水上移動(dòng)式核電站供電方式研究

張 琪，張 力，胡雙進(jìn)，馬以文

（武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，武漢 430064）

水上移動(dòng)式核電站供電方式研究

張 琪，張 力，胡雙進(jìn)，馬以文

（武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，武漢 430064）

水上可移動(dòng)式核電站的設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)尚屬首次，其電力負(fù)荷的供電方式?jīng)]有現(xiàn)成的可以直接照搬的設(shè)計(jì)方案。本文利用分類供電的思路，將電力負(fù)荷分為三類，根據(jù)負(fù)荷的特征采用不同類別的電源分別供電，同時(shí)采用兩臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)分別對(duì)外供電與對(duì)內(nèi)供電，保證了水上移動(dòng)式核電站的供電可靠性和連續(xù)性。

水上移動(dòng)核電站 負(fù)荷 供電 電源

0 引言

隨著海上電力需求的不斷增加，水上移動(dòng)式核電站已經(jīng)逐漸成為一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，而電力負(fù)荷的供電方式是水上移動(dòng)式核電站中一個(gè)十分重要的組成部分。水上可移動(dòng)式核電站的設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)尚屬首次，其對(duì)內(nèi)配電和對(duì)外供電方式?jīng)]有可以直接照搬的方案。

由于陸上核電站都有至少兩路廠外電源，外電網(wǎng)容量近似于無(wú)窮大，并且還有足夠大的空間配置以及足夠數(shù)量的柴油發(fā)電機(jī)組和蓄電池組作為廠內(nèi)電源，因此，核電廠廠用電系統(tǒng)能夠確保反應(yīng)堆安全。而水上可移動(dòng)式核電站海上“孤島”運(yùn)行，無(wú)外接電源可用，并且水上移動(dòng)式核電站的運(yùn)行工況眾多，其電力負(fù)荷既具有陸上核電站負(fù)荷性質(zhì)又有船舶負(fù)荷性質(zhì)，不能直接采用陸上核電站的供電方式。因此，設(shè)計(jì)一種安全可靠的內(nèi)外電網(wǎng)供配電方式來(lái)滿足水上可移動(dòng)式核電站的實(shí)際要求是十分必要的。

1 電力負(fù)荷分類

水上移動(dòng)式核電站不僅要對(duì)海上用戶提供電能，同時(shí)要為核電站的重要系統(tǒng)提供動(dòng)力、控制和監(jiān)視電源。水上移動(dòng)式核電站廠用電的正常運(yùn)行是核電站安全環(huán)境和電力生產(chǎn)持續(xù)的保障。根據(jù)核安全和電站安全的要求，將水上移動(dòng)式核電站廠用電交流電力負(fù)荷分為以下幾類：

1）正常負(fù)荷：這些負(fù)荷是核電站正常運(yùn)行時(shí)所需要的，由工作電源供電，當(dāng)核電機(jī)組停運(yùn)后，這些負(fù)荷均可停止供電。

2）應(yīng)急負(fù)荷：這些負(fù)荷在核電機(jī)組正常時(shí)需要工作，且在停運(yùn)過(guò)程及停運(yùn)期間還需要工作，這些負(fù)荷正常時(shí)由工作電源供電，但工作電源故障時(shí)，經(jīng)電源自動(dòng)切換，能由應(yīng)急電源供電。

3）核1E級(jí)不間斷負(fù)荷：這些負(fù)荷是保障核安全和電站安全所必須的，在應(yīng)急停堆期間需要工作，且需要保證不間斷供電，當(dāng)工作電源和備用電源都失去時(shí)，由交流不間斷電源系統(tǒng)（UPS系統(tǒng)）供電。

2 供電方案

2.1 電源系統(tǒng)組成

為了保證供電的連續(xù)性，水上可移動(dòng)式核電站采用雙堆設(shè)計(jì)，設(shè)備都正常工作時(shí)兩個(gè)反應(yīng)堆相互獨(dú)立。為了使水上可移動(dòng)式核電站對(duì)外供電與自用電相互獨(dú)立，每個(gè)反應(yīng)堆配置一臺(tái)主汽輪發(fā)電機(jī)組和一臺(tái)輔汽輪發(fā)電機(jī)組。同時(shí)每個(gè)反應(yīng)堆都配置了應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)和蓄電池組來(lái)保證應(yīng)急負(fù)荷和核 1E級(jí)不間斷負(fù)荷的供電。并為兩個(gè)反應(yīng)堆配置一臺(tái)中壓柴油發(fā)電機(jī)作為公用的備用電源。以上配置方案組成了水上可移動(dòng)式核電站的電源系統(tǒng)。

圖1 水上移動(dòng)式核電站配電方案

2.2 配電方案

主汽輪發(fā)電機(jī)組在核動(dòng)力裝置正常的情況下對(duì)外供電，輔汽輪發(fā)電機(jī)組在核動(dòng)力裝置正常情況下對(duì)水上可移動(dòng)式核電站內(nèi)部自用電設(shè)備供電。中壓柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源，在輔汽輪發(fā)電機(jī)故障時(shí)對(duì)水上可移動(dòng)式核電站內(nèi)部用電設(shè)備供電。應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)在應(yīng)急工況下對(duì)應(yīng)急負(fù)荷供電，用來(lái)保障反應(yīng)堆及重要設(shè)備和人員安全。在應(yīng)急工況下，蓄電池組作為過(guò)渡電源，通過(guò)UPS對(duì)核1E級(jí)不間斷負(fù)荷供電，等應(yīng)急柴油機(jī)啟動(dòng)并具備帶載能力后，由應(yīng)急柴油機(jī)替代蓄電池組供電。水上移動(dòng)式核電站的配電方案示意圖如圖1所示。

如圖1所示，為了實(shí)現(xiàn)分類供電方式，分別將正常負(fù)荷布置在主配電板上，應(yīng)急負(fù)荷布置在應(yīng)急配電板上，核1E級(jí)不間斷負(fù)荷布置在UPS電源系統(tǒng)后。正常供電負(fù)荷由工作電源供電；應(yīng)急負(fù)荷由工作電源和應(yīng)急電源兩路電源供電；核1E級(jí)不間斷負(fù)荷除由工作電源和應(yīng)急電源供電外，還帶有不間斷電源供電。

本文所提供的該供電方式中，兩臺(tái)主汽輪發(fā)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，其中任意一臺(tái)故障都不會(huì)影響另外一臺(tái)對(duì)用戶側(cè)的供電。兩臺(tái)輔汽輪發(fā)電機(jī)也獨(dú)立運(yùn)行，其中任意一臺(tái)故障都不會(huì)影響另外一臺(tái)對(duì)水上移動(dòng)式核電站內(nèi)部的供電。且一臺(tái)輔助汽輪發(fā)電機(jī)功率能滿足水上可移動(dòng)式核電站全部的用電需求，并且還留有足夠的余量。

3 運(yùn)行方式分析

反應(yīng)堆啟堆時(shí)，由中壓備用柴油發(fā)電機(jī)供電，此時(shí)閉合斷路器QF9和斷路器QF2或斷路器QF6，應(yīng)急柴油機(jī)處于備用狀態(tài)。

兩個(gè)反應(yīng)堆及輔汽輪發(fā)電機(jī)均正常時(shí)，兩臺(tái)主汽輪發(fā)電機(jī)對(duì)外供電，兩臺(tái)輔汽輪發(fā)電機(jī)對(duì)水上移動(dòng)式核電站全部站用負(fù)荷進(jìn)行供電，且都是相互獨(dú)立運(yùn)行。此時(shí)僅斷路器 QF3和 QF7處于閉合狀態(tài)，其余斷路器均處于斷開(kāi)狀態(tài)，中壓備用柴油發(fā)電機(jī)和應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)均處于備用狀態(tài)。當(dāng)其中一臺(tái)輔汽輪發(fā)電機(jī)故障時(shí)，失去正常工作電源時(shí)，先由UPS電源系統(tǒng)對(duì)該反應(yīng)堆對(duì)應(yīng)的核1E級(jí)不間斷應(yīng)急設(shè)備進(jìn)行不間斷供電，斷路器QF2和QF6閉合后，由另一臺(tái)輔汽輪發(fā)電機(jī)對(duì)平臺(tái)所有設(shè)備進(jìn)行供電。

只有一個(gè)反應(yīng)堆正常工作時(shí)，閉合斷路器QF2、QF3、QF6和 QF7，由該反應(yīng)堆對(duì)應(yīng)的輔汽輪發(fā)電機(jī)對(duì)移動(dòng)平臺(tái)所有用電設(shè)備供電。如果此時(shí)輔汽輪發(fā)電機(jī)故障，先由UPS電源系統(tǒng)對(duì)該反應(yīng)堆對(duì)應(yīng)的核 1E級(jí)不間斷應(yīng)急設(shè)備進(jìn)行不間斷供電，待中壓備用柴油發(fā)電機(jī)起動(dòng)并具備待載條件后，閉合斷路器QF2、QF6和QF9，由備用柴油發(fā)電機(jī)對(duì)平臺(tái)所有用電設(shè)備供電。

兩臺(tái)輔汽輪發(fā)電機(jī)均不工作時(shí)，閉合斷路器QF2、QF3、QF6、QF7和QF9，由中壓備用柴油發(fā)電機(jī)對(duì)水上可移動(dòng)式核電站內(nèi)部供電，備用柴油發(fā)電機(jī)容量能夠滿足反應(yīng)堆正常停堆及正常工作和移動(dòng)平臺(tái)生活的用電需求。

當(dāng)出現(xiàn)應(yīng)急情況正常工作電源突然斷電時(shí)，由UPS電源系統(tǒng)對(duì)核1E級(jí)不間斷應(yīng)急負(fù)荷進(jìn)行不間斷供電，待低壓應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)起動(dòng)并具備帶載條件后，閉合斷路器QF4和QF8，由應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)保障水上可移動(dòng)式核電站應(yīng)急電站不失去電能。

需要應(yīng)急停堆時(shí)，起動(dòng)應(yīng)急停堆側(cè)的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，此時(shí)斷路器QF2、QF6和QF9均處于開(kāi)斷狀態(tài)，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)容量能夠滿足單堆應(yīng)急停堆及其它應(yīng)急設(shè)備用電需求。

該供電方案中所有柴油發(fā)電機(jī)和蓄電池組分開(kāi)布置，保證在單一故障下，水上可移動(dòng)式核電站不失去全部的應(yīng)急電源。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提供了一種水上移動(dòng)式核電站的供電方式，將柴油發(fā)電機(jī)、UPS電源系統(tǒng)與核電發(fā)電機(jī)組配合使用，對(duì)不同的負(fù)荷分別采用不同的供電方式，實(shí)現(xiàn)了工作電源失電情況下，應(yīng)急負(fù)荷的供電可靠性，也保障了工作電源、應(yīng)急電源均失電情況下電站的核安全負(fù)荷連續(xù)可靠運(yùn)行。同時(shí)采用兩臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)使得對(duì)外供電與自用電系統(tǒng)相互獨(dú)立，一端故障不會(huì)對(duì)另外一端電網(wǎng)造成影響，形成了對(duì)外用戶正常供電、水上可移動(dòng)式核電站正常自用電相互獨(dú)立的供電網(wǎng)絡(luò)，彼此互不干擾。該供電方式能夠較大的提高供電品質(zhì)以及保障核動(dòng)力裝置的安全，保證了水上移動(dòng)式核電站的供電連續(xù)性、安全性及可靠性。

[1]楊智慧, 張濤. 核電廠廠用電供電方式改進(jìn)分析[J].核科學(xué)與工程, 2012(12), 32, 24-30.

[2]龐科旺. 船舶電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2010, 5.

Research on Power Supplying Mode of Overwater Floating Nuclear Power Plant

Zhang Qi, Zhang Li, Hu Shuangjin, Ma Yiwen
（Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430064, China）

The design of overwater floating nuclear power plant is the first time in our country, there is no existing design scheme of power supplying mode to copy for project application. In this paper the power sources are divided into three types by classification. It provides different ways of power supplying respectively with different power sources according to characteristics of load. At the same time it adopts two sets of steam turbine generators to provide external and internal power. This method ensures the reliability and continuity of power supplying of floating nuclear power plant.

overwater floating nuclear power plant; load; power supply; power source

TM918

A

1003-4862（2017）10-0053-03

2017-08-07

張琪（1992-），女，工程師。研究方向：船舶電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)。E-mail: 443544615@qq.com