引言：在厂外主电源厂外辅助电源均丧失的情形下，每一台应急柴油发电机组有实力达到紧急厂用机器设备用电量规定，以保证核反应堆的安全性停机；而且防止由于正常的的内部电气系统跳停而造成关键设备的损坏。每一个核电厂发电机队的设备为两部单独的、相互之间备用应急柴油发电机组。做为确保核电站安全的关键设备之一，核电厂柴油发电机组务必具有非常高的稳定性，对发电机组输出功率、起关机、变速、抗震等级、可靠性和使用期限等相关指标是极高标准严要求。



一、机器设备简述



      CPR1000核电厂的每一台核电厂发电机组应配置2台100％容量．EDG，都处于热备用状态，时刻准备运行生产发电。按照国际核安全运营的最新规定，CPR1000核电厂在厂区加设一台独立运行的同容积协助柴油发电机组，当其他EDG开展定期维修维护保养时，则可以转换预留。

在核电厂中，电器设备分成1E级（安全性级）和非1E级（非安全性级）。后备电源系统软件（传统设计方案包含EDG、蓄电池组、充电器和相关配电设备等）归属于1E级机器设备，在外界断电时，EDG立即启动生产发电，向原子炉的安全保护和冷却/排热/自然通风等平台提供应急供电，实行有关的核安全局作用。

应急柴油发电机组机器设备抗震等级要求是抗震等级I类，在其中柴油机、发电机、汽柴油搅拌泵及电动机、风机冷却塔及发电机设备为1A类，即这种设备在大多数地震灾害环境下不但能确保结构完整，还需要能够维持可靠运行。须满足以下两种地震灾害标准：安全性停机地震灾害SSE与运行标准地震灾害OBE。SSE时候的地震灾害瞬时速度值是OBE时候的2倍。OBE地震活动水平和垂直加速度，在地面的最高值设置为0.2g和0.133g。



二、设计要点



核安全局级柴油发电机组遵循的关键政策法规、标准、规范包含：

1、HAF003核电站品质保证安全管理规定；

2、HAD003系列产品核电站品质保证中和设计及物项制造等相关的安全性规程；

3、HAD102系列产品核电站设计里与紧急动力装置及结构抗震设计、评定相关的安全性规程；

4、RCC-M法国的压水堆核电站核岛机械设备设计生产制造标准；

5、RCC-E法国的压水堆核电站核岛电器设备生产设计标准；

6、IEEE387核电厂后备电源用柴油发电机组设计原则；

7、IEEE649 后备电源用柴油发电机组定期检测规范；

8、IAEA 50-SG-D1沸水堆、压水堆核电站安全配置和构件分级标准；

9、ISO 8528 往复内燃机发电机组；

10、ISO 3046 往复燃气轮机特性；

11、IEC60034 国际电工研究会力矩电机规范；

12、KTA 3702 法国民用型核电厂应急柴油发电机组机器设备。



三、核级紧急柴发总体方案设计



1、设计要点

依据核电厂后备电源设计要点，应急柴油发电机组设计最少一定要考虑下列条件：

（1）发电机组运作使用寿命；

（2）该设备安装工程的生活环境（最大、最低温/环境湿度以及延续时间和年平均气温）；

（3）设备安装工程楼层地震响应谱；

（4）核反应堆安全性停机负载特性；

（5）柴油机进口空气指数（盐、砂等成分）；

（6）本地大气压强（应考虑天气问题，如龙卷风的降血压、延续时间和风力大小）；

（7）燃油的型号和品质；

（8）发电厂用水的品质；

（9）火灾事故影响等。

2、安全规定

（1）发电机组暂态载入特点

为了实现在突发性事件的发生核反应堆能够安全停机，规定应急柴油发电机组在收到启动信号10s内做到最高转速，在45s内载入核反应堆停机所需的全部负载。在发电机组最开始设计的时候，应该根据核反应堆安全性停机负载特性对发电机队的运行及暂态载入能力进行计算模拟。

（2）发电机组抗地震灾害测算/实验

核电站的抗震具有特殊的必要性。因为核电站中很多设备及构件中聚集了大量放射性元素，一旦遭受地震灾害毁坏可能会使放射性元素外逸，进而向社会公众生命与健康造成不良影响。假如核反应堆系统软件遭受破坏，可能导致核电站事故，影响范围更大。因而，在核电站的设计和建造中一定要重视抗震鉴定工作中。全世界关键核国家依次创建了一整套相关抗震鉴定的政策法规、规程和完善，进而为核电站的抗震安全系数带来了确保。

为了保证在突发性事件的发生应急柴油发电机组可以正常为核反应堆给予开关电源，应急柴油发电机组务必可以承受本地可能出现的最大的一个地震数据冲击性。在发电机组最开始设计的时候，一定要对柴油机、发电机及与柴油机正常运转有关的附属设备，按各设备安装工程楼层楼板回应谱开展抗地震灾害测算（或实验），此设备在发电机组设计的时候能够不予考虑。

为了避免有危害振动传送，各种设备的连接需采用挠性管联接，核级设备之间的管道及其附件一样也要开展抗地震灾害测算，确保在地震数据冲击性之后能够正常运转。

为认证核安全局级柴油发电机组的抗震I类作用，一定要进行柴油发电机组的抗震鉴定。抗震鉴定可采取统计分析方法、测试方法或分析和实验相结合的方法，此外还可以选用经验反馈方式进行逻辑论证。假如分析方法不能确认抗震等级I类设备的完整性运行性时，务必通过试验法进行检验。

在通过试验法评定时，务必充分考虑抗震试验台橱柜台面尺寸大小承载力和被实验设备体积、净重是否一致，实验台的技术参数是否符合抗震试验全部测试报告的需求。

安全性级柴油发电机组的抗震试验也会受到振动平台设备能力限制，目前只能做2000kW下列输出功率段发电机队的实验，2000kW之上输出功率段发电机队的抗震鉴定只能依靠剖析测算去进行，但剖析测算的app一定要可信赖的，有充足的精准度的，且获得相关核安全监管单位的肯定。

地震模拟震动舞台上的抗震试验为破坏性试验，通过抗震试验的机器一般不可作为产品安装在核电厂，除非是能够证明因为抗震鉴定实验所产生的累计的应力循环而引起的疲惫不容易使之降权，影响到执行安全配置能力。

（3）发电机组震动及扭振

①发电机组震动：

因为柴油机归属于往复机械设备，为降低柴油机震动及对周边机器的振动分析危害，在发电机组设计的时候，一定要对柴油发电机组开展震动测算下载并安装扭簧减振减震器。

②发电机组扭振：

为了确保柴油发电机组运行中发电机组轴系的安全性，必须对发电机组轴系扭转振动来计算，确保在运转区域柴油机轴系地应力不得超过其抗剪强度。

3、汽柴油系统设计

因为核级应急柴油发电机组归属于应急状态下使用，因此不顾及合理性难题，一般都是采用轻柴油作为燃料，在供油系统上都无须像负荷发电厂那般需要安装蒸汽流量计。

（1）核电站主储罐容积一般要求能够满足发电机组在满负荷下联接运作7天要求，提供的油设备基本原理如下图1所显示；日用油箱容量要能确保发电机组满负荷运作4h，构造如下图2所显示。

（2）为了提高系统的安全性，从主储罐到日用机油箱中间运用2个并接的汽柴油齿轮油泵运输。日用机油箱要构思迅速汽柴油释放口，当柴油机车间内发生火灾后，在工业厂房外能立即将汽柴油放入储罐。

（3）从日用柴油油箱到柴油机中间要增加汽柴油备用泵（与机带高压油泵并接），以防止在紧急时因为机带泵毁坏而造成发电机组不能工作。

4、设计滑油系统

为了保证柴油发电机组能够在45s内快速加载到满负荷，要求柴油发电机组始终处于热备用状态，核级应急柴油发电机组需要增加滑油预热系统，通常通过预热高温水加热滑油。在核应急柴油发电机厂房，需要放置滑油供应油箱，供应油箱的容量应保证柴油发电机组的满功率连续运行7天。滑油通过供应油泵向柴油发电机公共底座供应油，供应油泵的工作由柴油发电机公共底座液位传感器控制。控制逻辑如下:

(1)液位过高：报警，停泵。

液位高：停泵。

液位低：起泵。

液位过低：报警，起泵。

(5)滑油预供泵与柴油机的转速信号联锁，当柴油机接到启动信号时，预供泵停止运转；当柴油机接到停机信号时，预供泵开始运转，如图3所示。

5、设计冷却水系统

一般来说，电站冷却水系统通常包括高温水和低温水系统、高温水冷却缸套、气缸盖等。，低温水冷却空气冷却器和滑油。核电应急柴油发电机组冷却水系统有以下两种方案:

1)重要工厂用水冷却高，低温水

该冷却方法由三路水组成，利用重要工厂用水分别冷却高、低温水。重要工厂用水通过电站中央冷却塔冷却。

二是风冷散热器冷却高，低温水

这种冷却方式通过两种大型风冷散热器分别冷却高温和低温水，这就要求风冷散热器和风扇在地震发生时必须能够承受地震载荷并正常工作。

为了保证柴油发动机随时处于热备用状态，柴油发动机不运行时应进行预热。预热泵和柴油发动机的速度联锁，当接到柴油发动机的启动信号时，预热泵停止运行；当接到柴油发动机的停机信号时，预热泵开始运行。预热水的温度因柴油发动机的性能而异。

高、低温水系统各设置膨胀水箱补充水，高、低温水系统高点设置放气口如图3所示。

6、设计进排气系统

室内进气一般用于核级应急柴油发电机组的进气，车间内的温度应保持在发电机组允许的工作范围内。温度过低会影响发电机组的启动性能，温度过高会降低发电机组的输出功率。

核级应急柴油发电机组排气系统应尽可能短，避免弯头过多，尽可能减少柴油发电机排气的背压，否则会降低发电机组的输出功率。排气膨胀节应安装在涡轮增压器的出口处，以补偿温度变化引起的管道膨胀。管道必须有坚固的支撑点，以确保管道的重量在任何情况下都不能施加到涡轮增压器中，以免损坏增压器，导致发电机组无法工作。排气消音器应安装在排气管上，排气出口应设计防雨。

7、空气压缩系统

目前，大功率柴油发动机的启动方式一般分为空气分配器启动和空气电机启动。作为核应急柴油发电机组，应采用两个相互独立的启动系统，以确保在任何启动系统故障时，另一个系统仍然可以启动柴油发动机。每个启动系统由独立的空气瓶供气，两个空气压缩机的原动力一般不同，一个是电机，一个是小功率柴油发动机。空气压缩机的启动和停止由空气瓶内的压力控制。当瓶内压力低于下限设定值时，当瓶内压力大于上限设定值时，空气压缩机停止。

空气瓶的容量随柴油机的耗气量而变化，一般必须满足空压机不工作时，空气瓶内的空气可以满足柴油机六次启动的需要。

当柴油发动机的瞬态响应速度较慢时，可以对涡轮增压器进行吹气，以加速涡轮的响应速度，从而提高柴油发动机的瞬态响应特性。此外，柴油发动机的控制系统，如柴油发动机的超速保护、柴油发动机的启动、停车、调速器驱动器的供气等。，都需要通过压缩空气系统提供气源，如图4所示。

图4 柴油发电机压缩空气系统原理图

8、设备性能参数

主要性能指标包括：

(1)发电机组使用寿命为40年，等效10000小时(不包括起停时间)。

(2)发电机组始终处于预热状态，确保在收到紧急启动信号后10s内能迅速达到额定转速和额定电压，进入紧急带载状态。

(3)100次启停试验不允许失败一次，启动可靠性不低于99次。％。在使用寿命期间，启动次数不少于4000次。按照紧急负载加载顺序，40s内满是紧急负载。

(4)发电机组在负载加载2s以内，出线电压恢复到额定值(6kV)90％(5.94kV)频率恢复到98kV的额定值(50Hz)％(49Hz)。整个负载过程中，出线电压不低于额定值(6kV)的75％(4.95kV)频率不低于95kV的额定值(50Hz)％（47.5Hz）。

(5)抛载时，发电机组超速率不超过最大超速设定值的75％。

在1.2倍额定转速下，发电机组的超速运行时间不少于5s。

(7)发电机组每24小时连续运转，允许2小时在110。％额定负载超载运行。



总结：

各种核电柴油发电机组的主要设备采用不同类型的柴油发电机组与核级柴油发电机组的主要设备，额定功率为200。～作为核级柴油发电机组的备用单元，9500kW为安全停堆相关负荷提供了充足可靠的电力，保证了堆芯的冷却和余热的排出。国产化成功打破了依赖国外设备的局面，填补了国内空白，降低了成本，便于运行和维护，为核电设备的国产化奠定了坚实的基础，促进了中国核电行业其他设备的国产化，为提高核电厂的安全防御能力提供了可靠的设备，为中国核电发展中不同功率档次的备用电源选择提供了便利和条件，也为其他行业的柴油发电机组提供了坚实的运行业。