目前，國內(nèi)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(yán)重事故下，如發(fā)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(yīng)急柴油發(fā)電機組布置于＋0.8m標(biāo)高（未作特殊說明均為相對標(biāo)高），附加柴油發(fā)電機組及SBO柴油發(fā)電機組布置于＋0.3m標(biāo)高，主要中低壓電氣柜布置于電氣廠房（標(biāo)高＋7.00m）?？紤]到目前在建電站廠址標(biāo)高均在8.5m之上，可見其中低壓電氣柜等主要配電設(shè)備絕對標(biāo)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(fā)電機組絕對標(biāo)高在9.0m左右位置，存在發(fā)生重大自然災(zāi)害（海嘯、洪水等）時應(yīng)急電源系統(tǒng)出現(xiàn)“共模故障”的風(fēng)險。

一、設(shè)備概述

針對日本福島第一核電站的經(jīng)驗總結(jié)，比照國內(nèi)某核電廠應(yīng)急供電系統(tǒng)的基本情況，對應(yīng)急供電應(yīng)從加強電源配置，提高發(fā)電機組縱深防御能力，在核電廠內(nèi)設(shè)置專用電源設(shè)備，避免在嚴(yán)重事故的情況下從外部調(diào)動移動電源可達性具有不確定性的問題，降低“共模故障”風(fēng)險。

（1）增設(shè)380V移動應(yīng)急柴油發(fā)電機組

從現(xiàn)有供電策略和法國《900MW壓水堆核電站設(shè)計建造規(guī)則》（RCC-P）規(guī)程來看，在全廠失電工況下，首先是需啟動SBO柴油發(fā)電機組；隨后需盡快恢復(fù)供電，解除故障。從加強全廠失電后的電源保障的角度，應(yīng)考慮在廠內(nèi)增設(shè)1臺長期備用電源，為水壓試驗泵、廠內(nèi)部分測量、監(jiān)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?cè)萘考s為220kW，選用移動電源發(fā)電機組容量約為400kW，電壓等級為380V。

移動式發(fā)電機組入廠區(qū)后，為便于盡快接入系統(tǒng)，發(fā)揮功能，設(shè)立了快速接線箱，與原SBO應(yīng)急供電進行聯(lián)絡(luò)。在全廠失電及原有固定式SBO柴油發(fā)電機組不能使用的情況下，移動式發(fā)電機組通過手動方式接入原有的SBO應(yīng)急母線段，為下游提供電源。

（2）增設(shè)6.6kV移動應(yīng)急柴油發(fā)電機組

根據(jù)RCC-P規(guī)程，在保證原有SBO電源供電的同時，還應(yīng)通過恢復(fù)電網(wǎng)本身，或啟動其中1臺已修復(fù)的原故障應(yīng)急柴油發(fā)電機組，或修復(fù)原故障的應(yīng)急配電盤來恢復(fù)供電，上述手段在規(guī)定期限內(nèi)無效的情況下，則啟動附加柴油發(fā)電機組為發(fā)電機組恢復(fù)供電。但根據(jù)福島事故的經(jīng)驗，水浸后固定式的附加發(fā)電機組在嚴(yán)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(yīng)急柴油發(fā)電機組，在全廠失電的情況下接入系統(tǒng)，加強核電站應(yīng)急供電系統(tǒng)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(fā)電機組其電壓等級較高，可啟動部分核島中壓設(shè)備，但由于受移動設(shè)備的容量限制，可分別為一次側(cè)或二次側(cè)部分設(shè)備進行供電，保證排熱能力，經(jīng)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(jù)移動式柴油發(fā)電機組的調(diào)研情況和上述供電需求，并經(jīng)大容量電機啟動能力校驗，應(yīng)選擇柴油發(fā)電機組容量不小于2000kW，詳見表1。

表1 6kV移動式應(yīng)急電源系統(tǒng)供電負載表

在全廠失電且應(yīng)急柴油發(fā)電機組LHP/Q無法短時恢復(fù)可用的工況下，6kV移動式柴油發(fā)電機組通過手動方式接入6kV應(yīng)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(fā)電機組通過其配電設(shè)備的中壓軟電纜接入LHA/B母線LHP/Q進線開關(guān)柜中。接入前，需閉鎖對應(yīng)原應(yīng)急柴油發(fā)電機組，以防誤啟動，并將對應(yīng)LHA/B母線正常電源進線開關(guān)鎖定在隔離位。6kV移動式柴油發(fā)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(tài)外，LHA/B母線下游其他所有中壓接觸器都應(yīng)位于斷開位置。在6kV移動式柴油發(fā)電機組為LHA/B母線恢復(fù)供電后，可根據(jù)具體工況需求和柴油機容量分步投入負載。當(dāng)廠用電系統(tǒng)恢復(fù)供電后，可根據(jù)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(fā)電機，并恢復(fù)原有接線和供電。

（3）移動式柴油發(fā)電機組的儲存

對于廠內(nèi)配設(shè)的中低壓移動電源設(shè)備，必須充分考慮在極端自然災(zāi)害情況下的設(shè)備安全和到達現(xiàn)場接入點的可達性。應(yīng)根據(jù)各廠址實際情況，在核電廠內(nèi)選擇距核島距離較遠，標(biāo)高高于核島5m以上的地點建設(shè)獨立抗震廠房用于移動電源設(shè)備的儲存。

（4）安全分析

在全廠失電工況下，新增380V移動式應(yīng)急柴油發(fā)電機組的接入盤柜，正常運行情況時，其接入回路與系統(tǒng)斷開，對原有盤柜結(jié)構(gòu)不構(gòu)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(shè)置采取臨時接入方式進行，同樣不改變原有盤柜結(jié)構(gòu)，并可增強發(fā)電機組恢復(fù)供電的可靠性。

二、移動式柴油發(fā)電機組（6kV）

1、系統(tǒng)概述

以某現(xiàn)役核電廠為例，介紹增設(shè)6kV中壓移動電源改造設(shè)計方案。該核電廠共有兩臺壓水堆發(fā)電機組（1、2號發(fā)電機組），每臺發(fā)電機組的應(yīng)急供電系統(tǒng)都按照設(shè)備的組成和執(zhí)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(yīng)急母線分別為BEA、BEB、BEC、BED。

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

6kV中壓移動電源系統(tǒng)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(guān)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(guān)柜利用6kV應(yīng)急母線備用開關(guān)柜進行改造，其他設(shè)備均為改造時新增設(shè)備。

6kV 中壓移動電源車主要設(shè)備為非1E級車載廂式柴油發(fā)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(yīng)急母線中任意一段向電廠應(yīng)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(fā)電機組為例，6kV中壓移動電源電氣接入如圖1所示。

應(yīng)急母線1BEA/1BEB/1BEC/1BED位于應(yīng)急柴油發(fā)電機廠房內(nèi)，在廠房外墻上設(shè)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(yīng)急母線。接口箱至應(yīng)急母線的電纜采用固定敷設(shè)方式沿廠房內(nèi)橋架敷設(shè)，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(cè)進線，上側(cè)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(nèi)的母排實現(xiàn)快速連接；出線電纜為固定敷設(shè)電纜。箱體上下側(cè)有供電電纜進出的長孔，出廠時長孔加密封環(huán)。電纜接入時取下密封環(huán)，將進線電纜從箱體下部接入。電纜拆除后，重新將密封環(huán)套住長孔，防止雨水等進入箱體。接口箱內(nèi)部設(shè)置有進出線電纜固定裝置。

接口箱內(nèi)設(shè)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(yīng)滿足屋內(nèi)配電裝置安全凈距要求，支撐絕緣子爬電距離滿足相關(guān)規(guī)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(shè)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(zhǔn)地震和1次SSE安全停堆地震的地震應(yīng)力而保持結(jié)構(gòu)和功能完整性。

3、電源車結(jié)構(gòu)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(fā)電機組（包括啟動系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)和降噪系統(tǒng)等）、柴油發(fā)電機組控制保護監(jiān)測系統(tǒng)、中壓配電系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)、控制電源系統(tǒng)、電纜及收放裝置以及配套輔助設(shè)施等部分組成。所有輔助系統(tǒng)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(shè)計滿足 GJB79A-1994廂式車通用規(guī)范和GB/T 23336-2009《半掛車通用技術(shù)條件》的相關(guān)要求。半掛車有相應(yīng)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(wěn)，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(shè)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(diào)平。

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

● 車廂根據(jù)發(fā)電機組使用和維護需要設(shè)置有檢修門、操作門、觀察窗和工作梯等。

● 柴油發(fā)電機組在車廂內(nèi)布置時留有便于設(shè)備維修和檢查的必要空間，結(jié)構(gòu)和布置保證了發(fā)電機組大修時的必要操作。

● 電氣設(shè)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(nèi)部設(shè)備采用等電位連接，電源車箱體四角均設(shè)有接地螺栓，通過核電廠接地檢查井與接地網(wǎng)連接。

● 箱體內(nèi)配置有火災(zāi)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(yīng)盡量遠離高溫管線和電纜。柴油機曲軸箱設(shè)有超壓保護裝置，并設(shè)置曲軸箱通風(fēng)。

（2）柴油發(fā)電機組

柴油發(fā)電機組符合GB／T 2820-1997《往復(fù)式內(nèi)燃機驅(qū)動的交流發(fā)電機組》的要求。柴油機與發(fā)電機采用聯(lián)軸器直接相連，安裝于鋼制公共底座。發(fā)電機應(yīng)采用自通風(fēng)、防滴水保護型式的同步發(fā)電機，符合GB755-87《旋轉(zhuǎn)電機基本技術(shù)要求》要求。

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

● 監(jiān)測冷卻水液位、溫度和壓力，超過允許值時發(fā)出報警和停機保護，在應(yīng)急運行工況下僅發(fā)出報警。

● 柴油發(fā)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(fā)電機組在試驗工況和應(yīng)急工況時具有不同的保護功能。

● 移動式應(yīng)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(xù)運行。

● 潤滑油系統(tǒng)的設(shè)計允許發(fā)電機組運行時在線補油。監(jiān)測潤滑油溫度和壓力，如超出允許值應(yīng)發(fā)出報警和停機保護，在應(yīng)急運行工況下僅發(fā)出報警。

● 移動式應(yīng)急電源車配有具有消聲結(jié)構(gòu)的通風(fēng)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(tǒng)包括管道、膨脹節(jié)和消音器。機箱內(nèi)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(fā)電機組支腳與底架安裝處均安裝有減振器，在額定轉(zhuǎn)速下確保柴油發(fā)電機組振動符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

● 發(fā)電機采用無刷勵磁方式，F(xiàn)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(fā)電機中性點不接地。

柴油發(fā)電機組具有發(fā)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(tǒng)故障、發(fā)電機繞組溫度高、發(fā)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(yīng)急運行時只投入超速和失電壓兩種保護，關(guān)閉其他保護（僅發(fā)出報警信號不執(zhí)行停機等動作），完全滿足核電廠常規(guī)供電要求和應(yīng)急供電要求。

（3）低壓配電系統(tǒng)

電源車箱體內(nèi)設(shè)置小容量6.3kV/0.4kV配電變壓器，當(dāng)柴油發(fā)電機組啟動后，為柴油發(fā)電機組及箱體冷卻系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等負載供電。

（4）控制電源系統(tǒng)

控制電源系統(tǒng)標(biāo)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(fā)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(shè)備1h供電需求。柴油發(fā)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(tǒng)

柴油發(fā)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(fā)電機組連接啟動6次。柴油發(fā)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(fā)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(tǒng)

車輛箱體內(nèi)設(shè)置油箱，油箱容量滿足柴油發(fā)電機組滿功率運行4h以上并符合相關(guān)消防要求。油箱預(yù)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(xiàn)不少于連續(xù)72h運行的需要。移動電源車內(nèi)設(shè)置電動補油裝置及補油接管，當(dāng)需要補油時可通過該接管向車內(nèi)油箱在線補油。為避免過補油，車內(nèi)設(shè)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(nèi)部設(shè)置電動電纜絞盤（帶手動操作功能），柴油發(fā)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(yīng)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(fā)電機組容量應(yīng)不低于2060kW。

① 按照穩(wěn)定負載計算發(fā)電機容量

式中 S_G1——按穩(wěn)定負載計算的發(fā)電機視在功率（kVA）；

P_Σ——發(fā)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(fā)電機額定功率因數(shù)（取0.8）。

將上述數(shù)據(jù)代入上式可得S_G1＝3140.2kVA。

② 按柴油機加載能力計算柴油發(fā)電機組容量

在三種工況下，柴油發(fā)電機組平均有效壓力為2.0MPa。根據(jù)GB／T 2820《往復(fù)式內(nèi)燃機驅(qū)動的交流發(fā)電機組》，得到發(fā)電機組前三步突加負載指導(dǎo)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(fā)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(fā)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(fā)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(shù)為5.5，啟動電壓降要求小于25％。按發(fā)電機母線允許電壓降計算發(fā)電機容量：

式中 S_G3——按母線允許電壓降計算的發(fā)電機視在功率（kVA）；

ΔU——發(fā)電機母線允許電壓降，取ΔU＝0.25；

X_d——發(fā)電機直軸暫態(tài)電抗，一般取Xa＝0.2；

SstΔ——導(dǎo)致發(fā)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(shù)據(jù)代入上式可得S_G3＝3048.7kVA。為發(fā)電機直軸暫態(tài)電抗（標(biāo)幺值）為0.2時，其容量應(yīng)大于3048.7kVA，以滿足加載時電壓降要求。

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

5、接口箱安裝及電纜穿墻設(shè)計

接口箱安裝于應(yīng)急柴油發(fā)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(nèi)部。電纜敷設(shè)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(xù)新電纜補充。

6、定期試驗方法

6kV中壓移動電源在核電廠應(yīng)對嚴(yán)重事故時具有很重要的作用，為了確保其在應(yīng)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(wǎng)試驗；二是采用試驗負載進行試驗。

其中后者與應(yīng)急母線相互獨立，試驗時不影響發(fā)電機組的正常運行，也不需要設(shè)置專門的同期裝置，因此風(fēng)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(fēng)冷冷卻方式，側(cè)面進風(fēng)，上方出風(fēng)。

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

試驗負載額定容量為2400kW，可以實現(xiàn)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(fā)電機組共設(shè)一套低壓0.4kV移動式柴油發(fā)電機組。移動式柴油發(fā)電機組作為LLS柴油發(fā)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(nèi)部分測量、監(jiān)視及控制等重要負載進行供電。

移動式應(yīng)急柴油發(fā)電機組無抗SSE地震要求，但應(yīng)滿足GB50260-2013《電力設(shè)施抗震設(shè)計規(guī)范》相關(guān)要求（抗8級烈度）。為非1E級（非安全級）設(shè)備。

三、設(shè)計依據(jù)

移動式應(yīng)急柴油發(fā)電機組遵循的主要法規(guī)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)包括：