吴 昊
中国核电工程有限公司 北京 100840
本文对已建核电厂柴油发电机组的设置进行了分析与研究，并在此基础上针对田湾核电站5、6号机组柴油发电机组的设置提出了优化改进方案，使其更加安全合理。
关键词：柴油发电机组；设置优化
1 修改产生的原因和背景
在方家山、福清1~4号机组等项目中，柴油发电机组的配置如下：
?每个核电机组设置两台应急柴油发电机组，6.6kV，6000kW，安全级，抗震I类。负荷为6.6kV应急母线所带设备。
?所有核电机组共用一台厂区附加柴油发电机组，6.6kV，6000kW，非安全级，不抗震。负荷为6.6kV应急母线所带设备。
?两个核电机组共用两台水压试验泵柴油发电机组，380V，200kW，非安全级，抗震I类。负荷为水压试验泵系统、事故后监测系统等。
此配置中厂区附加电源柴油发电机组为厂址共用。在田湾5、6号机组项目中，提出在全厂断电叠加丧失热阱的事故状态下，柴油发电机组不仅应给所需的安全设备供电，还应能够在事故发生72小时后手动加载第二套冷链（安全壳及乏燃料水池事故后中长期排热系统），因此对柴油发电机组的设置有了更高的要求。
2 设计修改描述
2.1 初步设计阶段
在田湾5、6号机组项目的初步设计阶段，为了保证在全场断电工况下堆芯充分冷却和安全壳的完整性，从纵深防御角度考虑设置后备柴油发电机组，其目的是在不可预测的严重事故工况下，如果丧失全部电源，可通过后备柴油发电机组为相关设施恢复供电，防止事故进一步扩大。
因此拟对本项目每个机组增设一台中压后备柴油发电机组，两个核电机组共增设两台中压后备柴油发电机组，其配置如下：
?每个核电机组设置两台应急柴油发电机组，6.6kV，6000kW，安全级，抗震I类。负荷为6.6kV应急母线所带设备。
?所有核电机组共用一台厂区附加柴油发电机组，6.6kV，6000kW，非安全级，抗震I类。负荷为6.6kV应急母线所带设备。
?每个核电机组设置一台后备柴油发电机组，6.6kV，4000kW，非安全级，抗震I类。负荷为安全壳及乏燃料水池事故后中长期排热系统、水压试验泵系统、事故后监测系统等。
增设后备柴油发电机组是为了应付全厂断电超设计基准事故。对安全分析可能有三方面的影响：一，如果机组发生全厂断电事故，增设后备柴油发电机组后，辅助给水泵可以加载到后备柴油发电机，给蒸汽发生器提供辅助给水，同时，蒸汽发生器产生的蒸汽通过大气释放阀或者安全阀带走，保证了堆芯长期余热及时带走，确保堆芯安全。二，机组发生全厂断电事故，轴封泵可加载到后备柴油发电机组，使主泵轴封不发生泄漏，保证一回路完整性。三，安全壳喷淋泵也可以加载到后备柴油发电机，这样安全壳喷淋系统也可启动，如果全厂断电情况下出现安全壳升温升压现象，安全壳喷淋系统启动可实现对安全壳降温降压，确保安全壳完整性。总之，增设后备柴油发电机组对应付全厂断电超设计基准事故是有利的。
同时，出于成本因素考虑，业主建议取消参考电站中设有的两套互为备用的LLS 水压试验泵柴油发电机组；因此后备柴油发电机组设计安全要求不低于LLS 柴油发电机组，用于应对超设计基准事故，配置独立的厂房和电缆通道，按设计基准地震（SSE）进行抗震设计，适当提高抗震余量，水淹设防标准高于应急柴油发电机组。取消LLS 柴油发电机组后，9LLS001AR 母线的应急电源改为后备柴油发电机组，直接接入6.6kV交流后备母线。
由于后备柴油发电机组设计安全要求及环境可用性要求不低于原LLS 柴油发电机组，取消LLS 柴油机并改为后备柴油发电机组给9LLS001AR 母线供电后，能够满足其原有的功能需求，并且其加载时间更短，部分负荷还设置了严重事故专业仪控机柜UPS 电源供电，通过后备柴油发电机组充电，供电可靠性得到进一步提升。
综上所述，后备柴油发电机组电源方案具体为：每个核电机组设置一台后备柴油发电机组LHW，以及一组后备中压配电盘LHC，LHC与LHA及LHB连接，下设三组变压器，分别为LLK001TR（后备柴油发电机组辅助系统及厂房辅助系统配电变压器）、LLS001TR（水压试验泵交流电源配电变压器）和LLT001TR（安全壳及乏燃料水池事故后中长期排热系统配电变压器），同时还设置了6.6kV移动电源的接口。
另外由9LGIA/B通过一台变压器LLK002TR为后备柴油发电机组辅助系统及厂房辅助系统提供正常电源。
接线简图如下：
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通过分析可以看出，增设后备柴油发电机组在设计上是可行的，虽然对各个专业的设计都造成了影响，特别是增加了设备投资和电厂建设投资，但后备柴油发电机组进一步提升了电厂供电可靠性，提高核电厂纵深防御能力，对应对超设计基准事故是有利的，加强了核电厂的安全保障。
2.2 施工图设计阶段
在施工图设计阶段，初步设计阶段的改进被发现仍存在不足，主要问题为电气接线相对复杂，尤其是基于此改进的钥匙联锁系统过于繁琐，因此实施了更进一步的设计优化，其配置如下：
每个核电机组设置两台应急柴油发电机组，6.6kV，6000kW，安全级，抗震I类。负荷为6.6kV应急母线所带设备。
每个核电机组设置一台备用柴油发电机组，6.6kV，6000kW，非安全级，抗震I类。负荷为6.6kV应急母线所带设备、安全壳及乏燃料水池事故后中长期排热系统。
两个核电机组共用两台水压试验泵柴油发电机组，380V，300kW，非安全级，抗震I类。负荷为水压试验泵系统、事故后监测系统等。
田湾5、6号机组除每台核电机组设置两台应急柴油发电机组LHP/Q（6000kW）外，每台核电机组还配置一台备用柴油发电机组LHS（6000kW），用于应对应急柴油发电机组不可用时替代接入和超设计基准事故，备用柴油发电机组为非安全级，按设计基准地震（SSE）进行抗震设计。同时两台核电机组共用两台水压试验泵柴油发电机组LLS。
此种柴油发电机组设置方案可以应对应急柴油发电机组故障、丧失一列厂内应急电源的事故、丧失厂外电源和一列厂内应急电源的事故、SBO事故以及部分包含SBO的叠加事故。
田湾核电站5、6号机组各柴油发电机组在正常或事故运行工况下可以如下应对：
当机组正常运行（包括换料大修）时，应急柴油发电机组LHP/Q作为LHA/B母线的应急电源；
当机组发生故障（任意一台应急柴油发电机检修或者故障）时，可以将备用柴油发电机组LHS接入，替代退出的应急柴油发电机组，确保LHA/B母线的备用电源可用，并可以延长LHP/Q退出所造成的不可用后撤时间（I0时间）；
当机组发生事故（丧失一列厂内应急电源的事故、丧失厂外电源和一列厂内应急电源的事故、SBO事故）时，将备用柴油发电机组LHS接入一列厂内应急电源，可以减缓事故影响并减轻事故后果。LHS接入后为一列安全设施供电，包括安注泵、安喷泵、辅助给水电动泵、设冷水泵、海水泵等设备，确保堆芯冷却和安全壳完整性，同时，给蒸汽发生器提供辅助给水，蒸汽发生器产生的蒸汽通过大气释放阀或者安全阀带走，保证了堆芯长期余热及时带走，确保堆芯安全。水压试验泵柴油发电机组将在SBO发生后自动启动为水压试验泵RIS011PO和LNE360CR提供应急电源，确保机组主泵轴封不发生泄漏，并确保机组应急控制用电。
当机组发生叠加事故（SBO叠加丧失热阱）时，将备用柴油发电机组LHS接入一列厂内应急电源，可以减缓事故造成的影响并减轻事故后果。LHS接入后为一列安全设施供电，包括安注泵、安喷泵、辅助给水电动泵等设备，并在事故发生72小时后手动加载第二套冷链，为机组提供后备冷却，确保堆芯冷却和安全壳完整性，同时，给蒸汽发生器提供辅助给水，蒸汽发生器产生的蒸汽通过大气释放阀或者安全阀带走，保证了堆芯长期余热及时带走，确保堆芯安全。水压试验泵柴油发电机组将在SBO发生后自动启动为水压试验泵RIS011PO和LNE360CR提供应急电源，确保机组主泵轴封不发生泄漏，并确保机组应急控制用电。
接线简图如下：
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优化的柴油发电机组设置方案的主要优点如下：
1)简化了电气接线，便于维护维修。由于每台机组设置一台备用柴油发电机组，可以从其中压母线直接设置至LHA和LHB的馈线，取消9LHT，使得原来的钥匙联锁系统大大简化。
2)根据PSA计算结果表明，优化后的方案与原设计风险概率相当。新方案的备用柴油机接入时间较M310明显减少，增加了机组运行的安全性；同时原采用备用柴油发电机兼LLS小柴油机的功能，而在新方案中，配置LLS小柴油机，与备用柴油机分开，各自执行功能。具体见下表。
关于不同柴油机配置方案的PSA分析结果
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3)保留水压试验泵柴油发电机组可以使设计多样化；
4)在执行备用柴油发电机组替代应急柴油发电机组时，可延长应急柴油发电机组不可用的时间等。
通过研究认为，取消厂区附加柴油发电机组，并通过增加备用柴油发电机组的数量及其容量，提高了设备冗余性，同时保留了原设计中成熟的水压试验泵柴油发电机组配置，是一种更优化的柴油发电机组设置方案。
3 结束语
文章对方家山、福清1~4号机组等参考电站项目中柴油发电机组的配置进行了分析与研究，并针对田湾核电站5、6号机组柴油发电机组的设置在不同的设计阶段中进行的优化改进（包括原因及具体措施）进行了描述与分析，希望对后续核电项目柴油发电机组的设计工作能够起到借鉴及指导的作用。