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核電站應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組慢啟動(dòng)分析

所屬分類:行業(yè)動(dòng)態(tài)    發(fā)布時(shí)間: 2021-01-30    作者:admin
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那么現(xiàn)在便由川發(fā)電機(jī)組為大家?guī)?lái)相關(guān)的講解啦,希望對(duì)你有所幫助。

壓水堆核電站(Pressurized Water Reactor,PWR)通常配備冗余應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組(EDG-Emergency Diesel Generator set),在失去廠外電源的事故情況下,應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組立即啟動(dòng),在10 s內(nèi)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速和額定電壓,在13 s內(nèi)為電站應(yīng)急母線供電。應(yīng)急母線為保證反應(yīng)堆正常冷卻的專設(shè)安全設(shè)備,如安注泵、輔助給水泵、噴淋泵、設(shè)備冷卻水泵等提供動(dòng)力電源。上述安全設(shè)備在40 s內(nèi)實(shí)現(xiàn)分步帶載運(yùn)行,柴油機(jī)儲(chǔ)油罐容量設(shè)計(jì)滿足滿功率運(yùn)行7天的需要。

應(yīng)急柴油機(jī)組“10 s”啟動(dòng)的要求是基于早期“反應(yīng)堆雙端斷裂的大失水事故(LOCALoss of Coolant Accident)疊加失去廠外電源”的假設(shè)事故。美國(guó)核管會(huì)(NRC-Nuclear Regulation Committee)的研究發(fā)現(xiàn),該事故假設(shè)過(guò)于苛刻。對(duì)于應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組而言,現(xiàn)實(shí)的情況是,作為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備,定期試驗(yàn)時(shí),頻繁的快速啟動(dòng)造成的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力,對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的可靠性和壽命產(chǎn)生了很大的負(fù)面影響,而減少快速啟動(dòng)的次數(shù)有助于提高應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的可靠性。

國(guó)外核電站對(duì)應(yīng)急柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)間的優(yōu)化:

早在20世紀(jì)80年代,美國(guó)核電站已根據(jù)研究成果對(duì)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的定期試驗(yàn)做了改進(jìn),改進(jìn)后的試驗(yàn)方式為:慢啟動(dòng)帶載試驗(yàn)(啟動(dòng)時(shí)間30 s)每月一次,快啟動(dòng)帶載試驗(yàn)(啟動(dòng)時(shí)間10 s)半年一次。

這樣改進(jìn)的理由除了基于前面所分析的快啟動(dòng)對(duì)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的可靠性和老化的影響,還基于對(duì)核電站安全設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故的再研究。
成都玉柴發(fā)電機(jī)
根據(jù)美國(guó)核管會(huì)(NRC)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),核電站應(yīng)急柴油機(jī)試驗(yàn)方式優(yōu)化后,應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的可靠性保持上升趨勢(shì)。

法國(guó)核電站應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組之前存在活塞環(huán)和缸套拉缸的普遍問(wèn)題,法國(guó)電力公司(EDF)在20世紀(jì)90年代采取了一系列改進(jìn)行動(dòng),其中一項(xiàng)改進(jìn)是將柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)間從10 s延長(zhǎng)到15 s,其后柴油機(jī)拉缸問(wèn)題得到有效解決。

本文將根據(jù)應(yīng)急柴油機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程,結(jié)合對(duì)MTU956型柴油機(jī)實(shí)際調(diào)查成果,對(duì)應(yīng)急柴油機(jī)快速和慢速兩種啟動(dòng)方式進(jìn)行分析。

1 應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)過(guò)程
1.1 柴油機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)
核電站應(yīng)急柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同,本文以MTU956型柴油機(jī)為分析對(duì)象進(jìn)行試驗(yàn)研究分析,該型號(hào)柴油機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示,主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

1.2 柴油機(jī)啟動(dòng)過(guò)程
核電站中大型應(yīng)急柴油機(jī)主要采用空氣分配器啟動(dòng):柴油機(jī)收到啟動(dòng)命令后,壓縮空氣閥門打開(kāi),壓縮空氣通過(guò)“啟動(dòng)空氣分配器”按照氣缸“做功時(shí)序”將壓縮空氣送到各個(gè)氣缸(見(jiàn)圖3),推動(dòng)曲軸運(yùn)行,當(dāng)柴油機(jī)達(dá)到“發(fā)火轉(zhuǎn)速(約100 r/min)”,氣缸開(kāi)始自行發(fā)火做功。待柴油機(jī)可以維持自身運(yùn)轉(zhuǎn)后,壓縮空氣閥門自動(dòng)關(guān)閉(轉(zhuǎn)速約 430 r/min),柴油機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升到額定轉(zhuǎn)速(1 500 r/min),柴油機(jī)啟動(dòng)成功。

1.3 快速啟動(dòng)對(duì)應(yīng)急柴油機(jī)的影響
美國(guó)核管會(huì)(NRC)相關(guān)技術(shù)分析報(bào)告提到,應(yīng)急柴油機(jī)在熱備用狀態(tài)快速啟動(dòng)后立即帶載運(yùn)行易造成磨損和老化,損傷原因是較大的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力、加速階段運(yùn)動(dòng)部件潤(rùn)滑不足和劇烈變化的燃燒室壓力。
成都玉柴發(fā)電機(jī)
快速啟動(dòng)對(duì)加速柴油機(jī)老化的具體影響主要包括以下幾個(gè)方面:

(a)柴油機(jī)快速升速,使得在正常潤(rùn)滑油膜沒(méi)有完全形成時(shí)活塞環(huán)對(duì)氣缸壁的作用力及軸承所受的負(fù)載極大。這種金屬之間的接觸可以導(dǎo)致氣缸壁和凸輪表面磨損,并加速主軸承和連桿軸承的磨損。

(b)在快速升速過(guò)程中,未安裝扭振減振裝置的曲軸會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。對(duì)于一些沒(méi)有安裝扭轉(zhuǎn)振動(dòng)阻尼器的柴油機(jī)出現(xiàn)機(jī)軸裂紋,放大的機(jī)軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)被認(rèn)為是造成該情況的原因。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)在柴油機(jī)其他部件中,如柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的水泵、凸輪軸和齒輪。

(c)在沒(méi)有達(dá)到熱平衡的情況下,柴油機(jī)的快速升速和帶負(fù)荷會(huì)使氣缸缸體和曲柄軸箱承受很高的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力,易造成柴油機(jī)結(jié)構(gòu)扭曲變形。這些扭曲變形反過(guò)來(lái)會(huì)引起金屬之間的接觸(摩擦),并加速部件的磨損。

(d)柴油機(jī)快速升速過(guò)程更容易發(fā)生超速情況,這種超速狀態(tài)會(huì)使柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)部件所受的應(yīng)力增大,從而加速機(jī)械磨損。

(e)柴油機(jī)快速升速和帶負(fù)荷,會(huì)加速渦輪增壓器的磨損,尤其是在渦輪增壓器潤(rùn)滑還沒(méi)完全建立時(shí)。

綜上分析,柴油機(jī)快速啟動(dòng)過(guò)程中,較易發(fā)生主軸承和連桿軸承振動(dòng)沖擊、扭振、曲軸箱振動(dòng)以及渦輪增壓器的振動(dòng),導(dǎo)致加速磨損和老化。

2 MTU956型柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程研究
2.1 柴油機(jī)啟動(dòng)過(guò)程監(jiān)測(cè)方案
MTU956型柴油機(jī)設(shè)計(jì)上有“快啟動(dòng)(10 s)”和“慢啟動(dòng)(30 s)”兩種啟動(dòng)模式,根據(jù)核電站的設(shè)計(jì)要求,實(shí)際運(yùn)行中采用快啟動(dòng)方式。

根據(jù) 2.3節(jié)中柴油機(jī)啟動(dòng)過(guò)程對(duì)柴油機(jī)老化的影響因素分析和柴油機(jī)啟動(dòng)過(guò)程的瞬時(shí)狀態(tài)詳細(xì)分析,提出柴油機(jī)監(jiān)測(cè)方案。主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括:柴油機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速、氣缸振動(dòng)、曲軸箱振動(dòng)、齒輪箱振動(dòng)、基座振動(dòng)、軸承振動(dòng),具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖4所示。采用開(kāi)發(fā)的“基于時(shí)序和角域分析的柴油機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”,分別進(jìn)行“快速”和“慢速”兩種啟動(dòng)方式試驗(yàn),對(duì)比分析主軸承和連桿軸承的振動(dòng)沖擊、扭振、曲軸箱振動(dòng)以及渦輪增壓器的振動(dòng)等特性。

(b)慢速啟動(dòng)過(guò)程

基座振動(dòng):快速升速階段,電機(jī)端的基座振動(dòng)水平在兩種啟動(dòng)模式下基本相當(dāng),柴油機(jī)端的基座振動(dòng)水平在“慢啟動(dòng)”過(guò)程有較為明顯的降低。“慢啟動(dòng)”過(guò)程中振動(dòng)變化比“快啟動(dòng)”明顯平緩。

3 結(jié)論
根據(jù)本文研究成果,對(duì)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組定期試驗(yàn)方式進(jìn)行優(yōu)化,延長(zhǎng)柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)間,有利于減少運(yùn)動(dòng)部件的失效概率,延長(zhǎng)柴油機(jī)運(yùn)行壽命。柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)間的合理延長(zhǎng),對(duì)核電站安全性沒(méi)有本質(zhì)影響。

目前,國(guó)內(nèi)應(yīng)急柴油機(jī)定期試驗(yàn)和柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)間基本遵循早期的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)間多為10 s,根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)采集數(shù)據(jù)分析得到的結(jié)果可以得出在快速升速階段“慢啟動(dòng)”對(duì)比“快啟動(dòng)”各部件振動(dòng)沖擊整體較小,建議后續(xù)參考國(guó)內(nèi)外其他研究成果和良好實(shí)踐,優(yōu)化柴油機(jī)定期試驗(yàn)方式,可在提高柴油機(jī)可靠性,延長(zhǎng)柴油機(jī)壽命,減少維修成本方面受益。

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