KMS1000E柴油发电机组的核安全性能

1.项目概述

上海科泰电源股份有限公司从2003年与中国原子能科学研究院合作研发中国实验快堆配套的核安全级柴油发电机组，历经3年，样机通过国家核安全局、中国核工业第二设计院、中国实验快堆指挥部的鉴定审查，产品性能满足核安全法规要求，批准投入正式生产。

2010年，供货的4套800kW机组已正式投入运行，为中国第4代核电实验堆运行保驾护航。

核安全级柴油发电机组主要应用于核电站应急备用电力系统，在核电站应急电力系统失去厂外电源后向安全系统设备以及其他指定的非安全系统设备提供电源，保证核安全级或安全相关级的设备执行其功能。

核安全级柴油发电机组基本的技术要求：机械设备安全级；电气1E级；抗震I类；质保QA1级。

机械设备安全级是在核电站应急电力系统失去厂外电源后在任何设计基准事件发生时和发生后都必须具有运行能力，向安全系统设备以及其他指定的非安全系统设备提供电源，这些设备和系统是完成反应堆紧急停堆、安全壳隔离、堆芯冷却以及从安全壳和反应堆排出热量所必须的，或者是防止放射性物质向环境大量排放所必须的。

电气1E级是指核安全级柴油发电机组为1E级电力系统设备，主要作用是为反应堆停堆系统、专设安全设施和辅助支持设施供电。

抗震I类是设备应能承受在厂区内可能遭受的一次最大地面运动（OBE）和在厂区内可能发生的最大地震（SSE）并保证在地震发生时或（和）地震后均能履行其安全功能。

质保QA1级是核安全级设备必须满足的，包括管理性和技术性质保。

核安全级柴油发电机组除了必须满足其使用性能要求外，其关键技术就是从结构设计上必须保证在地震发生时或（和）地震后机组均能启动并满足对它的基本性能要求。

2.技术方案

核安全级柴油发电机组包括柴油机、发电机、抗震底座、冷却水箱、启动蓄电池组、减震橡胶垫、安装底板和系统集成的控制柜和开关柜等。

核安全级柴油发电机组的最大特点是结构上强大的抗地震功能。在地震发生时或（和）地震后机组均能启动并满足对它的基本性能要求。

其特点是：柴油机和发电机通过飞轮壳和连接套对中定位方连接，柴油机的飞轮盘和发电机的连接盘用螺栓连接传递动力。散热水箱是机组的散热器，由柴油机驱动风扇把冷风吹进散热水箱的散热片间隙，将冷却水的热量传递给大气，降低冷却水的温度。抗震底座是发动机和发电机的公共底座，其结构是一个刚性的钢结构框架。柴油机、发电机和散热水箱直接安装在公共底座上。安装底板是安装橡胶减震垫用的，其通过二次灌浆用锚定螺钉固定在基础上，机组的抗震底座下面安装橡胶减震垫并固定在安装底板上。启动蓄电池组为柴油机的直流启动电动机提供电力，直流启动电动机带动曲轴旋转，使柴油机启动。启动蓄电池组布置在靠近机组启动电动机的基础上并给予固定。控制柜是机组的控制系统总成，包括启动，保护，通信等各种功能。开关柜是机组电力输出的总开关，用于连接机组和负载。控制柜和开关柜两个柜拼在一起并固定在机房内适当的位置。

如图9-10所示是核安全级柴油发电机组结构示意图，结合该图对核安全级柴油发电机组的特点做进一步说明。

图9-10 核安全级柴油发电机组结构示意图

1—控制柜 2—开关柜 3—发电机 4—空滤支架 5—柴油机 6—启动蓄电池组 7—抗震底座 8—橡胶减震垫 9—散热水箱 10—水箱支架 11—安装底板 12—基础

1）整体结构柴油机和发电机通过飞轮壳和连接套对中定位连成一体，柴油机的飞轮盘和发电机的连接盘用螺栓连接传递动力。由于柴油机的飞轮壳和发电机的连接套具有足够的刚性和强度，其定位凸台和止口与轴的同轴度精度很高，能保证柴油机和发电机连接的同轴度和整体刚度。最大限度地减少机组运转时主轴上的扭振。(www.xing528.com)

柴油机、发电机和散热水箱直接安装在公共底座上，其相互位置定位准确，连接强度高。

2）抗震底座其结构是一个刚性的钢结构箱型框架。在柴油机和发电机支脚安装部位都有相应的横梁补强，以确保底座的强度和刚度。

3）橡胶减震垫布置在抗震底座和基础安装底板之间，有效地隔断机组运转时的震动向基础传递和缓冲地震时地震波对机组的冲击。

4）抗震底座上安装的部件采用特别的加固措施，安装重心较高的散热水箱两侧面加装水箱支架（见图9-10中序号10），以形成三角形支撑结构，增加水箱的稳定性。安装位置较高的空滤器，其支架采用双柱龙门架结构（见图9-10中序号4），增加了抗震功能。

5）系统集成的控制柜和开关柜采用整体框架式结构，梁与柱的结点都用三角支撑件紧固加强，所有侧板、顶板、底板折边嵌入框架并用螺钉紧固，门板折边成型并适当布置加强梁予以加强，这两个柜上面安装的电气元器件也用夹板，卡夹和扎带等予以限位，固定和扎紧。两面柜子侧面拼接在一起增加了系统的刚性，底架和底板通过预埋螺栓有效地锁紧在基础上，能有效抵抗振动的冲击。

核安全级柴油发电机组相对普通机组来说有更加严格的要求，如100次的启动加载不允许有一次失败；在机组使用所在地最大烈度地震灾害中机组应能顺利启动并在规定时间内能分批带载。所以必须经过一系列检查、试验和专家鉴定以证明机组达到了安全级的要求。同时机组必须通过电气性能的常规试验、启动和加载试验、负载能力试验、裕度试验、抗震试验和震后功能试验。所有试验合格并经专家委员会鉴定通过之后，这个柴油发电机组才能认定为核安全级柴油发电机组。

3.设备性能参数

此案例主要性能指标包括：

1）柴油发电机组额定输出功率为840kW。

2）供货设备寿命为30年，等效3000h可用（可更换磨损件）。

3）每套启动系统的设计应保证可以连续成功启动5次。

4）柴油发电机组在收到启动信号10s内应能达到稳定的额定频率和额定电压，并按规定程序带载。

5）机组及其辅助系统具有高度的启动和运行的可靠性，机组在寿命期内自启动的失效率不大于1%。

6）机组应能保证其30%额定功率的电动机的直接启动，其中包括单台最大功率电动机（90kW），并能够承受50%额定功率的突加负载。

7）柴油发电机组在接到应急启动信号后，两台机组同时启动，首先达到额定电压、频率的机组开始带载，如果该机运行正常，另一台机组空载半小时后停机（空载后机组的运行按有关标准执行）；如果带载的机组出现故障报警，另一台机组自动启动，启动成功后自动切换带载。

8）机组连续100次启动试验无失败。