高俭　雷超　陈庆旭　魏大明　周金昊　胡启帅　曹宇　杨松

摘要：应急柴油发电机组是反应堆的重要组成部分，在正常电源全部失去的情况下，均有能力满足应急配电系统的要求，以确保应急负荷的连续供电。启动时间是评价应急柴油发电机组的重要指标，根据设计文件要求，为保障反应堆安全运行，机组在接到启动信号后10秒内须完成启动，但试验期间发现机组启动时间并不能满足设计要求。本文基于应急柴油发电机组及其辅助系统的工作原理，通过对比分析启动试验数据，研究机组启动超时原因，并提出優化方案对机组及其辅助系统进行改进，有效解决机组启动超时的问题，保障反应堆安全运行。

关键词：反应堆;应急柴油发电机组;启动时间

0  引言

应急柴油发电机组是反应堆的重要组成部分，其作为应急电源，承担着在出现全厂区正常电源丧失情况下接到启动信号后立即启动且能完成重要安全设备带载，设备安全稳定运行的安全功能。启动时间是评价应急柴油发电机组的重要指标，启动时间的长短直接关系到反应堆的安全运行。因此，设计文件对启动时间也做了严格的规定，机组接到启动信号后启动完成且具备带载的时间必须≤10s，但试验期间发现机组启动时间并不能满足设计要求。本文基于应急柴油发电机组及其辅助系统的工作原理，通过对比分析启动试验数据，研究机组启动超时原因，并提出优化方案对机组及其辅助系统进行改进，有效解决机组启动超时的问题。

1  应急柴油发电机组启动简介

1.1 启动原理

应急柴油发电机组本身不具备自行启动能力，机组启动必须借助于外力，因此机组配置启动系统。为保证柴油机启动的可靠性，柴油机的启动系统设计为冗余设置，每台柴油发电装置设置两台完全独立的压缩空气启动系统和电启动系统。

压缩空气启动系统是由压缩储气罐供给高压空气，实现应急柴油发电机组的空气启动。

电启动系统为应急柴油发电机组自带的电马达装置，通过启动蓄电池组供给电马达24V直流电，实现启动。单个启动蓄电池组的容量能够满足连续启动机组5次。

应急柴油发电机启动设定为电启动优先，当电马达一次启动失败后，控制系统能够自动切换到空气启动，如此循环3次，循环3次未启动成功，机组则启动失败报警。

1.2 启动时间

启动时间是指应急柴油发电机组接到启动信号后启动完成且具备带载的时间，它是评价应急柴油发电机组的重要指标[1]。为了验证和保持应急柴油发电机组的安全功能，每月需对机组进行定期试验。表1为试验期间连续5个月应急柴油发电机组启动数据。现场试验启动时间与设计启动时间对比见图1。

由图1可以看出，应急柴油发电机组启动时间超过设计值。试验过程中机组采用的启动方式为冷态电启动，根据设计要求机组启动时冷却水温度>40℃，滑油温度>35℃，启动蓄电池电压24～28V之间。由表1可知，机组启动准备条件满足要求，试验数据有效。

2  启动超时分析

根据应急柴油发电机组出厂试验报告，5次启动数据如表2所示。出厂试验启动时间、现场试验启动时间与设计启动时间对比见图2。

由表2可知，机组出厂试验启动准备条件满足要求，启动试验数据有效。出厂试验时，启动时间满足设计要求。

应急柴油发电机组能够顺利启动的主要依靠三个因素[2]：一是雾化良好的柴油能准时送达燃烧室，及保障启动瞬间有充足的燃油和空气;二是燃烧室里的压缩空气能有足够的燃烧温度使燃油着火;三是启动时有足够的外力作用于曲轴，使其转动启机。应急柴油发电机组本体、电动马达、启动蓄电池在现场试验时未出现故障，未发生启动系统起始扭矩不足问题。综合以上分析，应急柴油发电机组启动超时主要原因在机组配套的辅助系统。考虑到机组出厂前试验外接燃油管路布置与反应堆现场不同，燃油管路布置也会导致启动时燃油供给不足，因此分析重点考虑燃油系统。

2.1 燃油外管路分析

燃油系统的功能是通过主储油罐、日用油箱等设备储存机组所需燃油，再由燃油输送泵、燃油增压泵、过滤器及阀门等设备管道，为柴油机提供正常启动运行所需的燃油量[3]。

应急柴油发电机组燃油系统流程简图如图3所示。燃油由日用油箱通过混油箱阀门后进入机组，回油由机组排出，经过散热器后回混油箱与新油混合再进入机组。燃油进入机组后由输油泵送入燃油分配装置，经分配后送入各气缸做功，多余的燃油回到混油箱。

现场检查机组外燃油管，日用油箱油中燃油由燃油泵从燃油储油罐抽至日用油箱，日用油箱油位与燃油泵存在联锁，始终保持日用油位位于1/3～2/3之间，满足启动要求，外管路日用油箱至机组段未设置泵，机组燃油供给完全依靠机组自身燃油增压泵。外燃油管路连接可靠。但通过分析外管路布置，发现回油管至混油箱管路布置不合理。

图4为混油箱简图。通过分析其工作原理可知回油由N2进入混油箱与N1进入的新油混合后由N3进入机组，回油动力与新油动力都由输油泵提供，在机组启动瞬间，给油量为最大值，混油箱位于燃油主路线上，在输油泵启动瞬间N2口会产生负压，将软管内的回油吸入。机组长期停运时，回油管与输油管内会存在一定空气，输油管进入机组处接有燃油手动泵，启动前可通过燃油手动泵手动打压排出输油管内空气。但回油管路并未设置排气装置，在机组启动时空气会经过回油管路进入混油箱，由混油箱进入机组，使得启动瞬间燃油供油量不足，导致启动时间延长。

2.2 机组燃油管路分析

检查机组自带的燃油管路发现燃油手动泵（图3中2号泵）前止回阀（3号止回阀）处存在漏油现象，初步判断止回阀故障。当机组启动时1号泵燃油增压泵启动，由于输油泵与燃油手动泵位于同一条管路上在压力突然增加时会吸入周围空气进入燃油管路，使得瞬间供油不满足要求，燃油不足，导致启动时间延长。

3  启动超时处理

3.1 处理方案

经排查分析，导致机组启动超时有三点原因：

①手打燃油泵止回阀出现密封不严漏油问题;

②机组停运期间，输油管线会进入空气，导致启动瞬间燃油供给不足，影响启动时间;

③机组停运期间，回油管线会进入空气，导致启动瞬间燃油供给不足，影响启动时间。

为彻底解决机组启动超时的问题，从多角度出发，最终得出以下处理方案：

①对于第1点原因，机组手打泵止回阀故障导致的启动时供油不足，导致的启动超时问题通过更换此止回阀，保障该部件的可靠性、稳定性，来解决这一问题;

②对于第2点原因，通过升版应急柴油发电机组运行维护規程，增强对输油管路排气频率，减少因机组长期处于备用且未运行状态导致的燃油输油管路进气问题;

③针对第3点原因存在两种处理方案：

1）在回油路线增加排气装置，定期排气减少因机组长期处于备用且未运行状时管路内的空气。

2）改变回油管线，由于回油管路未设置排气装置，因此回油接口不能布置在输油主路线位置，即回油口不能位于日用油箱至输油泵的管线之间。

考虑到现场回油管路的布置，若按方案1）要在回油管路安装排气装置，由机组散热器至混油箱的回油管路总长大概为2m，机组至房间边界宽约为2m，空间限制较大，且成本增加较多;而按方案2）结合现场实际情况可将回油管路由散热器引至日用油箱，成本少，且施工难度低。综合考虑两种方案，以方案2）为最佳。

3.2 试验结果

根据处理方案对反应堆应急柴油发电机组辅助系统进行改造。表3为改造后连续5个月应急柴油发电机组启动试验数据。对应改造后现场试验启动时间对比见图5。

由图5可以看出，应急柴油发电机组经过改造，启动时间较改造前大大缩短，均满足设计值。

4  结论

本文基于应急柴油发电机组及其辅助系统的工作原理，通过对比分析启动试验数据，分析机组启动超时原因，并针对3点原因提出了改造方案，从运行方案及机组及其辅助系统改造等方面进行优化，应急柴油发电机组经改造后，彻底解决机组启动超时的问题，保障反应堆安全运行。

参考文献：

[1]魏杰，张京长.核电厂备用电源用柴油发电机组准则[S].2004.

[2]杨占峰.柴油机启动性能主要影响因素分析[J].2019.

[3]汪建军，马水波，王存龙.核电厂应急柴油发电机组燃油系统的设计[J].2017.

作者简介：高俭（1995-），男，四川雅安人，本科。