基于燃?xì)廨啓C(jī)的移動應(yīng)急電源在核電站的應(yīng)用可行性研究

柳成華，李彬，李興群

中廣核研究院有限公司

基于燃?xì)廨啓C(jī)的移動應(yīng)急電源在核電站的應(yīng)用可行性研究

柳成華，李彬，李興群

中廣核研究院有限公司

本文介紹了燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組和柴油發(fā)電機(jī)組的區(qū)別及發(fā)展現(xiàn)狀，以及核電站移動應(yīng)急電源的要求，提出基于燃?xì)廨啓C(jī)的移動應(yīng)急電源的一種設(shè)計方案和在核電站的應(yīng)用可行性。

核電站；移動應(yīng)急電源；燃?xì)廨啓C(jī)

1.引言

日本福島核事故中，電站因地震和海嘯失去含應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組（以下簡稱“EDG”）的所有廠內(nèi)外電源，專設(shè)安全設(shè)施功能喪失，大量放射性物質(zhì)外泄。事故讓人類對核電廠用電可靠性提出了新的要求，通過增設(shè)移動應(yīng)急電源提高廠用電可靠性成為首選。

2.核電站移動應(yīng)急電源的要求

專設(shè)安全設(shè)施屬應(yīng)急負(fù)荷。正常由主發(fā)電機(jī)供電；發(fā)電機(jī)檢修或故障時，由主電網(wǎng)供電；當(dāng)發(fā)電機(jī)和主電網(wǎng)均失電時，由輔助電網(wǎng)供電；當(dāng)發(fā)電機(jī)、主電網(wǎng)和輔助電網(wǎng)均失電時，由EDG應(yīng)急啟動供電。

福島核事故中，僅5/6號機(jī)組因6號機(jī)組的一臺EDG未損壞，保障了專設(shè)安全設(shè)施供電，實(shí)現(xiàn)冷停堆；1～4號機(jī)組均遭到嚴(yán)重破壞。在EDG不可用時，如有移動應(yīng)急電源頂替EDG供電，事故將有可能減輕。

3.燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組和柴油發(fā)電機(jī)組

燃?xì)廨啓C(jī)以連續(xù)流動的氣體為工質(zhì)帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃料的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，由壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)馔钙浇M成，通過齒輪箱或聯(lián)軸器驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，構(gòu)成燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組。柴油機(jī)以四沖程循環(huán)將柴油燃燒轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通過聯(lián)軸器帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，構(gòu)成柴油發(fā)電機(jī)組。燃?xì)廨啓C(jī)一般轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和輔助系統(tǒng)相對復(fù)雜，但功率密度大，更適合功率要求高的場合。

4.增設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)式移動電源的可行性

核電站EDG功率約為6000kWe；已配備的移動應(yīng)急電源均為柴油機(jī)式，單機(jī)組功率約800～3000kWe，采用并機(jī)運(yùn)行以滿足大功率的需求。

目前國內(nèi)有QD100、QD128、410A三款燃?xì)廨啓C(jī)功率接近核電站EDG功率。其中，QD100實(shí)為GE的GE10-1燃?xì)廨啓C(jī)，國外制造、國內(nèi)成套；QD128和410A均由軍用發(fā)動機(jī)改裝而成。因QD128為國產(chǎn)且在某些油田有固定式發(fā)電機(jī)組使用經(jīng)驗，故選作進(jìn)行移動應(yīng)急電源設(shè)計。

電源機(jī)組采用箱裝體結(jié)構(gòu)，分為機(jī)組箱體（燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)、輔助系統(tǒng)設(shè)備等）和燃料箱體（燃油箱和相關(guān)輸油裝置等），通過定制半掛車裝載，由拖車拖動。機(jī)組箱體尺寸約16m×3.3m×4.3m，重約110t；燃料箱體尺寸由機(jī)組無補(bǔ)油的運(yùn)行時限確定。機(jī)組通過專用接口與電廠快速連接。

移動應(yīng)急電源如能完全頂替EDG，對電廠運(yùn)行和安全大有好處，QD128移動應(yīng)急電源（以下簡稱MTG）額定功率11155kWe，完全滿足要求，使用移動柴油發(fā)電機(jī)組并機(jī)滿足大功率使用要求，靈活性不及MTG。MTG使用一臺交流馬達(dá)和液壓啟動裝置啟動機(jī)組，啟動+加載至滿載小于600s，相比移動柴油發(fā)電機(jī)組的啟動時間較長，但相比于機(jī)組運(yùn)輸、電氣和工藝連接等時間是可接受的。MTG可使用輕柴油作為燃料，額定功率油耗約為480g/kW·h，相比柴油機(jī)油耗較高，但MTG配置帶在線補(bǔ)油接口的燃料箱體，滿足連續(xù)運(yùn)行需要。MTG大修間隔≥12000h，移動電源運(yùn)行主要分定期試驗（月度/季度/年度）和緊急運(yùn)行，定期試驗每次運(yùn)行數(shù)小時；緊急情況僅在電廠失去所有電源情況下才會使用。故滿足核電站壽期使用要求。

5.總述

以QD128燃?xì)廨啓C(jī)為例，介紹燃?xì)廨啓C(jī)式移動電源的設(shè)計，從尺寸、功率、啟動、油耗和維護(hù)等方面，分析燃?xì)廨啓C(jī)式移動電源滿足核電站的使用要求，同時在尺寸和功率等方面優(yōu)于柴油機(jī)式移動電源。綜上，燃?xì)廨啓C(jī)式移動電源可為核電站提供靈活、可靠的移動應(yīng)急電力供應(yīng)，可在在建、在運(yùn)核電站推廣使用。