秦山核電廠安全電源可靠性分析.doc

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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堆專設安全設施等1E級負荷供電，為停堆、安全殼隔離、堆芯冷卻、安全殼和反應堆熱量導出以及防止放射性物質泄漏的系統(tǒng)設備提供所需的電力。安全電源是非常重要的電源，要求它非?？煽?。運行安全技術規(guī)格書對其運行作了嚴格的規(guī)定，如：交流電源中有一路廠外電和一套柴油發(fā)電機組不可運行時，在1小時內執(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行性，并且以后每8小時監(jiān)測驗證一次;須在12小時內至少使不可運行的電源中的一個恢復到可運行狀態(tài)，否則在此后的6小時內至少處于中間停堆A階段并且在隨后的30小時內降到冷停堆狀態(tài)。 秦山核電廠的安全電源由6kV安全I、II段和380V安全I-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(應急電源)，應急柴油發(fā)電機，1號、3號柴油發(fā)電機分別供6kV安全I、II段，2號柴油發(fā)電機通過切換可給6kV安全I、II段供電。其安全電源供電順序為：正常運行由第一電源供電;當?shù)谝浑娫床豢捎脮r，通過6kV工作段和公用段的聯(lián)絡開關，把6kV公用段自動切換到6kV工作段供電，即轉到第二電源供電;當?shù)诙娫匆餐瑫r不可用時，啟動應急柴油發(fā)電機，自動合閘到6kV安全母線，按程序自動帶載。由于安全電源設置了3道電源，具有足夠的獨立性、多重性和可試驗性，相互之間切換邏輯清楚，比較可靠，運行十多年來，在反應堆運行期間還未發(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，在此時應急電源是反應堆停堆后能繼續(xù)得到冷卻的最后保證，所以應急電源必須保證非常高的可靠性，在核電廠的生產(chǎn)活動中諸如運行、檢修、試驗、設備管理、更新改造等要特別關注，要嚴格按照技術規(guī)范書的要求進行生產(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，才能減輕應急電源的壓力，才能從整體上確保核電廠安全。另從經(jīng)濟性來考慮，第一、第二電源可靠性不高，后果是停堆停機次數(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)開關斷開運行，所以此路電源是單線路單變壓器運行，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、一起對側開關故障緊急檢修而停運。啟/備變和6kV公用段由于在廠內，故障停運率較低，事故有：安裝施工時啟/備變差動保護接線錯誤，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，需要增加一臺開關和相應的保護。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，安全電源需要獨立可靠，所以從上海接。但近幾年浙北電網(wǎng)大大加強了，秦山周圍增加了220kV躍新變電所，嘉興電廠、秦山二期、三期相繼投入運行，550kV王店變電所也投入運行，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)非常可靠，新線路比原線路可靠，因此，整體可靠性就提高了。 方案二：可在方案一的基礎上，從秦山三期接一路220kV電源，實現(xiàn)兩路電源并聯(lián)運行(如圖2)，克服單電源的缺點。秦山三期距離我廠1km，所以線路投資少，再增加兩臺開關和一套保護，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構(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上才成立，因為上海、浙江電網(wǎng)220kV開環(huán)運行，不允許并列運行。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。正常運行時啟/備變帶6kV公用段運行，高壓廠變帶6kV工作段運行，6kV工作和公用段的聯(lián)絡開關斷開，當啟/備變失電時，6kV工作和公用段的聯(lián)絡開關自動合上，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)，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在自動切換上。由于當時技術條件的限制，我廠采用的是慢速切換，切換時間2.2s，當啟/備變失電時，低電壓保護0.5s跳開負荷，應急柴油機0.5s啟動，對正常運行的電廠是一個很大的擾動，電源切換成功后，跳開的負荷需手動恢復。發(fā)生這種情況，設計上是不停堆的，但由于電廠瞬間受到很大的擾動，運行人員如果應對失誤，還是有可能停堆的。1997年8月大臺風時，發(fā)生此種情況，由于惡劣的天氣，壓空負荷和水廠負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，即使切換成功，還會對電廠的安全性、經(jīng)濟性產(chǎn)生很大的影響。目前廠用電源快速切換裝置技術已成熟，在發(fā)電廠、變電所廣泛運用，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恢復供電，低電壓保護來不及動作，柴油機也來不及啟動，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，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，但如果切換不成功，就得啟動應急電源。能不能盡量少地啟動切換?把第一和第二電源調換一下，就可解決此問題。如圖3，正常運行6kV工作、公用段聯(lián)絡開關合上，啟/備變6kV側開關斷開熱備用，高壓廠變帶電廠所有的負荷，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/備變運行;啟/備變失電，對電廠無任何擾動，盡快恢復即可;高壓廠變和啟/備變同時失電再啟動應急柴油發(fā)電機。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備進行投資，只在二次系統(tǒng)設備上進行改造，具有投資省、見效快的優(yōu)點，是我們目前提高安全電源可靠性的首選方案。 4應急柴油發(fā)電機的可靠性分析和改進應急柴油發(fā)電機組作為最后的應急電源，當6kV安全段失電后立即啟動，在12s內達到額定電壓和額定頻率，如果6kV安全段在失電4s內還未恢復供電，則柴油發(fā)電機根據(jù)程序自動合到安全母線上，自動帶載。整個應急柴油發(fā)電機系統(tǒng)(包括自動帶載程序)是一個機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)電機本體、啟動控制回路、啟動蓄電池、啟動電機、勵磁系統(tǒng)、出口開關及控制回路、繼電保護系統(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)電機電氣系統(tǒng)運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)電機啟動帶載穩(wěn)定運行，這時公用段恢復供電，想把安全段也恢復到公用段供電時，由于二者之間沒有同期裝置，只能停柴油機，再恢復安全段，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：原設計中機房內的控制電源(如：啟動控制電源、勵磁控制電源、儀表電源等)只在就地機房內設置失電報警，在主控室沒有報警。就地機房又沒有24小時值班，就會發(fā)生控制電源失去、柴油機不可利用而無人發(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。 -增加出口開關不可利用信號：柴油發(fā)電機系統(tǒng)正常投入熱備用時，其出口開關也投入熱備用，隨時準備應急合閘。但如果此時開關不在正確的位置，需要應急備用時開關就不能合閘，所以增加在熱備用狀態(tài)下開關不可利用的信號，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行，保證蓄電池有充足的電量。 -增加同期旁通回路：原設計中發(fā)電機出口開關合閘有兩種方式，一是應急合閘，有于安全段失電，柴油機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，柴油機啟動，同期合閘、帶載，驗證柴油機的功能。在電廠換料大修時，控制出口開關自動合閘的兩套專設屏都停電檢修，而此時還需一臺柴油機作備用。就會出現(xiàn)安全段失電，柴油機啟動，但專設屏在檢修不能自動合閘;安全段無電又不能同期合閘，柴油機起不到真正的備用作用。所以增設同期旁通回路，在專設屏停電期間，投入旁通回路，在安全段失電柴油機啟動后，能手動合閘，保證柴油機能真正起到備用作用。 通過上述不斷改造，應急柴油發(fā)電機的可靠性也在不斷地提高，目前從實際運行情況分析，在電氣系統(tǒng)上還存在一些可能導致應急柴油機失效的環(huán)節(jié)，需要在下列方面再進行改進： -蓄電池運行環(huán)境差：蓄電池房間通風條件差，降溫措施不夠，運行中發(fā)生電池爆裂事件，需要對蓄電池的環(huán)境進行改進，增加通風、降溫措施。 -2號柴油機控制電源切換不同時：2號機可作為A、B通道的備用，投入A通道時，相應的直流、交流控制電源也要投到A通道;投入B通道時，相應的直流、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)下柴油機轉為應急：柴油機按技術規(guī)格書要定期進行試驗，在現(xiàn)在的控制回路中，柴油機在試驗狀態(tài)下，如果發(fā)生"安注"或"失電"，柴油機不能自動復位到應急狀態(tài)。所以要對控制回路進行改進，以適應這種運行工況。 -繼電保護的設置：柴油發(fā)電機設置了一些直接跳閘的繼電保護，如果柴油發(fā)電機在應急狀態(tài)下保護誤動，直接影響應急電源的可靠性?？梢赃M一步改進，對主保護(差動保護)可直接跳閘，其他保護應經(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)電機跳閘。 -繼電保護定值：安全系統(tǒng)正常由第一或第二電源帶，即由大系統(tǒng)帶，其繼電保護定值根據(jù)大系統(tǒng)來計算并整定。但在應急狀態(tài)下，由柴油發(fā)電機帶，即小系統(tǒng)帶，兩者的短路容量相差很大，保護定值還按大系統(tǒng)來整定，會引起末端短路時保護達不到定值而不能及時切除故障。所以應采用兩套定值，隨一次設備自動切換。 以上對秦山核電廠安全電源的可靠性進行了分析，并提出了一些改進方法，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;有的我們正在準備實施;有的只是個設想。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，不斷地進行改進。 第 8 頁 共 8 頁