新聞主題	核安全級柴油發電機組分級、性能與試驗

 

摘要：核安全級柴油發電機組主要應用于核電站應急備用電力系統，在核電站應急電力系統失去廠外電源后向安全系統設備以及其他指定的非安全系統設備提供電源，保證核安全級或安全相關級的設備執行其功能。康明斯電力技術有限公司產品性能滿足核安全法規要求，于2003年批準投入正式生產，產品能保證在地震發生時或地震后設備均能啟動并滿足對核安全級柴油發電機組的基本性能要求。

 

一、項目概述及設備分級

 

      核安全級柴油發電機組基本的技術要求分為機械設備安全級；電氣1E級；抗震I類；質保QA1級。

1、機械設備安全級

      機械設備安全級是在核電站應急電力系統失去廠外電源后在任何設計基準事件發生時和發生后都必須具有運行能力，向安全系統設備以及其他指定的非安全系統設備提供電源，這些設備和系統是完成反應堆緊急停堆、安全殼隔離、堆芯冷卻以及從安全殼和反應堆排出熱量所必須的，或者是防止放射性物質向環境大量排放所必須的。

2、電氣1E級

      電氣1E級是指核安全級柴油發電機組為1E級電力系統設備，主要作用是為反應堆停堆系統、專設安全設施和輔助支持設施供電。

3、抗震I類

      抗震I類是設備應能承受在廠區內可能遭受的一次最大地面運動（OBE）和在廠區內可能發生的最大地震（SSE）并保證在地震發生時或（和）地震后均能履行其安全功能。

4、質保QA1級

      質保QA1級是核安全級設備必須滿足的，包括管理性和技術性質保。

      核安全級柴油發電機組除了必須滿足其使用性能要求外，其關鍵技術就是從結構設計上必須保證在地震發生時或（和）地震后發電機組均能啟動并滿足對它的基本性能要求。

 

二、技術方案

 

      核安全級柴油發電機組包括柴油機、發電機、抗震底座、冷卻水箱、啟動蓄電池組、減震橡膠墊、安裝底板和系統集成的控制柜和開關柜等。核安全級柴油發電機組的最大特點是結構上強大的抗地震功能。在地震發生時或（和）地震后發電機組均能啟動并滿足對它的基本性能要求。

1、結構特點

      柴油機和發電機通過飛輪殼和連接套對中定位方連接，柴油機的飛輪盤和發電機的連接盤用螺栓連接傳遞動力。散熱水箱是發電機組的散熱器，由柴油機驅動風扇把冷風吹進散熱水箱的散熱片間隙，將冷卻水的熱量傳遞給大氣，降低冷卻水的溫度?？拐鸬鬃前l動機和發電機的公共底座，其結構是一個剛性的鋼結構框架。柴油機、發電機和散熱水箱直接安裝在公共底座上。安裝底板是安裝橡膠減震墊用的，其通過二次灌漿用錨定螺釘固定在基礎上，機組的抗震底座下面安裝橡膠減震墊并固定在安裝底板上。啟動蓄電池組為柴油機的直流啟動電動機提供電力，直流啟動電動機帶動曲軸旋轉，使柴油機啟動。啟動蓄電池組布置在靠近發電機組啟動電動機的基礎上并給予固定?？刂乒袷前l電機組的控制系統總成，包括啟動，保護，通信等各種功能。開關柜是發電機組電力輸出的總開關，用于連接發電機組和負載。控制柜和開關柜兩個柜拼在一起并固定在機房內適當的位置。

2、部件組成

      如圖1所示是核安全級柴油發電機組結構示意圖，如圖2所示是三維演示圖，結合這兩幅圖對核安全級柴油發電機組的特點做進一步說明。

（1）整體結構柴油機和發電機通過飛輪殼和連接套對中定位連成一體，柴油機的飛輪盤和發電機的連接盤用螺栓連接傳遞動力。由于柴油機的飛輪殼和發電機的連接套具有足夠的剛性和強度，其定位凸臺和止口與軸的同軸度精度很高，能保證柴油機和發電機連接的同軸度和整體剛度。最大限度地減少發電機組運轉時主軸上的扭振。

柴油機、發電機和散熱水箱直接安裝在公共底座上，其相互位置定位準確，連接強度高。

（2）抗震底座其結構是一個剛性的鋼結構箱型框架。在柴油機和發電機支腳安裝部位都有相應的橫梁補強，以確保底座的強度和剛度。

（3）橡膠減震墊布置在抗震底座和基礎安裝底板之間，有效地隔斷發電機組運轉時的震動向基礎傳遞和緩沖地震時地震波對發電機組的沖擊。

（4）抗震底座上安裝的部件采用特別的加固措施，安裝重心較高的散熱水箱兩側面加裝水箱支架，以形成三角形支撐結構，增加水箱的穩定性。安裝位置較高的空濾器，其支架采用雙柱龍門架結構，增加了抗震功能。

（5）系統集成的控制柜和開關柜采用整體框架式結構，梁與柱的結點都用三角支撐件緊固加強，所有側板、頂板、底板折邊嵌入框架并用螺釘緊固，門板折邊成型并適當布置加強梁予以加強，這兩個柜上面安裝的電氣元器件也用夾板，卡夾和扎帶等予以限位，固定和扎緊。兩面柜子側面拼接在一起增加了系統的剛性，底架和底板通過預埋螺栓有效地鎖緊在基礎上，能有效抵抗振動的沖擊。

      核安全級柴油發電機組相對普通發電機組來說有更加嚴格的要求，如100次的啟動加載不允許有一次失??；在發電機組使用所在地最大烈度地震災害中發電機組應能順利啟動并在規定時間內能分批帶載。所以必須經過一系列檢查、試驗和專家鑒定以證明發電機組達到了安全級的要求。同時發電機組必須通過電氣性能的常規試驗、啟動和加載試驗、負載能力試驗、裕度試驗、抗震試驗和震后功能試驗。所有試驗合格并經專家委員會鑒定通過之后，這個柴油發電機組才能認定為核安全級柴油發電機組。

 

圖1 核安全級柴油發電機組結構示意圖

圖2  核安全級柴油發電機組三維演示圖

 

三、設備性能參數

 

      主要性能指標包括：

（1）柴油發電機組額定輸出功率、電壓、電流、頻率、轉速。

（2）供貨設備壽命為30年，等效3000h可用（可更換磨損件）。

（3）每套啟動系統的設計應保證可以連續成功啟動5次。

（4）柴油發電機組在收到啟動信號10s內應能達到穩定的額定頻率和額定電壓，并按規定程序帶載。

（5）發電機組及其輔助系統具有高度的啟動和運行的可靠性，發電機組在壽命期內自啟動的失效率不大于1％。

（6）發電機組應能保證其30％額定功率的電動機的直接啟動，其中包括單臺最大功率電動機（90kW），并能夠承受50％額定功率的突加負載。

（7）柴油發電機組在接到應急啟動信號后，兩臺發電機組同時啟動，首先達到額定電壓、頻率的發電機組開始帶載，如果該機運行正常，另一臺發電機組空載半小時后停機（空載后發電機組的運行按有關標準執行）；如果帶載的發電機組出現故障報警，另一臺發電機組自動啟動，啟動成功后自動切換帶載。

（8）發電機組連續100次啟動試驗無失敗。

 

四、柴發抗震試驗

 

      以某核電工程核安全級柴油發電機組在 地震模擬振動臺上的抗震試驗為例，試驗內容分為兩個部分。一是發電機組結構的動力特性試驗，用自噪聲隨機波沿X（南北向）、Y（東西向）、Z三個方向分別進行連續激振，測定發電機組結構三個方向的自振頻率以及阻尼比。二是發電機組抗震性能考核試驗，抗震性能考核試驗由5次OBE（運行基準地震）和一次SSE（安全停堆地震）地震波激振組成。地震考核試驗采用的反應譜為柴油發電機組機房標高為0.0m樓層的加速度反應譜對X、Y和Z三方向輸入的波形適當放大10％，以保證臺面實際波形包絡試驗要求的反應譜。OBE人工地震波采用的是阻尼比ξ=2%的反應譜，加速度幅值為生成地震波的0.65倍的人工地震波。SSE人工地震波則直接采用阻尼比ξ=4%的反應譜所生成的人工地震波。試驗時向三根優選軸同時輸入激勵波，人工地震波應有6個強周期波。人造地震加速度時程應在包括樓板反應譜的整個頻段為0.5～34Hz，持續時間為3。如果5Hz以下沒有共振點，則要求響應譜在3.5Hz以上被包絡。

1、試驗步驟

（1）設備的安裝

      安全級應急發電機組樣機的底座和配套集成的控制柜和開關柜分別通過連接鋼板，用螺栓固定在模擬地震振動臺上。安全級應急發電機組樣機及控制安裝。

（2）傳感器測點布置

      安全級應急發電機組樣機上布置有10個三方向的加速度測點，共30個加速度計和3個單向變測點，共3個應變計。其中，對于加速度測點，水箱頂部的A1測點X、Y、Z向分別是1、1.3通道；柴油機飛輪上方的A2測點X、Y、Z向分別是4、5、6通道；柴油機機體上部的A3測點X、Y、Z向分別是7、8、9通道；控制屏拉器上部的A4測點X、Y、Z向分別是10、11、12通道；控制屏頂部的AS測點X、Y、Z別是13、14、15通道；發電機后端中部的A6測點X、Y、Z向分別是16、17、18通道；根部的A7測點X、Y、Z向分別是19、20、21通道；開關柜頂部的A8測點X、Y、Z向分別是22、、23、24通道；開關安裝板上面的A9測點X、Y、Z向分別是25、26、27通道；振上的A1到分別是28、29、30通道。對于應變測點，控制屏根部的S點是1通道；機組根部的S2測點是2通道；開關安裝板上面的S3測點是3通道。

（3）臺面輸入波形

      用自噪聲隨機波激振測自振頻率。自噪聲激振輸入分別以X、Y、Z3個方向輸人，頻率范圍為0.5～50Hz，激振幅值為0.2gg。為得到較高精度的測量值，激振持續時間為180s。聲信號經處理得到試件結構的自振特性。

      對振動合合面輸人的地震波是按照業主提供的抗震試驗程序中的反應譜生成的。按要求OBE和SSE的反應譜應取所給不同阻尼比值的反應譜并乘以適當的系數。其中，OBE為所給幅值x0.65，取阻尼比為2％的反應譜來生成；SSE為所給譜幅值x1，取阻尼比4％的反譜來生成。人造地震加速度時程應包括樓板反應譜的整個頻段0.5～34Hz，持續時間為30s。

（4）試驗順序

      Y、Z三個方向分別以0.1～50Hz自噪聲隨機波輸入，振動持續時間為180s，幅值為0.2g，測量被測設備的自振頻率及阻尼比。被測發電機組在空載啟動時須檢測其電氣性能。

2、試驗合格判斷

（1）所進行試驗的發電機組設備在人工地震振動過程中應處于良好的可運行狀態，其結構連接件無松動脫落，各焊接部位牢固無裂紋。試驗樣機無漏油、漏水漏氣，電氣線路布線整齊，連接性能良好。

（2）在第五次OBE和第一次SSE地震考核試驗時對發電機組進行空載啟動。發電機組啟動時，監測發電機組的電壓、頻率等運行參數，發電機組應在規定時間內建立穩定的電壓和頻率。

（3）抗震試驗結束后必須對機組進行最終檢驗，應對設備的外型、結構和功能進行測試和檢查，并與試驗前的基準數據相比，以證明設備在地震后的完整性、功能性和可運行性，必要時可拆卸檢查。

（4）安全級柴油發電機組的抗震試驗受到振動臺設備能力的限制，目前只能做2000kW以下功率段機組的試驗，2000kW以上功率段機組的抗震鑒定只能通過分析計算來進行，但分析計算的軟件必須是可靠的，有足夠的精確度的，且得到有關核安全監管部門的認可。

      地震模擬振動臺上的抗震試驗為破壞性試驗，經過抗震試驗的設備一般不應作為產品安裝于核電站，除非能證明由于抗震鑒定試驗所帶來的累計的應力循環所引起的疲勞不會使設備降級，影響其履行安全功能的能力。

 

總結：

      康明斯公司供應核電站應急柴油發電機組，機組功率范圍從500KW~2200KW。柴油機是核電站安保發電機組的重要組成部分。當確?？焖賳雍透呖煽啃詴r，柴油發動機一直是技術首選，在核電站，這沒有什么不同?，F代應急柴油發電機組性能優越、可靠性高，在同類產品中具有輸出功率大、效率高、低燃油消耗、加速和帶載啟動快、易維護保養、環保、震動小、低噪音等優點。其卓越的品質和出色的表現贏得了世界各地用戶的信任和認可。作為具有豐富經驗的電站EPC承包商，康明斯公司可根據用戶的要求對電站的交鑰匙工程提供完美的服務。

 

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