运行， 在最低压力蒸汽供应期间的运行性能仍能为其用户输出稳定且足够的电能。

在电厂应急配电系统无法供电的情况下，由小汽机供电的水压试验泵代替上充泵以保证主泵的轴封水供给，从而保障一回路压力边界的完整性，避免一回路冷却剂泄漏；同时，根据需要向1/2LNE360CR 和1/2ASG 系统的汽动泵就地控制箱提供电源，以保证核电机组向安全工况过渡所必需的仪表、控制和保护系统的正常运行，有力地保障了核电厂的安全。

运行实践中，小汽机出现过诸多问题；其中以超速导致的不可用最为突出，可靠性大打折扣，严重影响核电机组的运行安全。 特别在日本福岛核事故后，事故应急电源供给的可靠性问题已经引起国内、外核电业的高度重视。 如何提高LLS 系统的供电可靠性，尤其是在发生不可预计的严重事故时的可用性，已经成为一个重要研究课题。

1 秦二厂水压试验泵汽轮发电机组

秦二厂水压试验泵汽轮发电机组（小汽机），采用法国法玛通公司生产的4P1 型设备；其基本流程和电气一次图，如图1 所示。

为了保证核电机组安全稳定运行，要求从余热排出系统退出开始升温的所有状态，水压试验泵汽轮发电机组始终处于备用或例行试验状态，可以随时投入使用。

图1 水压试验泵汽轮发电机组基本流程和电气一次图

2 水压试验泵汽轮发电机组不可用问题分析

统计秦二厂水压试验泵汽轮发电机组所有不可用事件原因，几乎全为超速，如何避免该问题一直是个难题。

2.1 水压试验泵汽轮发电机组超速原因分析

要从根本上避免超速跳闸，必须了解影响汽轮机启动升速和负荷切换阶段超速跳闸的各个因素；并根据核电厂蒸汽参数制定出标准的启动升速曲线，且根据该曲线优化LLS 系统的运行检修参数。

大亚湾核电厂通过对LLS 系统汽轮机大量启动升速曲线的对比分析， 绘制出了标准启动升速曲线（见图2）。 结合标准升速曲线分析，LLS 系统汽轮机在启动升速过程中，有两个关键速度点；当转速达到约1 000 r/min 时，调速器油压建立，调速杆开始输出增加进汽调节阀LLS003VV 开度的信号；而此时尚未带上任何负载，开大LLS003VV 势必造成汽轮机超速跳闸。 为此，在LLS003VV 的阀芯前端设计有一个阻尼器， 功能是在启动阶段未带载之前将其阀芯压住限制开启，此阶段LLS 系统汽轮机的蒸汽供应被限制在最小蒸汽供应量上。

图2 LLS 系统汽轮机标准启动升速曲线

当汽轮机转速达到约2 000 r/min 时， 发电机建立励磁电压， 尔后0.6 s 内负载电阻开关9LLS027JA或9LLS028JA 闭合， 使该汽轮发电机组带上负载电阻 9LLS001RS； 此时阻尼器仍未释放，LLS003VV 仍被压住无法增加开度， 因此升速曲线会有一个因为加载了负载电阻而出现转速小幅下降的过程， 幅度在 0～400 r/min； 随后伴着阻尼器的释放，LLS003VV开度增大，其汽轮机的转速缓慢上升，最终（耗时9 s左右）稳定在3 000 r/min 左右。

从以上分析中，不难发现LLS 系统小汽机超速的主要原因就是LLS003VV 动作的不准确，即：提前动作或动作时开度偏大超调导致汽机超速。

2.2 水压试验泵汽轮发电机组超速解决方法

水压试验泵汽轮发电机组设计上通过阻尼器压住LLS003VV 延缓该进汽调节阀的开启和加载负载电阻两项措施来控制小汽机启动时的升速速率，从而保证启动阶段不出现超速跳闸； 而这两项措施的优化，有赖于标准升速曲线的绘制。

目前，秦二厂1/2 号机组已经完成初步改造，增加了数据采集系统； 其可以帮助优化小汽机的启动性能，降低超速跳闸导致的不可用风险。

3 水压试验泵汽轮发电机组运行改进建议

秦二厂1/2 号机组LLS 系统日常运行中有四个定期试验规程来验证其可用性，但执行试验规程的一次通过率较低，经常出现超速跳机，甚至出现过超速而机械超速保护未动作，导致机组受损返修。 运行人员冒险手动干预，幸无人员伤亡。

3.1 优化手动打闸操作装置的必要性

小汽机所在厂房布置都很不方便人员进出，当发生超速飞车事故时，很有可能由于疏散不及时而导致人员伤亡。 综合考虑各方面条件，采取距离防护是比较合适的选择；在执行具有相当危险性的手动打闸操作时，运行人员应该尽量远离小汽机本体；所以建议进行技术改造，设计一套远程手动打闸操作装置。

3.2 远程手动打闸操作装置

小汽机远程手动打闸操作装置， 其示意图如图3所示。由所在厂房的原有压空管线SAR480VA 经过两道阀门V1/V2（双阀便于隔离维修）引出一路进入压缩空气缓冲罐 （不影响到LLS001/003VV 的压空供应），再通过安装于该厂房门口（紧急情况下便于干预人员的安全撤离）的两道阀门V3/V4（双阀便于隔离维修）进入气动执行机构， 气动执行机构得气动作于LLS002VV 的机械停机装置（超速停机手柄），从而实现小汽机的远距离手动打闸停机。

图3 LLS 系统小汽机远程手动打闸装置示意图

正常状态下， 阀门V1/V2 保持开启，V3/V4 保持关闭；试验时阀门V3/V4 一个开启另一个关闭，发生超速事故时，打开阀门V3/V4，气动执行机构得气动作于LLS002VV 的机械停机装置，LLS002VV 关闭，小汽机停转。

另一种方案，可参考秦二厂应急柴油发电机组日用油箱紧急排油阀的设计，直接钢丝绳加轮滑组件传动至厂房合理位置，简单可靠；距离较远转弯较多有失效风险，需要加装杠杆装置以增加操作力矩和定期润滑。

同时，建议将LLS 系统技改增加的数据采集系统的信号分出一支传至远程手动打闸操作装置处显示，利于工作人员观察分析给出判断并及时执行停机操作；也可利用其实时数据为小汽机增加电气超速保护（超速电气信号作用于LLS001VV，快速关闭以隔断蒸汽供应）。

4 LLS 系统电源改造

LLS 系统是压水堆核电机组重要的备用电源，也是保障核电厂安全的最后一道屏障。 为提高电源可靠性，秦山核电基地一直在努力。

4.1 新增移动电源车及其能否有效介入的思考

秦山核电配置了车载移动电源， 其中车载低压380 V 柴油发电机组2 台，并且完成了配电装置的接口改造；所以9LLS001AR 比改造前多了一路电源（见图4），低压移动柴油发电车。

新增移动电源系统只考虑给SBO 事故 （全厂失电）后维持堆芯余热导出，一回路完整性和安全壳完整性必需的监测、控制、动力、通讯和照明设备（蒸发器水位和压力，一回路温度、压力以及稳压器水位，稳压器卸压阀的电磁阀，安全壳压力和温度，水压试验泵等）供电。 因此，选择给LLS 系统进行再供电。

在发生地震海啸等自然灾害时，如此大体积高质量的车辆能否顺利到达厂房是一个值得思考的问题。地震海啸时道路会被不同程度的破坏和阻塞，达到一定程度则影响车辆顺利通过，甚至于无法在有效时间内到达，导致核电机组事故无法得到缓解，甚至严重到日本福岛核事故的等级。

建议秦山核电基地增加道路保障设施设备，如推土机、挖掘机、吊车等，以保障极端事故情况下的道路通畅； 必要时请求军队和直升机等特种作业人员和设备的支援。 同时，建议编写定期操练规程，模拟真实场景做好事故情况下的各作业人员配合及现场操作演练。

4.2 小汽机与小柴油机的对比分析

LLS 电源系统过去一直采用国外制造的汽轮发电机组，运行参数特殊，维护工作量大，设备采购接口复杂并受制于人，成本高且难以国产化。

综合厂内外运行经验，经多方面论证，秦二厂3/4号机组LLS 系统采用了简单可靠的国产柴油发电机组进行替代。 柴油发电机组的优点是热效率高，设备紧凑，维护成本低；尤其是启动迅速、运转可靠和可以频繁起动的特点，很适合作为应急发电机组或备用发电机组使用。

柴油发电机组与汽轮发电组有很大不同，其厂房设计必有所区别。 如果将汽轮机改造成柴油机，土建方面将面临很大难度；并且内燃机的燃油和润滑油增大了火灾隐患，需要增加消防设施；燃烧产生窒息性气体，并伴有烟尘油渍污染环境，需要设计好排烟通道并加强厂房换气通风。

秦二厂1/2 号机组正在逐步推进实施对水压试验泵汽轮发电机组的技术改造， 如果运行效果良好，则无需大动干戈用柴油发电机组进行替代；反之如果不能满足要求，则花大气力将小汽机改造成小柴油机不失为一条明路。

5 结语

所谓开卷有益，相信本文的一些浅见有助于水压试验泵汽轮发电机组超速问题的缓解，有益于其可靠性的提高。 随着运行经验的丰富，同时伴着科技和设计理念的进步，LLS 电源系统一定会不断得到优化。

图4 9LLS001AR 电气一次图