新聞主題	核安全級柴油發(fā)電機組分級、性能與試驗

 

摘要：核安全級柴油發(fā)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(chǎng)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(guān)級的設備執行其功能。康明斯電力技術(shù)有限公司產(chǎn)品性能滿(mǎn)足核安全法規要求，于2003年批準投入正式生產(chǎn)，產(chǎn)品能保證在地震發(fā)生時(shí)或地震后設備均能啟動(dòng)并滿(mǎn)足對核安全級柴油發(fā)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(fā)電機組基本的技術(shù)要求分為機械設備安全級；電氣1E級；抗震I類(lèi)；質(zhì)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(chǎng)外電源后在任何設計基準事件發(fā)生時(shí)和發(fā)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(zhì)向環(huán)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(fā)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(zhuān)設安全設施和輔助支持設施供電。

3、抗震I類(lèi)

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

4、質(zhì)保QA1級

      質(zhì)保QA1級是核安全級設備必須滿(mǎn)足的，包括管理性和技術(shù)性質(zhì)保。

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

 

二、技術(shù)方案

 

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

1、結構特點(diǎn)

      柴油機和發(fā)電機通過(guò)飛輪殼和連接套對中定位方連接，柴油機的飛輪盤(pán)和發(fā)電機的連接盤(pán)用螺栓連接傳遞動(dòng)力。散熱水箱是發(fā)電機組的散熱器，由柴油機驅動(dòng)風(fēng)扇把冷風(fēng)吹進(jìn)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(fā)動(dòng)機和發(fā)電機的公共底座，其結構是一個(gè)剛性的鋼結構框架。柴油機、發(fā)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(guò)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(dòng)蓄電池組為柴油機的直流啟動(dòng)電動(dòng)機提供電力，直流啟動(dòng)電動(dòng)機帶動(dòng)曲軸旋轉，使柴油機啟動(dòng)。啟動(dòng)蓄電池組布置在靠近發(fā)電機組啟動(dòng)電動(dòng)機的基礎上并給予固定?？刂乒袷前l(fā)電機組的控制系統總成，包括啟動(dòng)，保護，通信等各種功能。開(kāi)關(guān)柜是發(fā)電機組電力輸出的總開(kāi)關(guān)，用于連接發(fā)電機組和負載?？刂乒窈烷_(kāi)關(guān)柜兩個(gè)柜拼在一起并固定在機房?jì)冗m當的位置。

2、部件組成

      如圖1所示是核安全級柴油發(fā)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(fā)電機組的特點(diǎn)做進(jìn)一步說(shuō)明。

（1）整體結構柴油機和發(fā)電機通過(guò)飛輪殼和連接套對中定位連成一體，柴油機的飛輪盤(pán)和發(fā)電機的連接盤(pán)用螺栓連接傳遞動(dòng)力。由于柴油機的飛輪殼和發(fā)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(fā)電機連接的同軸度和整體剛度。最大限度地減少發(fā)電機組運轉時(shí)主軸上的扭振。

柴油機、發(fā)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(gè)剛性的鋼結構箱型框架。在柴油機和發(fā)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(fā)電機組運轉時(shí)的震動(dòng)向基礎傳遞和緩沖地震時(shí)地震波對發(fā)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(mén)架結構，增加了抗震功能。

（5）系統集成的控制柜和開(kāi)關(guān)柜采用整體框架式結構，梁與柱的結點(diǎn)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(mén)板折邊成型并適當布置加強梁予以加強，這兩個(gè)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(guò)預埋螺栓有效地鎖緊在基礎上，能有效抵抗振動(dòng)的沖擊。

      核安全級柴油發(fā)電機組相對普通發(fā)電機組來(lái)說(shuō)有更加嚴格的要求，如100次的啟動(dòng)加載不允許有一次失??；在發(fā)電機組使用所在地最大烈度地震災害中發(fā)電機組應能順利啟動(dòng)并在規定時(shí)間內能分批帶載。所以必須經(jīng)過(guò)一系列檢查、試驗和專(zhuān)家鑒定以證明發(fā)電機組達到了安全級的要求。同時(shí)發(fā)電機組必須通過(guò)電氣性能的常規試驗、啟動(dòng)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(jīng)專(zhuān)家委員會(huì )鑒定通過(guò)之后，這個(gè)柴油發(fā)電機組才能認定為核安全級柴油發(fā)電機組。

 

圖1 核安全級柴油發(fā)電機組結構示意圖

圖2  核安全級柴油發(fā)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(fā)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(dòng)系統的設計應保證可以連續成功啟動(dòng)5次。

（4）柴油發(fā)電機組在收到啟動(dòng)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(fā)電機組及其輔助系統具有高度的啟動(dòng)和運行的可靠性，發(fā)電機組在壽命期內自啟動(dòng)的失效率不大于1％。

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

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

（8）發(fā)電機組連續100次啟動(dòng)試驗無(wú)失敗。

 

四、柴發(fā)抗震試驗

 

      以某核電工程核安全級柴油發(fā)電機組在 地震模擬振動(dòng)臺上的抗震試驗為例，試驗內容分為兩個(gè)部分。一是發(fā)電機組結構的動(dòng)力特性試驗，用自噪聲隨機波沿X（南北向）、Y（東西向）、Z三個(gè)方向分別進(jìn)行連續激振，測定發(fā)電機組結構三個(gè)方向的自振頻率以及阻尼比。二是發(fā)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(fā)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(shí)際波形包絡(luò )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(shí)向三根優(yōu)選軸同時(shí)輸入激勵波，人工地震波應有6個(gè)強周期波。人造地震加速度時(shí)程應在包括樓板反應譜的整個(gè)頻段為0.5～34Hz，持續時(shí)間為3。如果5Hz以下沒(méi)有共振點(diǎn)，則要求響應譜在3.5Hz以上被包絡(luò )。

1、試驗步驟

（1）設備的安裝

      安全級應急發(fā)電機組樣機的底座和配套集成的控制柜和開(kāi)關(guān)柜分別通過(guò)連接鋼板，用螺栓固定在模擬地震振動(dòng)臺上。安全級應急發(fā)電機組樣機及控制安裝。

（2）傳感器測點(diǎn)布置

      安全級應急發(fā)電機組樣機上布置有10個(gè)三方向的加速度測點(diǎn)，共30個(gè)加速度計和3個(gè)單向變測點(diǎn)，共3個(gè)應變計。其中，對于加速度測點(diǎn)，水箱頂部的A1測點(diǎn)X、Y、Z向分別是1、1.3通道；柴油機飛輪上方的A2測點(diǎn)X、Y、Z向分別是4、5、6通道；柴油機機體上部的A3測點(diǎn)X、Y、Z向分別是7、8、9通道；控制屏拉器上部的A4測點(diǎn)X、Y、Z向分別是10、11、12通道；控制屏頂部的AS測點(diǎn)X、Y、Z別是13、14、15通道；發(fā)電機后端中部的A6測點(diǎn)X、Y、Z向分別是16、17、18通道；根部的A7測點(diǎn)X、Y、Z向分別是19、20、21通道；開(kāi)關(guān)柜頂部的A8測點(diǎn)X、Y、Z向分別是22、、23、24通道；開(kāi)關(guān)安裝板上面的A9測點(diǎn)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(diǎn)，控制屏根部的S點(diǎn)是1通道；機組根部的S2測點(diǎn)是2通道；開(kāi)關(guān)安裝板上面的S3測點(diǎn)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(gè)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(shí)間為180s。聲信號經(jīng)處理得到試件結構的自振特性。

      對振動(dòng)合合面輸人的地震波是按照業(yè)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(lái)生成；SSE為所給譜幅值x1，取阻尼比4％的反譜來(lái)生成。人造地震加速度時(shí)程應包括樓板反應譜的整個(gè)頻段0.5～34Hz，持續時(shí)間為30s。

（4）試驗順序

      Y、Z三個(gè)方向分別以0.1～50Hz自噪聲隨機波輸入，振動(dòng)持續時(shí)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(fā)電機組在空載啟動(dòng)時(shí)須檢測其電氣性能。

2、試驗合格判斷

（1）所進(jìn)行試驗的發(fā)電機組設備在人工地震振動(dòng)過(guò)程中應處于良好的可運行狀態(tài)，其結構連接件無(wú)松動(dòng)脫落，各焊接部位牢固無(wú)裂紋。試驗樣機無(wú)漏油、漏水漏氣，電氣線(xiàn)路布線(xiàn)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(shí)對發(fā)電機組進(jìn)行空載啟動(dòng)。發(fā)電機組啟動(dòng)時(shí)，監測發(fā)電機組的電壓、頻率等運行參數，發(fā)電機組應在規定時(shí)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(jìn)行最終檢驗，應對設備的外型、結構和功能進(jìn)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(shí)可拆卸檢查。

（4）安全級柴油發(fā)電機組的抗震試驗受到振動(dòng)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(guò)分析計算來(lái)進(jìn)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(guān)核安全監管部門(mén)的認可。

      地震模擬振動(dòng)臺上的抗震試驗為破壞性試驗，經(jīng)過(guò)抗震試驗的設備一般不應作為產(chǎn)品安裝于核電站，除非能證明由于抗震鑒定試驗所帶來(lái)的累計的應力循環(huán)所引起的疲勞不會(huì )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(fā)電機組，機組功率范圍從500KW~2200KW。柴油機是核電站安保發(fā)電機組的重要組成部分。當確?？焖賳?dòng)和高可靠性時(shí)，柴油發(fā)動(dòng)機一直是技術(shù)首選，在核電站，這沒(méi)有什么不同?，F代應急柴油發(fā)電機組性能優(yōu)越、可靠性高，在同類(lèi)產(chǎn)品中具有輸出功率大、效率高、低燃油消耗、加速和帶載啟動(dòng)快、易維護保養、環(huán)保、震動(dòng)小、低噪音等優(yōu)點(diǎn)。其卓越的品質(zhì)和出色的表現贏(yíng)得了世界各地用戶(hù)的信任和認可。作為具有豐富經(jīng)驗的電站EPC承包商，康明斯公司可根據用戶(hù)的要求對電站的交鑰匙工程提供完美的服務(wù)。

 

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