(国核示范电站有限责任公司 山东荣成 264312)
摘要：AP1000机组备用柴油发电机系统功能是在发生主发电机跳闸同时厂外电源不可用时，向特定的永久非安全性负载、支持纵深防御功能的负荷提供交流电源。备用柴油发电机系统作为厂用电源之一，与传统的二代核电机组不同的是，它不是核电厂的重要安全专设，因此不承担任何安全相关功能。在本文介绍了AP1000备用柴油发电机组的主要功能，剖析了柴油发电机的带载逻辑，针对调试阶段的顺序带载试验，分析了核电厂在失去主交流电源和失去厂外电源的工程实践。
关键词：AP1000、柴油发电机、顺序带载、调试
AP1000相比传统的二代核电机组，其主要安全系统如余热排出系统、安注系统、安全壳冷却系统等均采用非能动设计，在发生事故时，不依靠交流电源供电即可保持安全停堆状态，大大减小了厂用电源系统的设计要求。厂内备用电源系统（ZOS）在电站正常运行期间保持热备用状态，当发生LOOP及主发电机跳闸时，柴油发电机能在120s内启动，按照预定的顺序完成带载，避免非能动专设的动作。
柴油发电机顺序带载试验模拟了厂内中压母线失压，快切失败同时残压切换触发后，柴油机启动并完成带载的6种工况，验证了柴油发电机能够可靠给核岛10.5kV中压母线及下游负荷供电的设计要求。
1 AP1000备用柴油发电机组概述
AP1000核电厂每台机组配备两台完全相同、实体分隔和独立的A列与B列柴油发电机，两台额定功率6000kW的柴油机分别与核岛10.5kV中压母线ECS-ES-1和ECS-ES-2连接。如图1所示。
柴油发电机在电站正常运行期间保持热备用状态，在主发电机跳闸同时失去厂外电源时，柴油发电机接收到启动信号后完成启动，120s内加速至额定转速，发电机达到额定电压和频率，给选定的电厂永久性纵深防御非安全相关负荷、1E级直流电和UPS系统提供至少2.5小时的交流电源，这些负荷主要是支持RCS余热排出系统以及机组任何工况下都必须保持运行的非安全负荷。
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图1 AP1000核电机组厂用电简图
2 柴油发电机顺序带载逻辑
AP1000核电机组厂用电有3种切换方式，分别为：快切、残压切换和手动切换。当故障造成高厂变保护动作后，闭锁继电器86X向中压母线ES-1/2的工作电源进线断路器发出跳闸指令，同时向中压母线备用电源进线断路器发出合闸指令，PLS在接收到分闸和合闸指令后，先后完成工作进线断路器跳闸和备用进线断路器合闸，实现厂用电负荷由高厂变快速切换至备用变带载[1]。
当快切失败时，转入残压切换。残压切换成功后，中压母线负载由辅助变供电，防止了非能动系统的启动。若残压切换失败，柴油发电机启动，根据预定的带载序列依次带载ES-1/2母线上的负荷。
AP1000备用柴油发电机顺序带载程序分为10步进行，从柴油机收到启动信号开始计时，分别在120s、140s、160s、180s、200s、220s、240s、300s、360s、420s完成10步带载。当柴油发电机出口断路器合闸后，0步带载触发，带载包括EK-11/12/13/14负荷中心的进线断路器及变压器、电动阀、柴油机辅助系统设备等负荷。0步带载完成后，将再次触发“顺序带载就绪”信号，后续依次执行1-9步带载，最终在420s第9步完成自动带载。需要说明的是，带载程序不直接启动任何负荷，只是发出启动允许信号，负荷是否启动取决于当时的系统控制逻辑[2]。带载时序简图如图2所示。
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图2 柴油发电机带载时序简图
顺序带载的负荷分为自动带载负荷和手动带载负荷两类，自动带载的负荷带载时不需要操纵员操作。若自动带载过程中某些负荷未能成功启动，操纵员可在自动带载结束后，将这些负荷进行手动带载或置于检修位。当主控室收到“自动带载完成”信号后，操纵员可以根据系统需求进行手动带载负荷的带载。
3 柴油发电机顺序带载试验
柴油发电机顺序带载试验是柴油机系统调试的最后一项也是最为重要的一项试验。其目的是：（1）验证厂用电成功进行残压切换后的顺序带载；（2）验证当10.5kV中压母线失压时，厂外电源被隔离，负载被切断，柴油发电机母线负载能正确顺序带载；（3）验证当10.5kV中压母线失压时，柴油发电机能提供电源来自动和手动带载，同时维持电压、频率和柴油机运行参数在设计范围内；（4）验证当10.5kV中压母线失压时，负荷中心的任意断路器都不会误跳闸；（5）验证在柴油发电机提供电源的孤岛模式下，一旦失去最大单一负荷，系统电压、频率仍维持在设计范围内。
3.1 逻辑验证试验
AP1000备用柴油发电机顺序带载试验分两个阶段进行。第一阶段为逻辑验证试验，该阶段验证一旦核岛10.5kV中压母线ES-1/2失压，失去厂外电源后，备用柴油发电机在各种预设工况下，都能够连锁启动，并触发顺序加载信号。此阶段，若PLS系统接收到顺序加载信号即验收合格，不真实带载。
3.2 真实带载试验
第二阶段为真实顺序带载试验，该阶段验证备用柴油发电机在电厂不同工况下，都能够完成顺序带载。本阶段共执行6次真实带载，
具体如表1所示。
表1 真实带载试验项目
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3.2.1 ES-1段残压切换失败，柴油机02A顺序带载
本次试验模拟ES-1段母线失压启动快切，通过修改保护定值禁用快切功能，退出进线熔丝模拟RAT无压，确认快切和残压切换失败。此时柴油发电机02A自启动，并完成A列顺序加载。顺序加载完成后，手动断开ES-1母线最大负荷设备冷却水泵01A，检查确认柴油发电机输出参数满足设计要求。此试验验证了柴油发电机02A的顺序带载功能。
3.2.2 ES-1/2段完全丧失厂外电源，柴油机02A/02B同时顺序带载
本次试验模拟ES-1/2段母线失压，通过修改保护定值禁用快切功能，退出进线熔丝模拟RAT无压，确认快切和残压切换失败。此时柴油发电机02A和02B自启动，并完成A列和B列顺序加载。此试验验证了完全失去厂外电源的情况下，柴油发电机02A和02B同时顺序带载功能。
3.2.3 ES-1/2段完全丧失厂外电源，柴油机02A顺序带载，柴油机02B启动失败
本次试验模拟ES-1/2段母线失压启动快切，当快切失败和残压切换失败后，柴油发电机02A自启动，并完成顺序带载。由于柴油发电机02B设置为“OFF”模式，因此柴油机02B不会自启动，此时，ES-2段负荷中心EK段将由ES-1母线联络带载。
3.2.4 ES-1/2段残压切换顺序带载试验
本次试验模拟ES-1/2段母线失压启动快切，快切失败后根据电源切换逻辑进行残压切换，由于辅助变正常工作，1M2和2M2断路器合闸，ES-1/2段残压切换成功，A列和B列顺序带载启动完成带载。此时，两台柴油发电机将启动，处于全速空载的备用状态，出口断路器保持分闸。此试验验证了残压切换成功后，柴油发电机顺利启动并保持备用状态的功能。
3.3 试验结论
通过上述逻辑验证及真实带载试验，验证了一旦核岛中压母线失压，失去厂外电源的情况，备用柴油发电机在各种预设工况下，都能连锁启动并按照预设顺序加载负荷的设计要求，试验结果满足验收准则。
4 结语
备用柴油发电机顺序带载试验作为电站调试关键路径上的重大试验活动，其顺利完成标志着厂用电系统调试结束，提高了厂用电源供电的可靠性。在主发电机跳闸同时电厂失去厂外电源时，柴油发电机的顺序带载启动减少了运行人员的手动操作，降低了人因失误的可能性，有效避免了非能动系统的触发，保障了电站的安全运行。
参考文献:
[1] 金毅.柴油发电机顺序带载程序在厂用电切换和实际带载的双重应用[J].电子技术与软件工程,2014,(6):172-173.
[2] 贾晓琼,唐森涛.备用柴油发电机顺序带载器在重水核电厂的应用实践[J].自动化与仪器仪表,2013,(1):107-112.