海南昌江核電廠內電源優化分析

趙 龍

（海南核電有限公司 海南昌江）

核電廠既是發電單位也是用電單位，2013年處于建設中期的海南昌江核電的年施工用電量就超過了2500萬千瓦時，而運行投產后兩臺機組的廠用電量最高負荷可達10萬千伏安。核電廠占地面積大、建設周期長、用電分散且多變，例如，某核電項目，廠區占地0.79 km2，建有100多個正式子項，還有分散在全廠各處的機加工車間、倉庫、混凝土攪拌站、辦公和宿舍樓等多個臨建子項。在2年的前期準備、5年的建設周期以及長達40年的設計壽命中，各個臨建子項的用電負荷又是不斷變化的。因此合理的分配和使用廠內電源并對其優化是十分必要的。

一、廠內電源介紹

1.廠用電源

發電機出口的20 kV電源經高壓廠用變壓器引至常規島6 kV廠用電系統（LGA/LGB）與核島6 kV廠用電系統（LGC/LGD），然后引至廠區6 kV用電系統（LGI及LGS/LGT等）以及其他用電系統，為廠區內水泵、鍋爐、風機、空調、行車、照明、通訊、火警和儀控等各種用電設備供電。LGS/LGT還為廠前區與現場服務區提供生活與辦公用電。為保證供電可靠性，廠用電源可通過多個系統來提供，主要有220 kV主電源、220 kV輔助電源、柴油發電機和蓄電池等。

2.施工電源

核電建設需要大量電力，為保證主體工程的建設進度，對施工電源要求較高。如果中斷供電將影響用電單位的正常工作，特別是一些重要部門，可能在經濟上造成較大損失，屬于二級負荷。根據參考電站的建設經驗，施工用電高峰期的負荷將達8000 kV·A，已滿足海南電網規劃原則中“電力二級設備，且報裝容量＞6300 kV·A時，應建專用變電站”的要求。故海南昌江核電新建了35 kV施工變電站（SD）。該電源分別引自35 kV南石變與35 kV昌城變兩處電站，經SD內變壓器降壓至10 kV母線。為保證施工用電的可靠性并考慮施工階段用電量的不確定因素，廠區內施工用電主要采用10 kV簡單手拉手環網供電方式，其中兩段10 kV母線各引出兩回出線為核島施工區、混凝土攪拌站區及施工生活臨建區的10/0.4 kV箱式變壓器供電；另外，由其中一段母線引出兩回出線為生產臨建區、集裝箱辦公區供電，另一段母線引出一回出線為倉庫區供電。

二、廠前區與現場服務區臨時電源優化分析

1.廠前區與現場服務區和廠用電源的制約關系

LGS/LGT各引兩路出線分別共給廠前區與現場服務區的10 kV母線，為8臺變壓器供電。其中廠前區辦公樓10/0.4 kV變電所內有2臺干式變壓器（均為2000 kV·A），現場服務區10/0.4 kV變電所內有6臺干式變壓器（2臺1250 kV·A、2臺1000 kV·A、2臺 630 kV·A）。

廠前區與現場服務區的竣工投運必須保證電源可用，根據廠前區、現場服務區電源和廠用電源的結構可以看出，若使廠前區和現場服務區竣工則需使廠用電源系統先竣工。由于廠區配電站以及常規島、核島、主開關站和輔助開關站等子項的施工邏輯靠后，使LGS/LGT以及其上游的LGI/LGC/LGD等廠用電源系統無法在廠前區與現場服務區竣工前竣工，而造成一種僵局。由于存在各工作內容建設進度的差異，應根據當前環境確定代價最小的臨時方案，以確保工程建設順利進行。

2.廠前區與現場服務區臨時電源方案

廠前區與現場服務區附近的電源有施工電源10 kV混凝土攪拌站回路的18#、19#箱式變壓器，以及核島回路的7#箱式變壓器?；炷翑嚢枵净芈放c核島回路上游10 kV母線開關均為1250 A，電纜均為YJV22-8.7/10 kV 2(3×185)（考慮極端情況：銅芯交聯聚乙烯電纜雙拼平面排列直埋兩端接地，載流量為390×1.7=663 A）， 根據S=√ (3)UIcosφ， 回路最大負載為 9186 kV·A(φ取0.8)?；炷翑嚢枵净芈纷儔浩魅萘繛?800 kV·A，核島回路變壓器容量為5820 kV·A。考慮同時系數0.8，則混凝土攪拌站回路最大負荷為3040 kV·A，核島回路最大負荷為4656 kV·A。

廠前區與現場服務區變壓器總容量為7760 kV·A（留有較大的冗余度）。但由于辦公用電和生活用電基本上是分時進行的，若考慮同時系數為0.6，則總負荷為4656 kV·A。則核島、混凝土攪拌站回路接入廠前區與現場服務區后的最大負荷分別為9312 kV·A、7696 kV·A（ 如表 1）。在實際的運行過程中，發現混凝土攪拌站負荷率一直較低，通過測量，實際最高運行負荷僅為1000 kV·A（設計容量3040 kV·A）。又因核島回路是現場保電的重要用戶，且核島回路至廠前區與現場服務區的電纜通道受后續綜合工藝廊道、廠區室外管線和廠區道路等施工的影響，不利于廠前區與現場服務區電源的安全穩定運行，故選擇混凝土攪拌站回路作為電源接口。

表1 廠前區與現場服務區臨時電源負荷計算

分析廠前區與現場服務區配電設計：廠前區設計兩段10 kV母線，分別設置進線柜1臺、PT柜1臺、計量柜1臺、出線柜1臺；現場服務區設計兩段10 kV母線，分別設置進線柜1臺、PT柜1臺、計量柜1臺、出線柜3臺（兩臺供現有現場服務區子項使用，一臺預留后續發展用地使用）?？紤]廠前區與現場服務區正式電源均為廠用電，屬于內部計量，且上游各級開關均帶有檢測、計量功能，同時根據參考電站經驗，為保證后續發展提供電源接口，要求設計取消計量柜并增設出線柜。

廠前區與現場服務區設計為分段獨立運行，而施工電源混凝土攪拌站回路為簡單手拉手環網供電（SD內兩段10 kV母線僅一端閉合，另一端常開），故應在距現場服務區最近的18#、19#箱進行解環，將現場服務區內兩段10 kV母線接入環網，將現場服務區兩備用出線開關用電纜連接以完成環網，同時將廠前區10 kV進線開關分別接入現場服務區剩余兩備用出線開關，采用這種臨時方案后，目前已安全運行2年。

三、廠用電源優化分析

1.廠用電源向施工電源反向輸電優化方案

隨著昌江核電主電源倒送電的順利實現，廠用電源均已投用，廠前區與現場服務區即恢復正式電源。由于廠前區與現場服務區臨時用電方案已將現場服務區與施工電源混凝土攪拌站回路連通，待昌江核電投產運行后，可以考慮將半永久子項通過此線路改用廠用電源。

（1）方案內容。35 kV施工變電站兩段10 kV母線分別對應一臺10 000 kV·A變壓器（一用一冷備），兩段母線以母線橋連接。由于同時系數較小以及設計冗余度較大的原因，使各回出線的最高負荷均遠低于設計容量，詳細運行統計數據見表2。隨著工程建設不斷深入，大量施工臨時用電將轉為正式電源，因此施工用電負荷將進一步降低。

表2 施工電源實際最高運行負荷統計表

LGS、LGT分別由6 kV母線LGIA、LGIB經過2臺6/10 kV升壓式變壓器供電，其進出線開關均為630 A，根據S=√(3)UIcosφ， 開關最大負載為8730 kV·A(φ取 0.8)。 又由于 LGS、LGT進線變壓器容量均為5000 kV·A，故LGS、LGT回路最大負載均為5000 kV·A。其中除為廠前區、現場服務區供電外，LGS還為 EC1提供 1000 kV·A電源，LGT還為 EM提供 500 kV·A電源。由于廠前區與現場服務區總負荷計算為4656 kV·A，故LGS、LGT分別為廠前區與現場服務區提供2328 kA·V電源，LGS、LGT 分別剩余 1672 kV·A、2172 kV·A 容量。

通過調整各級開關定值參數，將半永久子項切換為廠用電源：將混凝土攪拌站回路中16#、17#、18#箱式變壓器通過現場服務區10 kV一段連接至LGS回路，將19#箱式變壓器通過現場服務區10 kV二段連接至LGT回路，斷開SD內10 kV二段與塘興變2#主變、10 kV一段的連接，通過19#箱式變壓器使35 kV施工變電站10 kV二段母線帶電，將施工生活臨建區回路和倉庫區回路連接至10 kV二段母線上，將剩余的核島回路、生產臨建區回路和集裝箱辦公區回路連接至10 kV一段母線。

（2）經濟性分析。目前海南電網雖然整體缺電，但在海南昌江核電并網運行后將大大超出電網需求，在海底電纜二回反向輸電項目投產之前，海南電網目前要求海南昌江核電在并網后降功率運行，這將降低核電廠的效益。這是因為降功率運行與否，都需要相同的操作費用、相同的設備折舊和相同的核燃料成本。若在上網電量不變的同時提升運行功率、增加廠用電量，可降低施工電源電費成本，增加核電廠綜合效益。

即使海南昌江核電滿功率運行，由于上網電價依然遠低于施工電源的工業用電價，使用廠用電源代替施工電源仍然是經濟的，將來進行二期擴建工程同樣也可以借鑒。據統計，2013年僅施工生活臨建區與攪拌站回路共用電約685萬千瓦時，若運行后改用廠用電源每年可節省410萬元。

2.施工電源為廠用電源提供備用電源優化方案

由于部分子項電源需求較高，故考慮在運行投產后將施工電源作為備用電源。網控樓（TC）是主電源、輔助電源的控制中心，其低壓380 V電源LKT/LKR取自LGR。在LGR失電時將導致TC失電，若不能使LGR及時恢復，將嚴重影響TC的穩定運行，導致“跳機”風險。淡水廠（OF）是現場供水的源頭，其低壓 380 V電源 LKO/LKP取自 LGI（LKO/LKP有母線聯接）。OF是保證廠房水源供給的關鍵環節，在事故情況下也需優先確保其電源。在LKT、LKR和LKO增設進線開關柜，由附近的15#箱式變壓器、倉庫區變電所和22#箱式變壓器各引出一路電纜分別接入LKT、LKR和LKO新增進線開關，作為備用電源。

3.棄土場太陽能光伏發電方案

棄土場占地0.38 km2，年平均太陽總輻射量為5948 MJ/m2·年，可建設裝機容量15 MW的光伏發電項目。在未來可建設1座35 kV開關站，將光伏陣列電源由架空線接入SD，利用已有的35 kV輸電線路向電網供電。從而達到合理利用棄土場，為電網提供綠色能源的效果。

四、結論

在建安階段，施工組織設計中應重點考慮各種臨時方案，保證需提前完成的系統可以調試運行。設計部門應考慮不同階段的用電規律，將半永久子項合理的劃分至廠用電源范圍內，以節約大量電費。對于重要子項和系統，應考慮多路電源，保證核電廠安全運行。應針對不同項目的特點，制定專項方案，合理的利用廠區土地水文資源。