目前，國內核電廠的供電電源較為豐富，具有一定的為核安全提供縱深防御的能力，但在嚴重事故下，如發生多電源共模失效，缺少終極手段緩解事故的能力。核電廠應急柴油發電機組布置于＋0.8m標高（未作特殊說明均為相對標高），附加柴油發電機組及SBO柴油發電機組布置于＋0.3m標高，主要中低壓電氣柜布置于電氣廠房（標高＋7.00m）。考慮到目前在建電站廠址標高均在8.5m之上，可見其中低壓電氣柜等主要配電設備絕對標高均在15.0m以上，對海嘯、洪水等重大水淹外部事件有一定的抵御能力；但柴油發電機組絕對標高在9.0m左右位置，存在發生重大自然災害（海嘯、洪水等）時應急電源系統出現“共模故障”的風險。

一、設備概述

針對日本福島第一核電站的經驗總結，比照國內某核電廠應急供電系統的基本情況，對應急供電應從加強電源配置，提高發電機組縱深防御能力，在核電廠內設置專用電源設備，避免在嚴重事故的情況下從外部調動移動電源可達性具有不確定性的問題，降低“共模故障”風險。

（1）增設380V移動應急柴油發電機組

從現有供電策略和法國《900MW壓水堆核電站設計建造規則》（RCC-P）規程來看，在全廠失電工況下，首先是需啟動SBO柴油發電機組；隨后需盡快恢復供電，解除故障。從加強全廠失電后的電源保障的角度，應考慮在廠內增設1臺長期備用電源，為水壓試驗泵、廠內部分測量、監視及控制負載進行供電，以起到緩解事故的能力。核電廠需供電負載總容量約為220kW，選用移動電源發電機組容量約為400kW，電壓等級為380V。

移動式發電機組入廠區后，為便于盡快接入系統，發揮功能，設立了快速接線箱，與原SBO應急供電進行聯絡。在全廠失電及原有固定式SBO柴油發電機組不能使用的情況下，移動式發電機組通過手動方式接入原有的SBO應急母線段，為下游提供電源。

（2）增設6.6kV移動應急柴油發電機組

根據RCC-P規程，在保證原有SBO電源供電的同時，還應通過恢復電網本身，或啟動其中1臺已修復的原故障應急柴油發電機組，或修復原故障的應急配電盤來恢復供電，上述手段在規定期限內無效的情況下，則啟動附加柴油發電機組為發電機組恢復供電。但根據福島事故的經驗，水浸后固定式的附加發電機組在嚴重事故下的可用性無法保障，有必要增配1臺6kV（核電廠中壓電壓等級）移動式應急柴油發電機組，在全廠失電的情況下接入系統，加強核電站應急供電系統中SBO電源的可靠性和多樣性，保證對事故的進一步的緩解能力。

6kV移動式柴油發電機組其電壓等級較高，可啟動部分核島中壓設備，但由于受移動設備的容量限制，可分別為一次側或二次側部分設備進行供電，保證排熱能力，經事故分析，主要考慮為1臺輔助給水泵進行供電或考慮為1臺低安注泵和1臺安全殼噴淋泵進行供電，必要時也可以為1臺消防水泵進行供電。根據移動式柴油發電機組的調研情況和上述供電需求，并經大容量電機啟動能力校驗，應選擇柴油發電機組容量不小于2000kW，詳見表1。

表1 6kV移動式應急電源系統供電負載表

在全廠失電且應急柴油發電機組LHP/Q無法短時恢復可用的工況下，6kV移動式柴油發電機組通過手動方式接入6kV應急中壓母線LHA/B（簡稱“LHA/B母線”），為其提供電源。6kV移動式柴油發電機組通過其配電設備的中壓軟電纜接入LHA/B母線LHP/Q進線開關柜中。接入前，需閉鎖對應原應急柴油發電機組，以防誤啟動，并將對應LHA/B母線正常電源進線開關鎖定在隔離位。6kV移動式柴油發電機組通過就地手動啟動，在其啟動投入前，除機械自保持接觸器回路的接觸器保持在閉合狀態外，LHA/B母線下游其他所有中壓接觸器都應位于斷開位置。在6kV移動式柴油發電機組為LHA/B母線恢復供電后，可根據具體工況需求和柴油機容量分步投入負載。當廠用電系統恢復供電后，可根據運行工況逐步退出LHA/B母線的負載，然后就地手動停運6kV移動式柴油發電機，并恢復原有接線和供電。

（3）移動式柴油發電機組的儲存

對于廠內配設的中低壓移動電源設備，必須充分考慮在極端自然災害情況下的設備安全和到達現場接入點的可達性。應根據各廠址實際情況，在核電廠內選擇距核島距離較遠，標高高于核島5m以上的地點建設獨立抗震廠房用于移動電源設備的儲存。

（4）安全分析

在全廠失電工況下，新增380V移動式應急柴油發電機組的接入盤柜，正常運行情況時，其接入回路與系統斷開，對原有盤柜結構不構成影響，可使水壓試驗泵、重要暖通負載及重要儀表等供電可靠性加強，進一步提升縱深防御能力。

6kV接口設置采取臨時接入方式進行，同樣不改變原有盤柜結構，并可增強發電機組恢復供電的可靠性。

二、移動式柴油發電機組（6kV）

1、系統概述

以某現役核電廠為例，介紹增設6kV中壓移動電源改造設計方案。該核電廠共有兩臺壓水堆發電機組（1、2號發電機組），每臺發電機組的應急供電系統都按照設備的組成和執行的功能分為4個相互獨立的冗余通道，每個通道都能滿足100％安全停堆功能的供電需要，即冗余度為4x100％。其中，4段6kV應急母線分別為BEA、BEB、BEC、BED。

該核電廠兩臺反應堆發電機組之間的距離小于5km，因此設計時可考慮兩臺壓水堆發電機組共用一臺6kV中壓移動電源。

6kV中壓移動電源系統包括6kV中壓移動電源車、6kV中壓移動電源接口箱（以下簡稱接口箱）、中壓移動電源試驗裝置、中壓開關柜、6kV中壓電力電纜、電纜穿墻及防火封堵材料等。其中，中壓開關柜利用6kV應急母線備用開關柜進行改造，其他設備均為改造時新增設備。

6kV 中壓移動電源車主要設備為非1E級車載廂式柴油發電機組，在喪失全部交流電源事故工況下，通過接口箱接入4段中壓應急母線中任意一段向電廠應急母線提供臨時動力，以緩解事故后果。

2、電氣接入方式

以1號發電機組為例，6kV中壓移動電源電氣接入如圖1所示。

應急母線1BEA/1BEB/1BEC/1BED位于應急柴油發電機廠房內，在廠房外墻上設置4套接口箱，6kV中壓移動電源通過1～4接口箱可分別接4段應急母線。接口箱至應急母線的電纜采用固定敷設方式沿廠房內橋架敷設，6kV中壓移動電源至接口箱的電纜平時存放在中壓移動電源車上，在使用時由操作人員快速接入。

接口箱采用掛墻式安裝方式，下側進線，上側出線，如圖2所示。

進、出線電纜均采用單芯中壓電力電纜。進線電纜通過線耳與接口箱內的母排實現快速連接；出線電纜為固定敷設電纜。箱體上下側有供電電纜進出的長孔，出廠時長孔加密封環。電纜接入時取下密封環，將進線電纜從箱體下部接入。電纜拆除后，重新將密封環套住長孔，防止雨水等進入箱體。接口箱內部設置有進出線電纜固定裝置。

接口箱內設置三相母排，從左到右依次為A、B、C相。母排采用支撐絕緣子固定，母排之間的距離應滿足屋內配電裝置安全凈距要求，支撐絕緣子爬電距離滿足相關規范要求，母排非連接處采用絕緣熱縮套管包封。接口箱面板上設置高壓帶電顯示裝置，確保操作人員安全。

接口箱抗震類別為抗震I類，能承受5次OBE運行基準地震和1次SSE安全停堆地震的地震應力而保持結構和功能完整性。

3、電源車結構和性能要求

6.6kV中壓移動電源車由牽引車、箱式半掛車、6kV柴油發電機組（包括啟動系統、燃油系統、潤滑油系統、冷卻系統、進氣系統和降噪系統等）、柴油發電機組控制保護監測系統、中壓配電系統、低壓配電系統、控制電源系統、電纜及收放裝置以及配套輔助設施等部分組成。所有輔助系統完整自持，獨立運行，滿足GB/T2819-1995《移動電站通用條件》要求。

（1）箱式半掛車

半掛車的設計滿足 GJB79A-1994廂式車通用規范和GB/T 23336-2009《半掛車通用技術條件》的相關要求。半掛車有相應支承裝置。支腿固定在掛車大梁，使用時支腿向下伸出觸地，將車身頂起，使車輛的大部分（或全部）重量由支腿支撐，保持車體的平穩，減輕車輛彈簧鋼板的負載。使用完畢，支腿向上收起，離地有足夠的高度，保證有充分的離地高度，確保行車安全、保護輪胎及設備的安全。支腿帶有鎖定保護，在不平的路面使用時按高度差進行調平。

● 車廂設計具有防銹、防雨、防塵功能及油水排放出口、排污地漏設計。車廂內配備有照明設施和臨時用電電源插座等。車頭部位設置有液壓升降照明燈具，可提供車體外部照明。

● 車廂根據發電機組使用和維護需要設置有檢修門、操作門、觀察窗和工作梯等。

● 柴油發電機組在車廂內布置時留有便于設備維修和檢查的必要空間，結構和布置保證了發電機組大修時的必要操作。

● 電氣設備和電纜選型時保證其具有耐熱、耐燃油和潤滑油腐蝕的特性。

● 為了移動電源車的長期貯存和正常運行，車體配有液壓及手動機械支撐固定裝置。

● 箱體內部設備采用等電位連接，電源車箱體四角均設有接地螺栓，通過核電廠接地檢查井與接地網連接。

● 箱體內配置有火災探測和報警裝置，并配有干粉滅火器，確保消防要求。

● 燃油和潤滑油管路布置應盡量遠離高溫管線和電纜。柴油機曲軸箱設有超壓保護裝置，并設置曲軸箱通風。

（2）柴油發電機組

柴油發電機組符合GB／T 2820-1997《往復式內燃機驅動的交流發電機組》的要求。柴油機與發電機采用聯軸器直接相連，安裝于鋼制公共底座。發電機應采用自通風、防滴水保護型式的同步發電機，符合GB755-87《旋轉電機基本技術要求》要求。

● 為了保證柴油發電機組的低溫啟動和順利加載，柴油機配置獨立的預熱系統，預熱系統采用燃油式不依靠外部電源。預熱系統通過手動打開。熱交換器的冷卻余量設計保證不少于10％余量。保證柴油發電機組在環境溫度為-5℃時，在約5min內順利啟動；在電廠極端低溫環境下20min內順利啟動。柴油發電機組啟動成功后，3min內，應具備帶額定持續功率負載工作的能力。冷卻介質防凍液確保低溫天氣下不影響柴油機啟動和運行。

● 監測冷卻水液位、溫度和壓力，超過允許值時發出報警和停機保護，在應急運行工況下僅發出報警。

● 柴油發電機組具有手動啟動、手動投入、手動撤出、手動停機等功能。柴油發電機組在試驗工況和應急工況時具有不同的保護功能。

● 移動式應急電源自帶潤滑油底殼，潤滑油底殼容量滿足250h的滿功率連續運行。

● 潤滑油系統的設計允許發電機組運行時在線補油。監測潤滑油溫度和壓力，如超出允許值應發出報警和停機保護，在應急運行工況下僅發出報警。

● 移動式應急電源車配有具有消聲結構的通風進氣和排氣裝置。

● 進氣管道裝有過濾器，過濾器上裝有壓差測量裝置。

● 排氣系統包括管道、膨脹節和消音器。機箱內的排氣管道安裝有保溫層，保溫層表面溫度不超過50℃，機箱外的排煙管道出口處安裝有防雨罩。

● 柴油發電機組支腳與底架安裝處均安裝有減振器，在額定轉速下確保柴油發電機組振動符合標準要求。

● 發電機采用無刷勵磁方式，F級絕緣，軸承上裝有溫度傳感器用于測量巴氏合金的熱點溫度，發電機中性點不接地。

柴油發電機組具有發電機差動保護、定子接地故障、過負載、失磁、逆功率、低電壓、過電壓、頻率高、頻率低、超速、勵磁系統故障、發電機繞組溫度高、發電機軸承溫度高、冷卻水溫度高、燃油箱液位低、燃油箱液位高、冷卻水壓力低、潤滑油壓力低、潤滑油溫度低、冷卻水液位低和排氣溫度高等多種保護，并可在應急運行時只投入超速和失電壓兩種保護，關閉其他保護（僅發出報警信號不執行停機等動作），完全滿足核電廠常規供電要求和應急供電要求。

（3）低壓配電系統

電源車箱體內設置小容量6.3kV/0.4kV配電變壓器，當柴油發電機組啟動后，為柴油發電機組及箱體冷卻系統、照明系統、控制系統等負載供電。

（4）控制電源系統

控制電源系統標稱電壓為DC 110V，采用閥控式密封鉛酸蓄電池，為中壓柜、柴油發電機組控制柜、儀表柜等提供DC 110V控制電源，其容量滿足用電設備1h供電需求。柴油發電機組啟動成功后，控制蓄電池由車載6.3kV/0.4kV變壓器供電。

（5）啟動系統

柴油發電機組采用電啟動方式啟動，啟動蓄電池額定電壓DC24V，采用閥控式密封鉛酸蓄電池，在蓄電池充滿電后斷開充電電源其容量能保證發電機組連接啟動6次。柴油發電機組備用時，蓄電池由移動電源存儲廠房低壓電源進行浮充電；柴油發電機組啟動成功后由6.3kV/0.4kV變壓器供電。蓄電池組自配充電裝置，蓄電池使用壽命不低于5年。

（6）燃油系統

車輛箱體內設置油箱，油箱容量滿足柴油發電機組滿功率運行4h以上并符合相關消防要求。油箱預留日常加油管接口，允許運行時在線補充燃油，通過燃料補充功能實現不少于連續72h運行的需要。移動電源車內設置電動補油裝置及補油接管，當需要補油時可通過該接管向車內油箱在線補油。為避免過補油，車內設置油箱液位指示及高、低液位報警。

（7）電纜及收放裝置

箱體內部設置電動電纜絞盤（帶手動操作功能），柴油發電機組出線電纜采用阻燃軟電纜，具有耐磨、耐油污特性，長度為100m，電纜兩端均配置線耳，便于快速連接。

4、移動電源容量計算

（1）負載分析

6kV中壓移動電源供電負載采用手動方式分步帶載。按照應對事件的不同，該電廠6kV中壓移動電源的運行工況分為三種，見表2。

表2 6kV中壓移動電源運行工況

（2）容量計算

三種工況下6kV中壓移動電源計算負載見表9-2。由表可知，柴油發電機組容量應不低于2060kW。

① 按照穩定負載計算發電機容量

式中 S_G1——按穩定負載計算的發電機視在功率（kVA）；

P_Σ——發電機總負載計算功率（kW為2060kW）；

η_Σ——所帶負載的綜合效率（一般取0.82～0.88，本文取0.82）；

cosφ——發電機額定功率因數（取0.8）。

將上述數據代入上式可得S_G1＝3140.2kVA。

② 按柴油機加載能力計算柴油發電機組容量

在三種工況下，柴油發電機組平均有效壓力為2.0MPa。根據GB／T 2820《往復式內燃機驅動的交流發電機組》，得到發電機組前三步突加負載指導值P％分別是40％、68％和90％。通過加載前三步可分析出柴油機輸出功率需求分別為1136kW、1168kW和1892kW，見表3，可見第3步對柴油發電機組輸出功率的要求最高，按柴油機加載能力選擇柴油發電機組容量至少為1892kW。

表3 三種工況單步加載最大負載

③ 按加載時允許電壓降計算柴油發電機組容量

6kV中壓移動電源最大單個負載為一臺800kW電動機，其額定電壓為6kV，額定電流88.9A，啟動電流倍數為5.5，啟動電壓降要求小于25％。按發電機母線允許電壓降計算發電機容量：

式中 S_G3——按母線允許電壓降計算的發電機視在功率（kVA）；

ΔU——發電機母線允許電壓降，取ΔU＝0.25；

X_d——發電機直軸暫態電抗，一般取Xa＝0.2；

SstΔ——導致發電機最大電壓降的電動機的最大啟動容量（kVA）。為√3×6×5.5×88.9＝5081.2kVA

將上述數據代入上式可得S_G3＝3048.7kVA。為發電機直軸暫態電抗（標幺值）為0.2時，其容量應大于3048.7kVA，以滿足加載時電壓降要求。

綜合上述計算結果，考慮移動電源自身負載并預留適當裕量，實際采用的柴油發電機組備用功率為2400kW，發電機額定容量為4000kVA，額定功率因數為0.8（滯后）。

5、接口箱安裝及電纜穿墻設計

接口箱安裝于應急柴油發電機廠房外墻上。接口箱安裝高度滿足電廠防水淹的高度要求，同時考慮操作便利性。

接口箱出線電纜需穿墻才能進入廠房內部。電纜敷設完成后，墻體上開洞采用防火密封材料進行封堵。該型防火密封材料最大防火時效可達4h，具有良好的煙密性、氣密性、水密性和隔音功能，并具有良好的絕緣性，施工方便，可進行后續新電纜補充。

6、定期試驗方法

6kV中壓移動電源在核電廠應對嚴重事故時具有很重要的作用，為了確保其在應急工況下的可用性，需定期進行試驗以驗證可用性。

定期試驗可采用以下兩種方法：一是與廠用電并網試驗；二是采用試驗負載進行試驗。

其中后者與應急母線相互獨立，試驗時不影響發電機組的正常運行，也不需要設置專門的同期裝置，因此風險小，被廣泛采用。

試驗負載為非1E級干式交流阻性負載，采用強制風冷冷卻方式，側面進風，上方出風。

試驗負載采用集裝箱式結構，主要由干式負載模塊（電阻）、與發電機組連接的銅排、設備運行供電電纜連接所需的端子、接地端子、散熱模塊（風機）、故障保護模塊、控制模塊、參數測量模塊等部分組成。

試驗負載額定容量為2400kW，可以實現下列兩種加載方式：

25％-50％ -75％ -100％波段加載；

0％-50％-100％-50％-0％突加突卸。

試驗負載箱體固定于平板式半掛車上，平時停放于移動電源儲存廠房；試驗時由牽引車拖出，在室外進行中壓移動電源定期試驗，便于散熱。

兩臺核電發電機組共設一套低壓0.4kV移動式柴油發電機組。移動式柴油發電機組作為LLS柴油發電機組喪失情況下的備用電源，為水壓實驗泵進行供電，并為廠內部分測量、監視及控制等重要負載進行供電。

移動式應急柴油發電機組無抗SSE地震要求，但應滿足GB50260-2013《電力設施抗震設計規范》相關要求（抗8級烈度）。為非1E級（非安全級）設備。

三、設計依據

移動式應急柴油發電機組遵循的主要法規、規范、標準包括：