CN110159472A - 一种核电厂启动应急柴油机的方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了核电厂启动应急柴油机的方法及系统，所述方法包括如下步骤：接收紧急启动信号；其中，所述紧急启动信号包括一种或多种信号；根据紧急启动信号确定应急柴油机的启动方式并生成对应启动指令；其中，启动方式包括快启动方式和慢启动方式；根据所述启动指令启动应急柴油机。所述系统用于实现所述方法。本发明提出EDG按不同紧急信号以不同启动方式启动的方法，从而避免所有紧急工况均采用快启动的模式，降低快启动频率，提高EDG的可靠性和机组的安全性、可靠性、经济性。

Description

一种核电厂启动应急柴油机的方法及其系统

技术领域

本发明涉及核电厂应急柴油发电机组技术领域，具体涉及一种核电厂启动应急柴油机的方法及其系统。

背景技术

应急柴油发电机组(Emergency Diesel Generator，EDG)作为核电厂的重要后备电源，为核电厂安全停堆所需的中低压核辅助设备供电，确保设备安全和人身安全，还可防止由于外部交流电源丧失而导致的重要设备损坏。应急工况下，EDG需采用快启动方式，即启动后10s内达到额定转速和额定电压，为应急母线供电，使应急厂用设备正常工作，确保反应堆应急停堆，从而保证人员和环境的安全，保护重要设备和一回路压力边界完整性，减轻事故后果，EDG紧急启动时间由此评估而来。

目前，EDG的每台引擎设有两套相同的、完全独立的空气启动系统，空气启动系统产生的压缩空气用以启动引擎。EDG启动时，柴油机启动电磁阀被启动信号触发开启，压缩空气注入气缸使其开始运动。气缸带动大轴转动，各个引擎泵也开始转动。其中，日本福岛核事故发生的直接原因是核电厂自带应急柴油机无法启动，不能提供堆芯冷却的动力。

目前国内核电厂技术规范均要求应急工况下EDG采用快启动方式，即启动时间为10s以内。自上世纪80年代，美国核管会(NRC)及众多核电厂已开始对应急柴油机的老化进行研究，结果表明快启动是导致老化的重要原因。同时快启动还存在运动部件急剧摩擦，导致拉缸、烧瓦、曲轴箱炸裂等故障，对EDG寿命和可靠性造成严重影响。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下技术问题：

1)全球核电厂柴油机应急启动方式均为快启动，为满足10s快启动时间要求，EDG启动空气的压力较大(国内机组一般为40bar.g)，在柴油机启动瞬间，轴承和连杆会承受巨大的启动冲击力，由于柴油机启动前润滑油膜未完全形成，转动设备未经润滑而造成急剧摩擦，从而导致汽缸墙和凸轮表面磨损，并加速了主轴承和连杆轴承的磨损；

2)柴油机快速加速会增强曲轴扭转振动，由于曲轴在固有频率遇到快速的交替的谐波，难以从正常的机理中减幅，引起一些没有配备扭转振动阻尼器的引擎曲轴裂纹。增强的扭转振动还可能会在其他部件发生，例如引擎的机载水泵、凸轮轴和盘车装置；

3)柴油机快速加速和带载期间，无法在其内部建立有效的热力平衡，在缸体或曲轴箱产生很高的机械和热应力，从而引起柴油机结构的变形，导致金属与金属的刮擦，加速了部件的磨损，严重时导致曲轴箱炸裂；

4)调速器需要时间以控制引擎转速，所以柴油机快速加速10s内达到额定转速前会发生超速状态，导致引擎和发电机部件持续增加应力，从而加速了机械磨损以及发电机引线的松弛；

5)快启动会对柴油机的寿命和可靠性造成严重影响，导致运维成本上升，电厂收益下降；

6)应急情况下，现有慢启动技术不能直接应用到核电厂的应急柴油机。

综上，现有的核电厂应急柴油发电机启动方法亟待进一步改进。

发明内容

本发明目的在于提供一种核电厂启动应急柴油机的方法及其系统，实现EDG按不同紧急信号以不同启动方式启动的方法，从而避免所有紧急工况均采用快启动的模式，降低快启动频率，提高EDG的可靠性和机组的安全性、可靠性、经济性。

为了实现本发明目的，根据第一方面，本发明实施例提供一种核电厂启动应急柴油机的方法，包括如下步骤：

接收紧急启动信号；其中，所述紧急启动信号包括一种或多种信号；

根据紧急启动信号确定应急柴油机的启动方式并生成对应启动指令；其中，启动方式包括快启动方式和慢启动方式；

根据所述启动指令启动应急柴油机。

优选地，所述根据紧急启动信号确定应急柴油机的启动方式并生成相应启动指令包括：

当所述紧急启动信号包括全厂失电信号时，对应启动指令为快启动；

当所述紧急启动信号不包括全厂失电信号时，对应启动指令为慢启动。

优选地，所述紧急启动信号包括全厂失电信号和非全厂失电信号。

优选地，所述非全厂失电信号包括安全注入信号、主控室手动启动信号和安全壳隔离A阶段信号中的一种或多种。

优选地，所述步骤S1包括：接收非紧急信号和紧急停机信号；

所述步骤S2包括：根据所述紧急启动信号、非紧急信号和紧急停机信号确定应急柴油机的启动方式并生成对应启动指令；其中，当所述紧急启动信号或所述非紧急信号为1且所述紧急停机信号为0时，启动应急柴油机；当所述紧急启动信号或所述非紧急信号为0且所述紧急停机信号为1时，关闭应急柴油机。

根据第二方面，本发明实施例提供一种核电厂启动应急柴油机的系统，包括：

信号接收单元，被配置为用于接收紧急启动信号；其中，所述紧急启动信号包括一种或多种信号；

信号处理单元，被配置为根据紧急启动信号确定应急柴油机的启动方式并生成对应启动指令；其中，启动方式包括快启动方式和慢启动方式；

执行单元，被配置为根据所述启动指令启动应急柴油机。

优选地，所述信号处理单元具体被配置为：

当所述紧急启动信号包括全厂失电信号时，信号处理单元生成快启动指令；

当所述紧急启动信号不包括全厂失电信号时，信号处理单元生成慢启动指令。

优选地，所述紧急启动信号包括全厂失电信号和非全厂失电信号。

优选地，所述非全厂失电信号包括安全注入信号、主控室手动启动信号和安全壳隔离A阶段信号中的一种或多种。

优选地，信号接收单元，被配置为接收非紧急信号和紧急停机信号；

信号处理单元包括一或门电路和一与门电路，所述或门电路的输入端接收所述紧急启动信号和非紧急信号，所述或门电路的输出端连接所述与门电路的输入端，所述与门电路的输入端还接收所述紧急停机信号。

本发明实施例具有以下有益效果：国内外核电领域首次提出根据不同运行工况以不同启动方式启动应急柴油机的方法，以是否全厂失电作为应急柴油机启动方式选择依据，不同工况按不同方式启动应急柴油机，仅在全厂失电情况下选择快启动方式，克服了核电厂根据不同信号均采用快启动方式所带来的技术缺陷，提高了应急柴油机使用寿命，提升了应急柴油发电机组可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一所述一种核电厂启动应急柴油机的方法流程图。

图2是本发明实施例一中所述步骤S2控制原理图。

图3是本发明实施例一中应急柴油发电机组启动、停机及保护信号控制原理图。

图4是本发明实施例二所述一种核电厂启动应急柴油机的系统示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

如图1所示，本发明实施例一提供一种核电厂启动应急柴油机的方法，适用于多种柴油发电机启动方式的优化，不仅限于核电应急柴油发电机组。

所述方法包括如下步骤：

步骤S1、接收紧急启动信号；其中，所述紧急启动信号包括一种或多种信号；

步骤S2、根据紧急启动信号确定应急柴油机的启动方式并生成对应启动指令；其中，启动方式包括快启动方式和慢启动方式；

步骤S3、根据所述启动指令启动应急柴油机。

在本实施例中，所述步骤S2中根据紧急启动信号确定应急柴油机的启动方式并生成相应启动指令包括：

当所述紧急启动信号包括全厂失电信号时，对应启动指令为快启动；

当所述紧急启动信号不包括全厂失电信号时，对应启动指令为慢启动。

在本实施例中，所述紧急启动信号包括全厂失电信号和非全厂失电信号。

在本实施例中，所述非全厂失电信号包括安全注入信号、主控室手动启动信号和安全壳隔离A阶段信号中的一种或多种。具体而言，本实施例采用研究EDG紧急启动时间最大裕量的方法，该方法包括：1)调取核电厂在设计基准事故情况下所有必须的安全系统；2)从调取的所有必须安全系统中筛选出EDG启动时间相关的系统；3)分别测算出所有与EDG紧急启动时间相关的系统在最不利条件下的实际延时；4)选取各个与EDG紧急启动时间相关的系统在最不利条件下的实际延时与最终安全分析报告中的假定延时的差值的最小差值，即为最大裕量。基于以上方法，可以确定不同安全系统事故对于EDG的紧急启动时间的要求，因此，可以根据不同的紧急启动信号来确定采用快启动还是慢启动。

本实施例对EDG在不同紧急工况下采用不同启动方式，当紧急启动信号产生时，本实施例方法仅在全厂失电时柴油机有快速启动需求。对于收到柴油机紧急启动信号时，可根据是否叠加“全厂失电”信号选择不同启动方式。

EDG快启动方式是导致核电厂EDG老化的重要原因，同时快启动还存在运动部件急剧摩擦，导致拉缸、烧瓦、曲轴箱炸裂等故障，对EDG寿命和可靠性造成严重影响。因此，为减少EDG快启动而引起的拉缸和磨损等故障，本发明实施例提出一种最适合EDG启动的方式，以不同紧急信号采用不同启动时间，从而在保障核电机组安全的基础下，最大化提高EDG的可靠性和安全性，可有效降低EDG故障率与老化率，为电厂带来实际效益。

相对于现有技术而言，目前全球核电厂柴油机应急启动方式均为快启动，应急情况下，由于现有慢启动方式启动时间长，无法直接应用到核电厂的应急柴油机，慢启动只应用在定期试验中。而本发明实施例中紧急启动信号包括全厂失电信号和非全厂失电信号，所述非全厂失电信号安全注入信号、主控室手动启动信号和安全壳隔离A阶段信号等信号，其中，所述安全注入信号为由反应堆保护系统(RPR)响应一回路冷却剂丧失(LOCA)和蒸汽管道破裂(SGTR)事故所产生的安全注入系统启动信号；所述主控室手动启动信号为主控操纵人员在主控室操作发出；所述安全壳隔离A阶段信号为安全注入信号产生的同时触发。

本发明实施例根据紧急启动信号的具体内容，来选择柴油机应急启动方式，启动方式包括了快启动和慢启动方式，也就是说，本发明实施例提出的方法是快启动和慢启动两种方式结合，其中，本实施例所述慢启动为柴油机按照厂家预先设定的最优启动程序来启动柴油机，这种启动方式对柴油机寿命和可靠性的影响是最低的，但耗时较长，需要几十秒甚至几分钟。从而减少汽缸墙和凸轮表面磨损以及主轴承和连杆轴承的磨损；同时，减少曲轴扭转振动，避免引起一些没有配备扭转振动阻尼器的引擎曲轴裂纹以及柴油机结构的变形，减少金属与金属的刮擦、避免机械磨损以及发电机引线的松弛；提高柴油机的寿命和可靠性，减少运维成本，从而提高电厂收益；

此外，本发明实施例的实现对电厂改动小、成本低，只需要增加若干个继电器和接线，如图3所示，但能大大提高电厂收益。同时，降低了设备老化速率，减少运维投入，带来了经济效益；本发明实施例使EDG启动方式更加灵活，启动更加可靠；并且提高EDG能力因子和延长EDG部分关键设备的维修周期；所述能力因子为机组一定时间内实际发出的电能与它在这段时间内按铭牌功率满发能够发出的电能之比。

在一实施例中，所述步骤S1还包括：接收非紧急信号X2和紧急停机信号X3；

所述步骤S2具体包括：根据所述紧急启动信号X1、非紧急信号X2和紧急停机信号X3确定应急柴油机的启动方式并生成对应启动指令；

其中，当所述紧急启动信号或所述非紧急信号为1且所述紧急停机信号为0时，启动应急柴油机；当所述紧急启动信号或所述非紧急信号为0且所述紧急停机信号为1时，关闭应急柴油机。

具体而言，本实施例除了根据紧急启动信号确定应急柴油机的启动方式以外，还根据非紧急信号和紧急停机信号来确定应急柴油机的启动或关闭。

其控制原理如图3所示：

SI信号、CIA信号、主控室手动启动信号以及LHA/B002JA跳闸信号输入一或门电路后输出所述紧急启动信号X1；

主控室授权信号和就地非紧急启动开关信号输入一与门电路后输出非紧急启动信号，主控室授权信号和就地非紧急停机开关信号输入一与门电路后输出非紧急停机信号，所述非紧急启动信号、非紧急停机信号取非、其他非紧急停机信号取非输入一与门电路后输出所述非紧急信号X2；

柴油机超速保护信号、发电机保护信号、就地紧急停机按钮信号、润滑油压力低3取2信号输入一或门电路后输出所述紧急停机信号X3。

所述紧急启动信号X1和所述非紧急信号X1输入一或门电路后输出一X1 or X2信号，所述紧急停机信号X3取非得到信号，所述X1 or X2信号和信号输入至一与门电路后输出控制信号，该控制信号为启动应急柴油机或关闭应急柴油机。

其中，当X1 or X2为1且为0时，启动应急柴油机；当X1 or X2为0且所述为1时，关闭应急柴油机。

如图4所示，本发明实施例二提供一种核电厂启动应急柴油机的系统，包括：

信号接收单元1，被配置为用于接收紧急启动信号；其中，所述紧急启动信号包括一种或多种信号；

信号处理单元2，被配置为根据紧急启动信号确定应急柴油机的启动方式并生成对应启动指令；其中，启动方式包括快启动方式和慢启动方式；

执行单元3，被配置为根据所述启动指令启动应急柴油机。

在本实施例中，所述信号处理单元2具体被配置为：

当所述紧急启动信号包括全厂失电信号时，信号处理单元生成快启动指令；

当所述紧急启动信号不包括全厂失电信号时，信号处理单元生成慢启动指令。

在本实施例中，所述紧急启动信号包括全厂失电信号和非厂失电信号。

在本实施例中，所述非全厂失电信号包括安全注入信号、主控室手动启动信号和安全壳隔离A阶段信号中的一种或多种。

在本实施例中，信号接收单元2，被配置为接收非紧急信号和紧急停机信号；

信号处理单元3包括一或门电路和一与门电路，所述或门电路的输入端接收所述紧急启动信号和非紧急信号，所述或门电路的输出端连接所述与门电路的输入端，所述与门电路的输入端还接收所述紧急停机信号。

需说明的是，实施例二所述系统与所述实施例一所述方法对应，因此，实施例二未详述部分可参见实施例一所述部分。

通过以上实施例的描述可知，本发明实施例具有如下优点：国内外核电领域首次提出根据不同运行工况以不同启动方式启动应急柴油机的方法，以是否全厂失电作为应急柴油机启动方式选择依据，不同工况按不同方式启动应急柴油机，仅在全厂失电情况下选择快启动方式，克服了核电厂根据不同信号均采用快启动方式所带来的技术缺陷，提高了应急柴油机使用寿命，提升了应急柴油发电机组可靠性。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种核电厂启动应急柴油机的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、接收紧急启动信号；其中，所述紧急启动信号包括一种或多种信号；

步骤S2、根据紧急启动信号确定应急柴油机的启动方式并生成对应启动指令；其中，启动方式包括快启动方式和慢启动方式；

步骤S3、根据所述启动指令启动应急柴油机。

2.根据权利要求1所述的核电厂启动应急柴油机的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

当所述紧急启动信号包括全厂失电信号时，对应启动指令为快启动；

当所述紧急启动信号不包括全厂失电信号时，对应启动指令为慢启动。

3.根据权利要求2所述的核电厂启动应急柴油机的方法，其特征在于，所述紧急启动信号包括全厂失电信号和非全厂失电信号。

4.根据权利要求3所述的核电厂启动应急柴油机的方法，其特征在于，所述非全厂失电信号包括安全注入信号、主控室手动启动信号和安全壳隔离A阶段信号中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的核电厂启动应急柴油机的方法，其特征在于，

所述步骤S1包括：接收非紧急信号和紧急停机信号；

所述步骤S2包括：根据所述紧急启动信号、非紧急信号和紧急停机信号确定应急柴油机的启动方式并生成对应启动指令；其中，当所述紧急启动信号或所述非紧急信号为1且所述紧急停机信号为0时，启动应急柴油机；当所述紧急启动信号或所述非紧急信号为0且所述紧急停机信号为1时，关闭应急柴油机。

6.一种核电厂启动应急柴油机的系统，其特征在于，包括：

信号接收单元，被配置为接收紧急启动信号；其中，所述紧急启动信号包括一种或多种信号；

信号处理单元，被配置为根据紧急启动信号确定应急柴油机的启动方式并生成对应启动指令；其中，启动方式包括快启动方式和慢启动方式；

执行单元，被配置为根据所述启动指令启动应急柴油机。

7.根据权利要求6所述的核电厂启动应急柴油机的系统，其特征在于，所述信号处理单元具体被配置为：

当所述紧急启动信号包括全厂失电信号时，信号处理单元生成快启动指令；

当所述紧急启动信号不包括全厂失电信号时，信号处理单元生成慢启动指令。

8.根据权利要求7所述的核电厂启动应急柴油机的系统，其特征在于，所述紧急启动信号包括全厂失电信号和非全厂失电信号。

9.根据权利要求8所述的核电厂启动应急柴油机的系统，其特征在于，所述非全厂失电信号包括安全注入信号、主控室手动启动信号和安全壳隔离A阶段信号中的一种或多种。

10.根据权利要求9所述的核电厂启动应急柴油机的系统，其特征在于，

信号接收单元，被配置为接收非紧急信号和紧急停机信号；

信号处理单元包括一或门电路和一与门电路，所述或门电路的输入端接收所述紧急启动信号和非紧急信号，所述或门电路的输出端连接所述与门电路的输入端，所述与门电路的输入端还接收所述紧急停机信号。