緊急柴油發電機及全黑起動

壹、電源概述
貳、設計基準
參、柴油機及附屬系統
肆、柴油發電機控制和保護
伍、柴油發電機
陸、運轉

壹、電源概述

本廠電力系統由三台起動變壓器,供給機組起動、停機時所需之電源。一台161KV/13.8KV/4.16KV主起動變壓器、一台備用起動變壓器和一台來自超高壓的345KV/13.8KV/4.16KV起動變壓器。一旦失去廠外電源,核能安全系統匯流排失電或特殊安全設施(ESF)動作;柴油發電機立即自動起動,併入安全系統匯流排(B-PB-S01及A-PB-S01),依時序供給特殊安全設施或安全停機所必須之電源。每部機組備有二台各自獨立的柴油發電機組,另有一台第五部柴油發電機可供兩部機共用

貳、設計基準

  1. 供給每一4.16KV安全匯流排的備用電源,其容量足夠供機組安全停機所必須的電源。
  2. 此系統均為雙重設備,在佈置方面互相隔開,在電氣方面相互隔離。如此,任何單一元件故障或失靈,將不致影響到整個系統的功能。
  3. 每台柴油發電機最低使用年限為四十年,整個系統必須耐地震,合乎一級重要設備的防震要求,在地震時(後)仍可運轉。
  4. 每台柴油發電機所發之電量,必須大於LOCA和全黑後的緊急總負載。
  5. 分別在安全匯流排(A-PB-S01與B-PB-S01)上的兩台柴油發電機,禁止兩台並聯運轉。每台柴油發電機必須由其自身的匯流排送出。
  6. 每台柴油發電機在接到起動信號後,能在十秒內建立額定頻率和電壓。可連續的起動五次,且在無二次冷卻水情況下,可連續運轉三分鐘。
  7. 每台柴油機,不管負載多少均不可在臨界速度下運轉。
  8. 每部柴油機各有其獨立的潤滑油系統及冷卻水系統。此兩系統須能使柴油發電機組,在任何情況下緊急快速起動。
  9. 此系統必須設計能耐飛射物、耐火和可能發生的自然事件。
  10. 此系統必須能供定期測試和機件檢查。

參、柴油機及附屬系統 

柴油引擎汽缸內,燃氣被壓縮燃燒而推動曲軸。引擎軸直接帶動發電機旋轉,轉速直接由噴嘴射入油量的多寡而定。此外柴油引擎備有其本身的潤滑油系統、冷卻水系統、壓縮空氣起動系統、供油系統、空氣進氣系統、排氣系統等。尚有附屬設備如下:

˙進、排氣總管                         ˙增壓器後段冷卻器              ˙進氣增壓機和其相關輔助設備    
˙引擎飛輪                                 ˙延伸軸及軸承                     ˙熱交換器
˙潤滑油槽及油位指示計          ˙潤滑油循環泵                     ˙壓力指示計與每一汽缸停機放氣塞
˙超速停機機構                         ˙曲柄箱洩放閥                     ˙引擎機內燃油增壓泵
˙引擎平台和起動設備              ˙電氣負載和速度偵測設備和機械式調速機。

  1. 保溫設備
    為確保柴油機能迅速起動,冷卻水套內之水和潤滑油,必須隨時維持適當的溫度。故在每台柴油機冷卻水和潤滑油系統內,均應加裝電熱器。此電熱器使潤滑油、冷卻水經常保持一定的溫度,並備有控制溫度的調節閥。
  2. 壓縮空氣起動系統
    備有二組獨立、重複的起動系統。每組包括空氣儲存槽、空氣壓縮機和空氣乾燥器等。空氣由空氣壓縮機壓縮後,經後段冷卻器到空氣儲存槽外的乾燥器,乾燥器是利用乾燥劑除濕,除去水份後,再送至空氣儲存槽,儲存槽空氣容量足供柴油引擎連續起動五次。每具空氣儲存槽的出入口均裝有逆止閥,以防儲氣槽或管路破裂時影響其他充氣系統。
  3. 空氣進氣系統 外界的空氣,由空氣濾清器吸入進氣管消音器,再經兩部由排氣驅動的渦輪充氣機(Turbochargers)加壓後,進入中間冷卻器,經壓縮冷卻後,送入進氣總管。進氣總管內的空氣因渦輪充氣機加壓,故可得更大的進氣密度增加效率。
  4. 供油系統
    在柴油機房旁的二個燃油貯存槽(存有七天的運轉量),經燃油輸送泵自動(依日用槽的油位)泵送至二個燃油日用槽。柴油發電機燃油輸送泵,依燃油日用槽油位高低自動起動、停止。燃油日用槽任何溢流燃油均被回收流至燃油儲存槽。燃油儲存槽及日用槽並備有通氣孔、加油嘴、脫水和再循環等設備。而燃油日用槽內的燃油,利用重力直接流到柴油引擎,經燃油過濾器、燃油泵,泵至供油集管;再經引擎軸驅動的燃油注射泵,經噴嘴射入汽缸。每部柴油發電機的燃油日用槽,其存量在不添加下,可供柴油機滿載運轉四小時。在控制室或柴油機房手動控制整個燃油泵送系統。此外,供油管路並備有陰極保護設備。萬一在貯存期間柴油劣化,可由燃油輸送泵經臨時管路泵送到外界。
  5.  
  6. 排氣系統
    柴油引擎汽缸內燃燒過的廢氣,經排氣閥、排氣總管推動渦輪充氣器的輪翼以增加進氣壓力,降低排氣壓力。如此,動力回收增加引擎的運轉效率。從渦輪充氣器出來廢氣,經排氣管、消音器排出廠外。
  7. 冷卻水供給系統
    每台柴油發電機,均有其獨立的冷卻水系統;包括閉路式循環水套冷卻水系統、備用水套冷卻水皕饕q熱器、潤滑油冷卻器、調速機冷卻器及空氣中間冷卻器。柴油發電機平常均在備用狀態,其引擎本體利用加熱器加熱水溫隨時保持暖機狀態,使引擎能迅速地起動。引擎起動後,保溫水泵和皕饕q熱器則自動切離。接到柴油機起動信號,熱交換器廠用海水入口閥即自動開啟。讓廠用海水流入水套熱交換器,將引擎水套冷卻水熱量帶出。在無廠用海水流經柴油機水套熱交換器時,柴油發電機冷卻水系統足可供柴油機起動運轉三分鐘。這種設計是因電動的廠用水泵,要等柴油機起動後才能運轉。在柴油機運轉時,柴油發電機冷卻水的溫度由三通溫度調節閥自動控制。此閥調節流經柴油發電機冷卻水套熱交換器和其旁通的冷卻水流量。使引擎冷卻水維持在適當的溫度,以得最大的引擎效率。經水套熱交換器冷卻過的水,一部份直接流回直立管;另一部份流至潤滑油冷卻器、空氣中間冷卻器、調速機冷卻器、排氣管水套後再流回直立管。柴油機停機備用時,若出現引擎水套低溫警報,則可能是溫水系統故障。此時,操作員應馬上更換故障機件或起動柴油機,以防柴油發電機冷卻水系統低溫。柴油發電機運轉時,引擎本體的熱量,由引擎體內閉路冷卻水帶至水套熱交換器。發電機及軸承的熱則由本身風扇帶走。
  8. 潤滑油系統
    柴油引擎的各部動件,如汽缸與活塞間、汽門定時搖桿、曲軸襯套、軸承等,各部份動件均須加以潤滑。在平常備用時,潤滑油盆內的潤滑油,由馬達驅動泵吸出,流經潤滑油加熱器、潤滑油過濾器再流回油盆。以保持潤滑油的溫度,確保引擎可迅速起動。潤滑油的溫度由皕鱉髡菾奀惆謘C加熱器故障時,不會立即影響柴油發電機系統。引擎運轉時,潤滑油由引擎驅動泵從潤滑油槽抽出,經潤滑油冷卻器,過濾器後,流入引擎潤滑各部動件。洩漏進引擎曲柄箱內的氣體,則排放到大氣。潤滑油再流回潤滑油盆,以防曲柄箱內的高壓氣體破壞潤滑油油質。
肆、柴油發電機控制和保護   

每部柴油發電機,均可在主控制室或現場控制盤手動起動。在柴油發電機上的負載偵檢回路控制調速器,以控制柴油引擎的出力。

  1. 柴油發電機組可以下列三種形式運轉:
    1. 單獨不加負載空轉(即不加壓到A-PB-S01和B-PB-S01匯流排)。
    2. 與正常4.16KV供給電源並聯運轉。
    3. 單獨供特殊安全設施匯流排的電源。
  2. 每部柴油機在接到下列信號時即自動起動
    1. 安全注水信號(Safety Injection Signal)
    2. 特殊安全設施(ESF)匯流排失電。
  3. 柴油機可由現場或控制室緊急起動或跳脫按鈕手動起動或停機
伍、柴油發電機 

柴油引擎所輸出的扭力,由轉軸直接驅動交流發電機轉子。而轉子又受直流電源加壓激磁,以產生旋轉磁場;割切其外圍的固定線圈(即發電機定子),使發電機定子產生電流輸出。 本廠使用三相柴油發電機,最大出力可達7700KW。轉子磁場由固態勵磁機電壓調整器 供給直流電源。
下列為保護發電機之各項警報:

˙發電機低頻率                  ˙發電機低電壓                ˙發電機欠激磁 
˙發電機保護電驛動作      ˙直流控制電源故障        ˙發電機磁場接地

陸、運轉

  1. 柴油發電機組起動時序
    1. 柴油發電機起動空氣電磁閥動作, 空氣儲存槽內的壓縮空氣推動引擎曲軸;同時設定五秒定時器動作。
    2. 當引擎轉速上升到200RPM時,空氣關斷電驛失能,停止空氣推動引擎。
    3. 引擎轉速升到200RPM時,低速電驛賦能,起動一秒後勵磁機開始激磁,停止水套暖水泵、潤滑油加熱器和柴油機房的周溫加熱器。
    4. 引擎轉速升到430RPM時,高速率電驛動作,指示引擎接近額定速率,同時切離由電瓶來的磁場激磁電源。
    5. 引擎轉速連續升到430RPM時,其轉速由引擎調速器調整。在額定電壓和接近額定轉速(450RPPM)時,可以併聯準備加載。
  2. 柴油發電機自動加載時序
    1. ESF匯流排喪失電壓,低電壓電驛動作,引發柴油發電機自動起動。同時把匯流排上原有負載跳脫。廠外電源供電至ESF匯流排的斷路器也已跳脫。柴油發電機起動後十秒內,其電壓與頻率已達到額定值。柴油發電機輸出斷路器在電壓,頻率都達額定後並且母線無電壓時會自動投入,供給ESF匯流排。原先跳脫之負載,依序自動恢復受電。
    2. 萬一發生冷卻水流失(LOCA)時;如果來自廠外之電源仍正常,則由廠外電源供電至ESF4.16KV匯流排的斷路器將不會跳脫。此時,柴油發電機之起動,僅做為後備電力之用(即自動起動後於額定轉速備用),實際上並不供電。但當LOCA及ESF匯流排失電同時發生時,匯流排將自動卸載。柴油發電機自動起動供電,並依設定時間, 依序自動復電。
  3. 全黑(Station Blackout)起動

    當本廠正常運轉中,忽然#1、#2號機組同時跳脫,且廠外電源供給終止時;在161KV和4.16KV(A-PB-S01、B-PB-S01)安全匯流排上低電壓電驛動作,立即自動起動廠內二台柴油發電機,依序供廠內特殊安全設施(E.S.F)所須之電源。
    本廠另有全黑起動用氣渦輪機(G/T)兩台。欲啟用時將於一分鐘內起動G/T的柴油機,供G/T起動馬達及起動G/T所須的附屬設備。約八分鐘後,汽渦輪機達額定轉速與電壓時,併聯至161KV系統。併聯後約二分鐘,每台汽渦輪機即可送出約40MW供廠內用電。