1 安全電源的現(xiàn)狀 核電廠的安全電源是給反應堆專設(shè)安全設(shè)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(zhì)泄漏的系統(tǒng)設(shè)備提供所需的電力。安全電源是非常重要的電源，要求它非常可靠。運行安全技術(shù)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(nèi)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(nèi)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(nèi)至少處于中間停堆A階段并且在隨后的30小時內(nèi)降到冷停堆狀態(tài)。
秦山核電廠的安全電源由6 kV安全I、II段和380 V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，220 kV秦石2271線路經(jīng)啟/備變給6 kV公用段供電，由6 kV公用段再給安全段供電;
第二電源，高壓廠變，220 kV秦雙2424線路、220 kV秦躍2428線路、本廠發(fā)電機經(jīng)高壓廠變供6 kV工作段，6 kV工作段供6 kV公用段，再供6 kV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6 kV安全I、II段，2號柴油發(fā)電機通過切換可給6 kV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6 kV工作段和公用段的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，把6 kV公用段自動切換到6 kV工作段供電，即轉(zhuǎn)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6 kV安全母線，按程序自動帶載。 由于安全電源設(shè)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(shè)備管理、更新改造等要特別關(guān)注，要嚴格按照技術(shù)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220 kV秦石2271線路、啟/備變和6 kV公用段，2271線路從上海金山石化西區(qū)變電站引接，經(jīng)57 km的架空線路接入我廠。由于實體隔離的需要，220 kV母聯(lián)開關(guān)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57 km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(cè)開關(guān)故障緊急檢修而停運。啟/備變和6 kV公用段由于在廠內(nèi)，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;6 kV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220 kV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(guān)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，220 kV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220 kV躍新變電所，嘉興電廠、秦山二期、三期相繼投入運行，550 kV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(chǔ)上，從秦山三期接一路220 kV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1 km，所以線路投資少，再增加兩臺開關(guān)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(jié)構(gòu)(從220 kV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(chǔ)上才成立，因為上海、浙江電網(wǎng)220 kV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220 kV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6 kV工作段。正常運行時啟/備變帶6 kV公用段運行，高壓廠變帶6 kV工作段運行，6 kV工作和公用段的聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開，當啟/備變失電時，6 kV工作和公用段的聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動合上，由6 kV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6 kV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(shù)條件的限制，我廠采用的是慢速切換，切換時間2.2 s，當啟/備變失電時，低電壓保護0.5 s跳開負荷，應急柴油機0.5 s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(shè)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(shù)已成熟，在發(fā)電廠、變電所廣泛運用，巴基斯坦恰希瑪核電廠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(nèi)完成切換，如果發(fā)生啟/備變失電，6 kV公用段、安全段可在幾十毫秒內(nèi)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220 kV秦石2271線路失電可能性高，改造要投資、要和各方協(xié)調(diào)，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(diào)換一下，就可解決此問題。如圖3，正常運行6 kV工作、公用段聯(lián)絡(luò)開關(guān)合上，啟/備變6 kV側(cè)開關(guān)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(shè)備進行投資，只在二次系統(tǒng)設(shè)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6 kV安全段失電后立即啟動，在12 s內(nèi)達到額定電壓和額定頻率，如果6 kV安全段在失電4 s內(nèi)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(guān)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(shè)計中機房內(nèi)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(nèi)設(shè)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(guān)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(guān)也投入熱備用，隨時準備應急合閘。但如果此時開關(guān)不在正確的位置，需要應急備用時開關(guān)就不能合閘，所以增加在熱備用狀態(tài)下開關(guān)不可利用的信號，實時監(jiān)
