关于我国M310及其改进型核电机组的应急柴油发电机抗震性能不足问题的分析

许友龙，刘 莞，郑丽馨

（生态环境部核与辐射安全中心，北京 100082）

应急柴油发电机对于核电机组的安全至关重要，在核电厂厂用电源与辅助电源都发生故障不可用时启动，以保证反应堆安全停堆并防止关键设备损坏。因此，根据核安全相关法规规定，应急柴油发电机的抗震等级为抗震Ⅰ类。对于应急柴油机必须进行抗震鉴定，以确保其在地震作用时及地震作用后均能履行其安全功能。但是法国与我国M310及其改进型机组的运行经验告诉我们：M310及其改进型机组的应急柴油机都属于安装在支撑块上的应急柴油机，由于安装缺陷，其辅助的油、水、气、电等管线与周围的固定结构距离很近（如图1所示），在地震工况下的位移量将会超出柴油机抗震相关标准限值，可能会导致一些管线与周边构筑物发生碰磨，影响柴油机的可用性，因此柴油机的抗震性能存在不足。

图1 应急柴油机与周边构筑物位置示意图Fig.1 Location diagram of emergency diesel and surrounding structures

本文将浅析当前这一问题给机组带来的风险与后果，并提出建议。

1 法国多座核电厂应急柴油机部分管道与周围构筑物结构距离过近

1.1 事件信息

1.1.1 事件描述

2018年10月，法国Tricastin核电厂发现应急柴油机的一些油、水、气等管道与周围的固定结构距离很近，在地震发生时，可能导致应急柴油机发电机组发生故障而失效。随后发现Civaux、Gravelines和Paluel等多个核电厂应急柴油机存在类似问题。根据一台机组可能存在的应急柴油机失效数量（一列或两列），ASN评定这些事件为INES 1级或2级核安全事件［1，2］。

1.1.2 事件后果与原因分析

应急柴油发电机组油、水、气、电等管线与周围的固定结构距离很近，在地震发生时，会加剧移动部位和固定部位间的位移偏差，移动管线可能会与土建、支撑件、固定管线等固定结构发生碰磨，管线、结构有可能破裂或折断，导致应急柴油发电机组发生故障而失效。

事件原因包括以下两个方面：其一，工程建造阶段对振动水平高且复杂、结构紧凑的应急柴油发电机组本体与辅助设施之间的抗震距离及连接细节的设计欠缺明确标准，施工控制不严苛；其二，生产改造过程在应急柴油发电机组抗震距离及连接的要求方面欠缺标准依据及认识。

1.1.3 法国方面的纠正行动

法国EDF采取的纠正行动包括：取消管路支架以增加管路灵活挠度；打磨非功能部件以增加抗震距离；扩大地板格栅周围的空间；弯曲小直径管道进行管道重塑形［3］。

1.2 我国核安全监管的经验反馈

国家核安全局在收到生态环境部核与辐射安全中心关于该事件的相关研究报告后，于2020年7月7日向有关单位发布了《关于法国部分核电厂应急柴油发电机组抗震性能不足问题经验反馈的函》（国核安函［2020］59号），要求各核电厂结合此事件尽快开展相关经验反馈，全面排查核电厂应急柴油发电机组是否存在类似缺陷，并及时将排查结果和处理情况反馈给国家核安全局。

各核电厂均按照国家核安全局的要求开展了排查行动，相关问题以及改进方案均已通报国家核安全局。部分核电厂排查发现的应急柴油机抗震性能不足问题的汇总情况以及改进计划如下。

2 我国M310及其改进型机组应急柴油机抗震性能不足问题

2.1 广核集团排查情况汇总

目前，广核集团的M310及其改进型核电机组的应急柴油机都存在抗震性能不足问题。

存在的主要问题包括：

（1）管线与构筑物或周围设备距离过近；启动空气管与地板之间、超速空气管与地板之间、加热器及其接线盒与管道之间、主冷却水管与地板垂直距离、主冷却水管穿过地板孔位置与孔边缘的距离；

（2）电缆槽架两端跨越抗震边界固定；

（3）柴油机端部与地板普遍存在间隙过小的情况；

（4）有关位置盖板边缘与地板间隙过小。

下面以阳江核电厂为例，介绍相关情况，见表1。

表1 阳江核电厂2号机组应急柴油机抗震问题Table 1 Seismic problem of emergency diesel engine in unit 2 of yangjiang nuclear power plant

阳江核电厂的柴油机为MTU厂家生产的柴油机。其位移量的标准为MTU20V956:以SSE横波最大位移，叠加柴油机满载运行的位移作为柴油机与周围固定件间距离排查的最小标准。即，轴向位移不大于11.571 mm；径向位移不大于25.412 mm；竖直位移不大于17.57 mm。

最终的排查结果显示：

（1）208FL上游管道与转速齿轮壳体间隙不足（径向＜11.04 mm），出现这种情况的共有9台机：0LHS、2LHP、2LHQ、3LHQ、4LHP、5LHP、5LHQ、6LHP、6LHQ；

（2）219FL上游管道与润滑油预供管道间隙不足（径向＜11.04 mm），出现这种情况的共有11台 机：0LHS、1LHQ、2LHP、2LHQ、3LHP、3LHQ、4LHP、4LHQ、5LHP、5LHQ、6LHQ；

（3）6.6 kV出口线缆支架与公共底座（电机侧）间隙不足（径向＜11.04 mm）；4LHP碰磨；

（4）机载压力传感器箱与线缆桥架间隙不足（竖直＜-5.02）；6LHP-5.0 mm。

（5）A列自由端底座端面传感器支撑板与水泥座台间隙不足（竖直＜17.57 mm）；5LHR17 mm。

计划采取的解决方案包括：

（1）修改柴油机低温冷却水进口管道；（2）尝试将润滑油预供管道热矫形；（3）切割支架支撑槽钢；（4）修改压力传感器箱下部的线缆桥架位置；（5）切割传感器支撑板。

从已有的排查反馈情况来看，阳江核电厂存在问题较为严重：除1号机组外的其他机组都存在两台应急柴油发电机同时不满足抗震要求的现象，且有的位置间距为0，在发生轻微地震的情况下即有可能导致应急柴油发电机失效，更不用说发生更加严重的历史最大可能地震（MHPE）和安全停堆地震（SSE）的情况。

2.2 海南昌江核电厂

海南核电厂1、2号机组的柴油机与发电机共同落座在公共底座上，并在公共底座与混凝土地基之间设置隔震器，进行减震，属于弹性垫悬挂安装方式。

根据排查结果，测量应急柴油发电机组本体抗震基座与周边构筑物、支撑件或固定管线间距，测量应急柴油发电机组本体上管线与周边构筑物、支撑件或固定管线间距，核查应急柴油发电机组本体上管线与附属系统固定管线间连接方式等总体满足抗震排查要求，但存在如下问题：1LHP、2LHP、2LHQL-281-15管线（超速保护空气进机管）与公共底座上安装的103SP（燃油进机压力传感器）及其安装板有碰撞风险（如图2所示），部分软管安装间距不当，无法有效吸收地震工况下位移量。因此，在地震情况下，无法保证应急柴油机的可用性。2LHQ153EL启动空气进气管软管长度不合适（如图3所示），无法有效吸收地震工况下位移量。

图2 2LHP机组L-281-15管线（超速保护空气进机管）与103SP位置关系图Fig.2 2LHP L-281-15 pipeline（overspeed protection air inlet pipe）and 103SP position diagram

图3 2LHQ153EL启动空气进气管位置示意图Fig.3 Diagram of the position of the 2LHQ153EL starting air intake pipe

2.3 针对上述问题及其根本原因所应采取的对策

第一方面，应当尽快协调与明确应急柴油发电机组本体与周围设施之间的抗震距离及连接细节方面的排查反馈参考标准；同时，立即取消管线跨隔震边界的固定点并重新固定；尽快采取管道移位或是弯管处理、切割间隙小的楼板及缝隙挡板、进行强度校核后调整支撑梁、清理振动边界缝隙中杂物等措施；如果不能立即处理，需要进行管道及设备强度评估，或是进行设备改造。

第二方面，在设计制造阶段，明确应急柴油发电机组本体与周围设施之间的抗震距离及连接细节方面的设计标准；在施工安装阶段，提高对核电站应急柴油发电机组的重视和资源投入，主动督促上游完善相关标准规范并严格按其进行施工安装过程的质量控制。加强对新建机组的应急柴油机安装质量验收与评估。

第三方面，除保守地避免地震条件下动静设施碰磨的可能外，还应考虑动、静管线之间的软连接（尤其是单拱膨胀节）自身许可的位移偏差，是否满足地震条件下其自身扭曲变形的极限要求，可使用两只膨胀节串联安装、波纹管式膨胀节等方式增强软连接抗扭曲特性；同时，将此问题经验反馈至没有抗震要求的常规岛应急柴油机管路连接，同步进行规范性检查及偏差调整，整体提高核电厂柴油机的抗震性能。

3 我国相关法规、导则要求

3.1 运行事件上报

针对我国二代改进型机组，应急柴油发电机用于缓解《最终安全分析报告》中所述预计运行事件和设计基准事故的后果。此次排查发现的两列应急柴油发电机同时存在抗震性能不满足要求的情况（如阳江核电厂2、3、4、5、6号机组），满足《核动力厂营运单位核安全报告规定》（部令13号）第二十二条（七）“任何可能妨碍构筑物或者系统实现停堆和保持安全停堆状态、排出堆芯余热、控制放射性物质释放、缓解事故后果等安全功能的事件或者状况”，以及（八）“同一原因或者状况导致具有停堆和保持安全停堆状态、排出堆芯余热、控制放射性物质释放、缓解事故后果等安全功能的系统的系列或者通道同时失效的事件”的要求，均应当上报运行事件。

3.2 事件定级

在前文反馈的法国事件中，因为多台机组可能在历史最大可能地震（MHPE）和安全停堆地震（SSE）工况下应急柴油机组发生失效，所以事件也被定为INES 2级。

针对我国核电机组两列应急柴油发电机同时存在抗震性能不满足要求的情况，依据《国际核与辐射事件分级手册》（NNSA-HAJ-0001—2020）［4］，从人和环境、设施的放射性屏障和控制、纵深防御三个方面对事件等级进行评定。针对纵深防御方面，采用动力堆功率运行事件的“始发事件法”进行定级，具体见表2。

表2 事件定级表Table 2 Event INES Scale Table

4 当前柴油机抗震性能不足所带来的风险

当发生SSE地震时，以阳江核电厂的机组来看，由于同样的原因，将导致在地震情况下一台机组的2台应急柴油发电机因其辅助系统的相关管线与周边构筑物碰磨，从而2台应急柴油机同时不可用，如果在这样的条件下，丧失厂外电与辅助电源，那么将会进一步发生SBO，即全场断电事故。

在国家核安全局经验反馈网络信息平台中，利用SDP风险重要度分析软件计算假象的地震工况，假设一台机组的2台应急柴油发电机同时不可用，即存在真实的始发事件，其他设备没有故障，机组功率运行，在没有人员失误的情况下，同时假设小于3天的暴露时间，那么该假想事件对堆芯融化的风险影响的量级为10-6，如图4所示。因此，按照国际原子能机构对先兆事件的定义，即堆芯损坏概率增量大于等于10-6（ΔCDP≥10-6）为先兆事件［5］，此假想事件对于机组的安全有着重要影响。

图4 两列应急柴油机因地震同时失效SDP计算结果图Fig.4 Figure of SDP calculation results of simultaneous failure of two emergency diesel engines due to earthquake

5 结论

（1）针对M310及其改进型机组的两列应急柴油发电机同时存在抗震性能不满足要求的情况（如阳江核电厂2、3、4、5、6号机组），满足《核动力厂营运单位核安全报告规定》（部令13号）［6］第二十二条（七）“任何可能妨碍构筑物或者系统实现停堆和保持安全停堆状态、排出堆芯余热、控制放射性物质释放、缓解事故后果等安全功能的事件或者状况”，以及（八）“同一原因或者状况导致具有停堆和保持安全停堆状态、排出堆芯余热、控制放射性物质释放、缓解事故后果等安全功能的系统的系列或者通道同时失效的事件”的要求，均应当上报运行事件。

（2）为了切实解决问题、确保经验反馈工作取得实效，国家核安全局应当组建专项检查组，对核电厂应急柴油机现场安装与设计标准不一致导致抗震性能不足的问题开展专项检查活动。针对此问题，国家核安全局应当进行现场勘查，核实各电厂的上报情况，听取相关核电厂的情况汇报，通过广泛的讨论与调研制定通用技术要求，以国家核安全局管理要求的形式发送至各核电厂，并要求其执行。对各核电厂制定的纠正行动或整改方案，国家核安全局应当评估纠正行动的可行性和实施计划的适宜性，并开展落实情况跟踪核查。此外，国家核安全局可定期召开会议对专项检查情况进行通报，同时分享良好经验，以期提升核电厂运行安全水平。

（3）此问题反映出我国M310及其改进型机组在设计、安装、调试期间存在着一定安全缺陷，应当对标法国参考机组，梳理相关抗震缺陷项，排查风险隐患，及时采取措施，保证机组安全稳定运行。