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摘要：本文介绍了台山核电厂黑起动（SBO）柴油发电机组的系统组成，其性能要求，以及为满足事故运行而进行的鉴定相关要求。
关键字：核电厂 黑起动 柴油发电机组 系统 鉴定
Study of SBO(Station Black Out) Diesel Generator Set for Nuclear Power Plant
Hua Jun, Feng Ping
(Wuxi Division of No.703 Research Institute of CSIC, Wuxi of Jiangsu Province, 214151, China)
Abstract: This study defines the system composing, performance requirements of the SBO（Station Black Out） diesel generator set for the Taishan nuclear power plant, and qualification requirements to meet the accident operation are also introduced.
Key words: Nuclear Power Plant，SBO, Diesel Generator Set, System, Qualification
1. 概述
SBO柴油发电机组是保证核电站安全可靠运行的重要设备。在设计条件下，机组处于热备用状态，其主要目的是为了确保在厂外电源和主发电机供电电源均丧失（SBO）的情况下，为安全级系统和设备供电，以保证反应堆的亚临界度和冷却，减少反应堆外壳的放射性。
2. 机组简介
一套完整的柴油发电机组包括柴油发电机组本体及其辅助系统。柴油机和发电机通过弹性联轴器对中连接，通过减震器成撬安装在一个公共的钢质底架上。公共底架安装在水平的混凝土块上。
机组常年处于热备用状态，接到起动信号，在规定的时间内，机组能够由空气马达自动起动，并加速到额定转速，达到额定电压，从而向设计载荷供电。此外机组还具有与外电网并网的能力。
同时在机组控制系统电源丧失(SBO)的情况下，可通过就地手动阀起动机组，然后通过机组反供电给控制系统。该功能的设计能保证在控制系统突然供电时，不会引起机组运行的异常或停机。
机组配置有水预热、强制循环，滑油加热、预供装置和压缩空气自动控制系统。在备用状态下，机组冷却水温度自动维持在其规定值；滑油预供泵连续预供；起动空气系统处于备用状态，贮气罐空气压力自动维持在规定的压力范围，确保机组快速起动和加载的可靠性。
3. 分级定义
3.1 安全等级
系统和部件的设计、制造以及质量管理都是基于安全等级。安全等级取决于部件和系统在核电厂运行中的功能任务以及对核安全的作用，本机组的安全等级为F2级。
3.2 抗震等级
本机组设备对应有两个抗震等级：SC1和SC2
抗震等级SC1是指在设计基准地震中和地震后，设备能保持其结构完整性、功能完整性和固有位置。
抗震等级SC2是指在地震后设备能保持其结构完整性，但功能完整性不做要求。SC2必须对抗震等级SC1的设备不能形成威胁。
对保证应急柴油发电机组正常运行所需的所有设备抗震等级为SC1。对于机组不是非常重要的其它设备(如起动系统的压缩机)抗震等级为SC2.
3.3 质保等级
根据设备功能及安装位置的不同，核电厂所有设备质保等级可分为Q1,Q2,Q3,ISO以及NC级，本机组质保等级为ISO，除了特殊要求外，所有质量活动的开展遵循ISO9001-2008要求执行。
4. 设计要求
4.1 性能保证
1） 机组额定功率：3100kW； 额定电压：725V；额定转速：1000转/分；额定频率：50Hz
2） 机组连续运行24小时具有2小时的短时功率（短时功率为额定功率的110%）能力；
3） 机组的空载电压调整范围为90%~110%额定电压；
4） 机组的电压和转速特性指标如下（相对于额定电压和额定转速）：
电压稳态调整率±5%、电压瞬态调整率+20%~-15%、瞬态电压恢复时间1s、电压波动率±0.5%、稳态调速率±1%、瞬态调速率±5%、瞬态转速恢复时间3s、转速波动率±0.4%。
5） 机组在空载时，线电压波形正弦性畸变率小于5%。机组轻载或空载运行时间不小于2小时,且不发生异常现象。
6） 机组各相电流的不平衡度不超过额定电流的25%，各相电压的不平衡度不超过额定电压5%。
7） 机组具有以下快速起动及带载能力：
a) 备用状态下：机组有滑油和冷却水的预热装置，平时处于热备用状态。机组接到起动信号后在规定的时间内，电压和转速达到额定值。
b) 连续快速起动并带载100次不失败，其中90次为机组处于备用状态，在a)要求下起动，其余10次为热机起动。机组接到起动信号后在规定时间内其输出达到额定电压和频率。
c) 机组紧接着b)之后立即带上一个阶跃负载，其值等于或大于额定负载的50%。
8） 机组设有自动和手动同期装置，以满足与电网的并网运行要求。
9） 机组起动成功后，在规定时间内按设定的程序带上持续负载，其中最大单个阶跃负载等于额定功
率的20%。
10） 机组在失去外循环冷却条件下，能保证快速起动并带持续负载功率运行3分钟，而不发生异常。
11） 发电机主轴承采用自润滑和自冷却方式。
12） 柴油机调速装置为电子调速带机械备份。
13） 起动用压缩空气贮气罐具有连续6次起动供气能力而无需充气。 14） 机组带电动盘车装置并与机组运行联锁。
15） 保护装置
a) 在发生短路、过载、过电压、欠电压、过频率、欠频率、差动、接地、逆功率、励磁故障、超速、润滑油油压低、冷却水水温高、柴油机曲轴箱压力过高时，保护装置能可靠动作。
b) 以上保护信号除超速及差动保护外，其余保护信号作为应急运行时越控，作为停机保护项时，采用3取2逻辑判断后作用于应急停机，以确保信号的可靠性。
c) 机组在怠速±10%和额定转速的±5%的转速范围内不会产生有害的扭振应力。
16） 控制和监视
机组配置自动和手动控制系统，能在就地及主控室操作和监视，并保证如下功能：
a) 起动、停机、送电、停电、调速、调压及并网。
b) 运行参数显示：电压、电流、功率、功率因数、转速、频率、励磁电压、励磁电流、累计运行时间和柴油机各热工参数等。
c) 机组正常运行指示和故障的声光报警。
d) 机组控制及保护留有与主控室、电站计算机等的接口。
4.2 机组设计为不受自然和外部人为灾害损坏。
4.3 机组设计寿命为60年。
4.4 设备的安装设计为限制振动传递到建筑物。由柴油发电机组产生的振动传递到建筑物限制在机组静载荷的3%。
4.5 废气排放控制在国家标准和规范所规定的范围之内。
4.6 噪声不超过整个核电厂规定的极限值。
4.7 I&C（仪控）系统和设备严格保护，同时其设计和安装满足核电厂电磁兼容要求。
4.8 柴油机组辅助系统根据认可的工业和/或核电标准设计。机组的所有系统和子系统独立于其他设备。
4.9 设备配有必要的围栏，顶蓬等以保护人员免于机械和电气危险。旋转部件由外壳或保护栅格隔离。
5. 机组描述
5.1机组运行模式
SBO柴油发电机组运行模式分为正常运行以及事故运行模式。
a) 正常运行模式
* 备用周期
在核电厂正常运行期间，柴油发电机组保持在备用模式。机组通过预热和连续预润滑在任何时间内准备起动和带载。
* 紧急起动
无外部电源的情况下，利用压缩空气手动起动，一旦达到额定电压和频率，就可以手动加载。
* 定期试验
机组应进行定期试验，这些试验通过将机组与外电网并网完成。
b) 事故运行模式
设备能经受下列典型的故障而其完整性不会被破坏：
* 因外部故障，发电机3相或2相短路
* 超速
* 50HZ附近的过电压
* 120°到180°的相位差并网（在设备寿命期间至少出现两次）
* 地震时运行
5.2机组组成
SBO柴油发电机组主要包括以下组件和部件：
柴油机及其辅助系统（包括：燃油、滑油供应；进/排气系统；冷却系统；起动系统；控制和保护系统；管道及管道连接附件；隔热保温）、柴油机和发电机之间的联轴器、发电机、励磁设备和测量、电压调节器、并网用同步装置、控制和监测仪表及装置、传感器和测量装置、安装配件、锚定设备、机组公共底架以及减震器等。
a) 燃油系统
燃油系统由贮油罐、燃油输送单元、日用油箱、污油箱、燃油粗滤器、机带燃油泵、燃油精滤器、喷油泵、喷油器、紧急停车电磁阀、高压油管及配套的仪表、阀门和连接管路等组成。所有的设备带必要的监测及控制装置。
机组起动时由高位日用油箱重力供油，起动后由机带燃油泵向喷油泵提供一定压力的燃油。运行时燃油流程：机带燃油泵从日用油箱吸入燃油，以一定的压力输送至燃油精滤器，过滤后进入喷油泵，压力被进一步提高，按不同工况所需的供油量，经高压油管被送至喷油器，最后喷成雾状进入燃烧室燃烧。
燃油系统流程图见下图：
b) 压缩空气起动系统
完整的压缩空气起动系统，包括压缩空气系统单元、贮气罐和装在柴油发电机组公共底座上的空气起动装置。
压缩空气系统单元的所有部件均安装在一个钢结构底架上，主要包括：空气压缩机、油水分离过滤器、冷干机、精滤器、控制箱及配套的仪表、阀门和连接管路等。贮气罐上装有压力表、安全阀、排污阀、检修门等。压缩空气系统单元能在规定的时间内完成对贮气罐的充气。
贮气罐设计具有连续6次起动的能力而无需补气。
系统所有的设备带必要的监测及控制装置。空气起动系统由两个相对独立的回路组成，每个回路能单独起动柴油机，并具有同时起动柴油机的功能。
压缩空气起动系统流程图见下图：
c) 滑油系统
润滑油系统由油底壳、滑油泵、滑油预供泵、滑油预热器、温控阀、滑油换热器、滑油精滤器、离心滤清器及配套的仪表、阀门和连接管路等组成。
油底壳储存的滑油的总容量可满足要求的持续运行时间。
在备用状态，通过油水热交换器使滑油温度处于热态，保证机组处于热备用状态。
当机组运行时，滑油系统的重要参数始终得到监控。
滑油系统流程图见下图：
d) 进气和排气系统
燃烧空气系统向柴油机提供经过滤的可燃空气。可燃空气由涡轮增压器压缩，进入各个气缸供燃烧。压缩空气通过前后中冷器冷却。排气系统收集各个气缸中排出的废气，并通过装在发动机上的涡轮增压器和排气消音器排出。排气系统带隔热，从而避免热辐射并减少火灾危险。
同时在排气管道上留有排气取样点。
材料的选择考虑到高温以及环境条件以确保设计寿命。进排气系统流程框图见下图：
e) 冷却水系统
机组冷却系统由冷却水预热装置、节温器、滑油冷却器、冷却水泵、强制水-空气冷却器（散热器）和膨胀水箱等组成。
系统的冷却能力为在最高环境温度下机组在110%额定功率运行，超过冷却要求的10%。 在备用运行时，柴油机由预热系统保持预热状态，以确保快速起动和短时加载以减少冷起动磨损。在例外情况下，室内温度低至5度，在没有预热时，柴油机也能够起动并加载。
膨胀水箱安装在柴油机冷却回路的最高点。膨胀水箱的液位和冷却水系统的温度持续监测。风扇的类型以及转速的选择符合空气动力学特性和噪声规范要求。冷却水系统流程框图见下图：
f) 电气以及仪表和控制系统（I&C）
电气系统包括机组控制柜、发电机控制柜、发电机出口开关柜、低压开关柜等组成。每套柴油发电机组的辅助系统，由自动控制系统控制。柴油发电机组I&C接收各传感器输入信号并进行处理。在另一端（输出），I&C控制执行器（马达、阀门和开关等），并发出报警。同时I&C内部安装有一个自主监控系统，检查内部故障和异常状况。
无论哪种运行模式下，电气及I&C系统进行所有必要的测量、监控和保护，确保柴油发电机组安全运行。
由电气及I&C系统完成的主要操作如下：
- 保持柴油发电机组处于备用状态；
- 紧急情况下，保证机组可靠起动/停机和加载；
- 试验过程中，保证机组起动/停机和正常的加载；
- 故障时应急保护；
- 机组运行时的监控。
电气系统图如下：
6. 机组的鉴定
为了验证柴油发电机组满足核电厂应急发电使用，要对机组各个设备进行鉴定，鉴定分为正常运行模式以及事故运行模式下的鉴定，鉴定通过试验以及分析的方法进行：
6.1 试验鉴定
考虑到核电厂实际运行，试验鉴定最主要包括性能鉴定，抗震鉴定，老化及振动鉴定。试验鉴定在参照核电相关标准的要求下进行：
* 性能鉴定
性能鉴定包括：柴油机、发电机性能试验；所有辅助设备的性能试验；机组型式试验。
* 抗震鉴定
抗震鉴定用来测定设备的自振频率、振型、阻尼等振动参数和地震反应，考核设备的刚度（变形）、强度和位移，验证设备在地震载荷作用期间及作用之后能否正常工作，保持其结构完整性和功能完整性。
* 老化试验鉴定
老化试验鉴定是根据标准（IEC60068 电工电子环境试验）要求，对于电气设备进行诸如机械振动、高温、低温、交变湿热、高低温快速变化、高温环境下长时间通电等试验，通过加速设备老化的试验方法来验证设备满足核电厂寿期运行的要求，同时通过检验材料的耐久性来获得超时限运行的相关参数。
6.2 分析鉴定
机组进行分析鉴定时，满足RCC-M要求。
* 应力分析
应力分析主要包括：
运行时压力和温度对设备的永久载荷（重量和管道应力）的直接合并结果。
在0.9至1.15倍的额定速度之间，机组轴系的扭转振动不会导致有害的应力。
事故状态运行时，设备产生的应力和变形，轴系活动，不会导致机组运行的异常，当试验不能模拟时，通过分析验证；油罐、换热器等的外壳及管道，在相应设备设计规范中规定的最大的应力值。
* 分析承受自然和内部人为灾害的能力
主要分析机组能够承受自然和外部人为灾害作用（地震、外部火灾、爆炸压力波、洪水、风、极端天气情况等）
- 大部分外部灾害在柴油机房设计中考虑。
- 抗震分析（通过建模分析）（无法通过抗震试验验证的设备）
* 机组在极端室内和室外温度下的起动和运行能力分析。
* 发电机和励磁设备分析
包括：
- 短路电流
- 发电机输出母排的应力
- 定转子气隙中的最大扭矩
- 运行时对底架产生的应力
- 最大阶跃负载突加时的压降（负载加载序列计算书）
* 可靠性与可维护性分析
通过建立机组可靠性模型，采用潜在故障模式影响及危害性分析（FMECA），以定性和定量的方法确定设备或部件的可靠性与可维护性指标。同时证明能达到的可靠性目标。该分析报告可确认机组的故障类型，故障率等，并提高其可靠性和制定维护计划。
* I&C系统安全相关的可编程器件（PEC）的鉴定
I&C系统安全相关的可编程器件包括电子调速器，发电机保护装置以及电压调节器等，根据RCC-E要求，鉴定内容主要是对这些PEC部件的硬件构成、接口配置、软件设置等进行分析，同时对其执行的功能通过试验的方式加以验证。即通过分析与试验相结合的方式，来确认所选择的PEC部件能够可靠地执行其安全功能。
7. 结论
SBO柴油发电机组的可靠性与稳定性对于核电站的安全来说，是至关重要的。因此，针对台山核电厂设备制造的特点，编制详细的质量计划，加强对机组制造过程中各重要节点的现场监控显得尤为关键，同时所有制造过程中的记录文件都要由监造人员备查，并树立相关人员的核安全意识，在设计和制造过程中结合核电设备“安全第一，质量第一”的方针，从而保证SBO柴油发电机组性能满足核电厂应急之用。
8. 参考文件
[1] RCC-M（2005） 压水堆核电站 核岛机械设备设计和制造准则
[2] RCC-E（2005） 压水堆核电站 核岛电气设备设计和制造准则
作者简介： 华君（1978年出生），男，江苏无锡，高级工程师，本科，主要从事核电厂用应急柴油发电机组成套设计及研究。
关键字：核电厂 黑起动 柴油发电机组 系统 鉴定
Study of SBO(Station Black Out) Diesel Generator Set for Nuclear Power Plant
Hua Jun, Feng Ping
(Wuxi Division of No.703 Research Institute of CSIC, Wuxi of Jiangsu Province, 214151, China)
Abstract: This study defines the system composing, performance requirements of the SBO（Station Black Out） diesel generator set for the Taishan nuclear power plant, and qualification requirements to meet the accident operation are also introduced.
Key words: Nuclear Power Plant，SBO, Diesel Generator Set, System, Qualification
1. 概述
SBO柴油发电机组是保证核电站安全可靠运行的重要设备。在设计条件下，机组处于热备用状态，其主要目的是为了确保在厂外电源和主发电机供电电源均丧失（SBO）的情况下，为安全级系统和设备供电，以保证反应堆的亚临界度和冷却，减少反应堆外壳的放射性。
2. 机组简介
一套完整的柴油发电机组包括柴油发电机组本体及其辅助系统。柴油机和发电机通过弹性联轴器对中连接，通过减震器成撬安装在一个公共的钢质底架上。公共底架安装在水平的混凝土块上。
机组常年处于热备用状态，接到起动信号，在规定的时间内，机组能够由空气马达自动起动，并加速到额定转速，达到额定电压，从而向设计载荷供电。此外机组还具有与外电网并网的能力。
同时在机组控制系统电源丧失(SBO)的情况下，可通过就地手动阀起动机组，然后通过机组反供电给控制系统。该功能的设计能保证在控制系统突然供电时，不会引起机组运行的异常或停机。
机组配置有水预热、强制循环，滑油加热、预供装置和压缩空气自动控制系统。在备用状态下，机组冷却水温度自动维持在其规定值；滑油预供泵连续预供；起动空气系统处于备用状态，贮气罐空气压力自动维持在规定的压力范围，确保机组快速起动和加载的可靠性。
3. 分级定义
3.1 安全等级
系统和部件的设计、制造以及质量管理都是基于安全等级。安全等级取决于部件和系统在核电厂运行中的功能任务以及对核安全的作用，本机组的安全等级为F2级。
3.2 抗震等级
本机组设备对应有两个抗震等级：SC1和SC2
抗震等级SC1是指在设计基准地震中和地震后，设备能保持其结构完整性、功能完整性和固有位置。
抗震等级SC2是指在地震后设备能保持其结构完整性，但功能完整性不做要求。SC2必须对抗震等级SC1的设备不能形成威胁。
对保证应急柴油发电机组正常运行所需的所有设备抗震等级为SC1。对于机组不是非常重要的其它设备(如起动系统的压缩机)抗震等级为SC2.
3.3 质保等级
根据设备功能及安装位置的不同，核电厂所有设备质保等级可分为Q1,Q2,Q3,ISO以及NC级，本机组质保等级为ISO，除了特殊要求外，所有质量活动的开展遵循ISO9001-2008要求执行。
4. 设计要求
4.1 性能保证
1） 机组额定功率：3100kW； 额定电压：725V；额定转速：1000转/分；额定频率：50Hz
2） 机组连续运行24小时具有2小时的短时功率（短时功率为额定功率的110%）能力；
3） 机组的空载电压调整范围为90%~110%额定电压；
4） 机组的电压和转速特性指标如下（相对于额定电压和额定转速）：
电压稳态调整率±5%、电压瞬态调整率+20%~-15%、瞬态电压恢复时间1s、电压波动率±0.5%、稳态调速率±1%、瞬态调速率±5%、瞬态转速恢复时间3s、转速波动率±0.4%。
5） 机组在空载时，线电压波形正弦性畸变率小于5%。机组轻载或空载运行时间不小于2小时,且不发生异常现象。
6） 机组各相电流的不平衡度不超过额定电流的25%，各相电压的不平衡度不超过额定电压5%。
7） 机组具有以下快速起动及带载能力：
a) 备用状态下：机组有滑油和冷却水的预热装置，平时处于热备用状态。机组接到起动信号后在规定的时间内，电压和转速达到额定值。
b) 连续快速起动并带载100次不失败，其中90次为机组处于备用状态，在a)要求下起动，其余10次为热机起动。机组接到起动信号后在规定时间内其输出达到额定电压和频率。
c) 机组紧接着b)之后立即带上一个阶跃负载，其值等于或大于额定负载的50%。
8） 机组设有自动和手动同期装置，以满足与电网的并网运行要求。
9） 机组起动成功后，在规定时间内按设定的程序带上持续负载，其中最大单个阶跃负载等于额定功
率的20%。
10） 机组在失去外循环冷却条件下，能保证快速起动并带持续负载功率运行3分钟，而不发生异常。
11） 发电机主轴承采用自润滑和自冷却方式。
12） 柴油机调速装置为电子调速带机械备份。
13） 起动用压缩空气贮气罐具有连续6次起动供气能力而无需充气。 14） 机组带电动盘车装置并与机组运行联锁。
15） 保护装置
a) 在发生短路、过载、过电压、欠电压、过频率、欠频率、差动、接地、逆功率、励磁故障、超速、润滑油油压低、冷却水水温高、柴油机曲轴箱压力过高时，保护装置能可靠动作。
b) 以上保护信号除超速及差动保护外，其余保护信号作为应急运行时越控，作为停机保护项时，采用3取2逻辑判断后作用于应急停机，以确保信号的可靠性。
c) 机组在怠速±10%和额定转速的±5%的转速范围内不会产生有害的扭振应力。
16） 控制和监视
机组配置自动和手动控制系统，能在就地及主控室操作和监视，并保证如下功能：
a) 起动、停机、送电、停电、调速、调压及并网。
b) 运行参数显示：电压、电流、功率、功率因数、转速、频率、励磁电压、励磁电流、累计运行时间和柴油机各热工参数等。
c) 机组正常运行指示和故障的声光报警。
d) 机组控制及保护留有与主控室、电站计算机等的接口。
4.2 机组设计为不受自然和外部人为灾害损坏。
4.3 机组设计寿命为60年。
4.4 设备的安装设计为限制振动传递到建筑物。由柴油发电机组产生的振动传递到建筑物限制在机组静载荷的3%。
4.5 废气排放控制在国家标准和规范所规定的范围之内。
4.6 噪声不超过整个核电厂规定的极限值。
4.7 I&C（仪控）系统和设备严格保护，同时其设计和安装满足核电厂电磁兼容要求。
4.8 柴油机组辅助系统根据认可的工业和/或核电标准设计。机组的所有系统和子系统独立于其他设备。
4.9 设备配有必要的围栏，顶蓬等以保护人员免于机械和电气危险。旋转部件由外壳或保护栅格隔离。
5. 机组描述
5.1机组运行模式
SBO柴油发电机组运行模式分为正常运行以及事故运行模式。
a) 正常运行模式
* 备用周期
在核电厂正常运行期间，柴油发电机组保持在备用模式。机组通过预热和连续预润滑在任何时间内准备起动和带载。
* 紧急起动
无外部电源的情况下，利用压缩空气手动起动，一旦达到额定电压和频率，就可以手动加载。
* 定期试验
机组应进行定期试验，这些试验通过将机组与外电网并网完成。
b) 事故运行模式
设备能经受下列典型的故障而其完整性不会被破坏：
* 因外部故障，发电机3相或2相短路
* 超速
* 50HZ附近的过电压
* 120°到180°的相位差并网（在设备寿命期间至少出现两次）
* 地震时运行
5.2机组组成
SBO柴油发电机组主要包括以下组件和部件：
柴油机及其辅助系统（包括：燃油、滑油供应；进/排气系统；冷却系统；起动系统；控制和保护系统；管道及管道连接附件；隔热保温）、柴油机和发电机之间的联轴器、发电机、励磁设备和测量、电压调节器、并网用同步装置、控制和监测仪表及装置、传感器和测量装置、安装配件、锚定设备、机组公共底架以及减震器等。
a) 燃油系统
燃油系统由贮油罐、燃油输送单元、日用油箱、污油箱、燃油粗滤器、机带燃油泵、燃油精滤器、喷油泵、喷油器、紧急停车电磁阀、高压油管及配套的仪表、阀门和连接管路等组成。所有的设备带必要的监测及控制装置。
机组起动时由高位日用油箱重力供油，起动后由机带燃油泵向喷油泵提供一定压力的燃油。运行时燃油流程：机带燃油泵从日用油箱吸入燃油，以一定的压力输送至燃油精滤器，过滤后进入喷油泵，压力被进一步提高，按不同工况所需的供油量，经高压油管被送至喷油器，最后喷成雾状进入燃烧室燃烧。
燃油系统流程图见下图：
b) 压缩空气起动系统
完整的压缩空气起动系统，包括压缩空气系统单元、贮气罐和装在柴油发电机组公共底座上的空气起动装置。
压缩空气系统单元的所有部件均安装在一个钢结构底架上，主要包括：空气压缩机、油水分离过滤器、冷干机、精滤器、控制箱及配套的仪表、阀门和连接管路等。贮气罐上装有压力表、安全阀、排污阀、检修门等。压缩空气系统单元能在规定的时间内完成对贮气罐的充气。
贮气罐设计具有连续6次起动的能力而无需补气。
系统所有的设备带必要的监测及控制装置。空气起动系统由两个相对独立的回路组成，每个回路能单独起动柴油机，并具有同时起动柴油机的功能。
压缩空气起动系统流程图见下图：
c) 滑油系统
润滑油系统由油底壳、滑油泵、滑油预供泵、滑油预热器、温控阀、滑油换热器、滑油精滤器、离心滤清器及配套的仪表、阀门和连接管路等组成。
油底壳储存的滑油的总容量可满足要求的持续运行时间。
在备用状态，通过油水热交换器使滑油温度处于热态，保证机组处于热备用状态。
当机组运行时，滑油系统的重要参数始终得到监控。
滑油系统流程图见下图：
d) 进气和排气系统
燃烧空气系统向柴油机提供经过滤的可燃空气。可燃空气由涡轮增压器压缩，进入各个气缸供燃烧。压缩空气通过前后中冷器冷却。排气系统收集各个气缸中排出的废气，并通过装在发动机上的涡轮增压器和排气消音器排出。排气系统带隔热，从而避免热辐射并减少火灾危险。
同时在排气管道上留有排气取样点。
材料的选择考虑到高温以及环境条件以确保设计寿命。进排气系统流程框图见下图：
e) 冷却水系统
机组冷却系统由冷却水预热装置、节温器、滑油冷却器、冷却水泵、强制水-空气冷却器（散热器）和膨胀水箱等组成。
系统的冷却能力为在最高环境温度下机组在110%额定功率运行，超过冷却要求的10%。 在备用运行时，柴油机由预热系统保持预热状态，以确保快速起动和短时加载以减少冷起动磨损。在例外情况下，室内温度低至5度，在没有预热时，柴油机也能够起动并加载。
膨胀水箱安装在柴油机冷却回路的最高点。膨胀水箱的液位和冷却水系统的温度持续监测。风扇的类型以及转速的选择符合空气动力学特性和噪声规范要求。冷却水系统流程框图见下图：
f) 电气以及仪表和控制系统（I&C）
电气系统包括机组控制柜、发电机控制柜、发电机出口开关柜、低压开关柜等组成。每套柴油发电机组的辅助系统，由自动控制系统控制。柴油发电机组I&C接收各传感器输入信号并进行处理。在另一端（输出），I&C控制执行器（马达、阀门和开关等），并发出报警。同时I&C内部安装有一个自主监控系统，检查内部故障和异常状况。
无论哪种运行模式下，电气及I&C系统进行所有必要的测量、监控和保护，确保柴油发电机组安全运行。
由电气及I&C系统完成的主要操作如下：
- 保持柴油发电机组处于备用状态；
- 紧急情况下，保证机组可靠起动/停机和加载；
- 试验过程中，保证机组起动/停机和正常的加载；
- 故障时应急保护；
- 机组运行时的监控。
电气系统图如下：
6. 机组的鉴定
为了验证柴油发电机组满足核电厂应急发电使用，要对机组各个设备进行鉴定，鉴定分为正常运行模式以及事故运行模式下的鉴定，鉴定通过试验以及分析的方法进行：
6.1 试验鉴定
考虑到核电厂实际运行，试验鉴定最主要包括性能鉴定，抗震鉴定，老化及振动鉴定。试验鉴定在参照核电相关标准的要求下进行：
* 性能鉴定
性能鉴定包括：柴油机、发电机性能试验；所有辅助设备的性能试验；机组型式试验。
* 抗震鉴定
抗震鉴定用来测定设备的自振频率、振型、阻尼等振动参数和地震反应，考核设备的刚度（变形）、强度和位移，验证设备在地震载荷作用期间及作用之后能否正常工作，保持其结构完整性和功能完整性。
* 老化试验鉴定
老化试验鉴定是根据标准（IEC60068 电工电子环境试验）要求，对于电气设备进行诸如机械振动、高温、低温、交变湿热、高低温快速变化、高温环境下长时间通电等试验，通过加速设备老化的试验方法来验证设备满足核电厂寿期运行的要求，同时通过检验材料的耐久性来获得超时限运行的相关参数。
6.2 分析鉴定
机组进行分析鉴定时，满足RCC-M要求。
* 应力分析
应力分析主要包括：
运行时压力和温度对设备的永久载荷（重量和管道应力）的直接合并结果。
在0.9至1.15倍的额定速度之间，机组轴系的扭转振动不会导致有害的应力。
事故状态运行时，设备产生的应力和变形，轴系活动，不会导致机组运行的异常，当试验不能模拟时，通过分析验证；油罐、换热器等的外壳及管道，在相应设备设计规范中规定的最大的应力值。
* 分析承受自然和内部人为灾害的能力
主要分析机组能够承受自然和外部人为灾害作用（地震、外部火灾、爆炸压力波、洪水、风、极端天气情况等）
- 大部分外部灾害在柴油机房设计中考虑。
- 抗震分析（通过建模分析）（无法通过抗震试验验证的设备）
* 机组在极端室内和室外温度下的起动和运行能力分析。
* 发电机和励磁设备分析
包括：
- 短路电流
- 发电机输出母排的应力
- 定转子气隙中的最大扭矩
- 运行时对底架产生的应力
- 最大阶跃负载突加时的压降（负载加载序列计算书）
* 可靠性与可维护性分析
通过建立机组可靠性模型，采用潜在故障模式影响及危害性分析（FMECA），以定性和定量的方法确定设备或部件的可靠性与可维护性指标。同时证明能达到的可靠性目标。该分析报告可确认机组的故障类型，故障率等，并提高其可靠性和制定维护计划。
* I&C系统安全相关的可编程器件（PEC）的鉴定
I&C系统安全相关的可编程器件包括电子调速器，发电机保护装置以及电压调节器等，根据RCC-E要求，鉴定内容主要是对这些PEC部件的硬件构成、接口配置、软件设置等进行分析，同时对其执行的功能通过试验的方式加以验证。即通过分析与试验相结合的方式，来确认所选择的PEC部件能够可靠地执行其安全功能。
7. 结论
SBO柴油发电机组的可靠性与稳定性对于核电站的安全来说，是至关重要的。因此，针对台山核电厂设备制造的特点，编制详细的质量计划，加强对机组制造过程中各重要节点的现场监控显得尤为关键，同时所有制造过程中的记录文件都要由监造人员备查，并树立相关人员的核安全意识，在设计和制造过程中结合核电设备“安全第一，质量第一”的方针，从而保证SBO柴油发电机组性能满足核电厂应急之用。
8. 参考文件
[1] RCC-M（2005） 压水堆核电站 核岛机械设备设计和制造准则
[2] RCC-E（2005） 压水堆核电站 核岛电气设备设计和制造准则
作者简介： 华君（1978年出生），男，江苏无锡，高级工程师，本科，主要从事核电厂用应急柴油发电机组成套设计及研究。