海洋核動力平臺不間斷電源設計概要

王艷婷，劉宙鋒

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海洋核動力平臺不間斷電源設計概要

王艷婷，劉宙鋒

（武漢第二船舶設計研究所，湖北 武漢 430064）

綜合考慮核電的高可靠性要求以及船舶的孤島運行要求，本文對海洋核動力平臺不間斷電源的設計要點進行了概況總結，對海洋核動力平臺不間斷電源設計標準的制定有著重大的意義。

海洋核動力平臺 不間斷電源

0 引言

海洋核動力平臺是船舶工程與核能工程的有機結合的整體，在國內外尚屬首次應用。海洋核動力平臺既要滿足核電站的高可靠性要求，也要考慮到船舶孤島運行的實際情況，而且在經濟性指標的要求下，對于海洋核動力平臺電力系統，尤其是造價成本較高的不間斷電源有著非常高的設計要求。因此，針對海洋核動力平臺的不間斷電源設計標準的制定有著重要的意義。

1 不間斷電源的設計要點

不間斷電源是在發電機組（包括汽輪發電機組、柴油發電機組等）故障的情況下，臨時為船舶提供不間斷直流電源和交流電源的電源裝置。

海洋核動力平臺不間斷電源的設計，應充分兼顧核電站的設計要求以及海上船舶入級的要求，嚴格遵守相關法規與標準?，F就海洋核動力平臺不間斷電源設計要點論述如下。

1）考慮到應急發電機的啟動時間，應急電力系統必須配置過渡電源[1,2]。在主電力系統失電的情況下，應急電力系統首先由過渡電源（例如蓄電池組）自動向應急電網不間斷提供電能，待應急發電機啟動成功并具備帶載能力后，替代過渡電源向應急電網連續供電。

2）UPS系統必須能對核電廠重要負荷提供可靠的、經過穩壓和濾波的不間斷電源[3,4]。

3）除設有自動起動應急發電機的貨船外，當應急電源為應急發電機時，還應設置蓄電池組作為臨時應急電源[5,6]。

4）船舶在海上時，應始終可獲得足夠的電源供無線電裝置工作，并對作為無線電裝置的1個或多個備用電源組成部分的蓄電池進行充電[6]。

2 不間斷電源的組成

圖1 海洋核動力平臺不間斷電源分類

由于過渡電源的供電對象分為1E級和N1E級兩種，而1E級設備必須由1E級不間斷電源供電，考慮到1E級不間斷電源成本遠遠高于N1E級不間斷電源，因此，將海洋核動力平臺的不間斷電源分為1E級不間斷電源和N1E級不間斷電源。圖1為海洋核動力平臺不間斷電源的分類圖。

2.1 1E級不間斷電源

1E級不間斷電源由1E級UPS和1E級蓄電池組構成，是平臺最重要的設備，為不允許斷電的1E級設備（如反應堆冷卻劑泵）供電，以確保在應急柴油發電機起動前，平臺不會因短時斷電而引發核安全事故[3,4]。

2.1.1 1E級不間斷電源的供電方式

1E級不間斷電源采用在線型UPS供電方式，并帶有旁路和轉換開關，在UPS主路正常工作時，交流電網通過UPS充電器和逆變器為負荷供電。當UPS主路故障的情況下，可以自動切換到旁路工作，此時，交流電網通過UPS旁路為負荷供電。在交流電網故障的情況下，蓄電池組通過逆變器為負荷供電。如圖2所示：

圖2 海洋核動力平臺1E級不間斷電源供電流程圖

2.2 N1E級不間斷電源

結合船級社及SOLAS要求，將海洋核動力平臺的N1E級不間斷電源分為普通非核級不間斷電源、臨時應急電源、無線電專用電源。如圖3所示。

圖3 海洋核動力平臺N1E級不間斷電源分類

2.2.1普通非核級不間斷電源

普通非核級不間斷電源由N1E級UPS和N1E級蓄電池組構成，主要為斷電可能造成較大經濟損失（一般與安全無關）的N1E級設備供電，以確保在備用電源起動前，海洋核動力平臺不會因短時斷電而造成重大經濟損失。普通非核級不間斷電源沒有布置要求。

由于普通非核級不間斷電源對于供電連續性的要求低于1E級不間斷電源，因此基于經濟性的考慮，普通非核級不間斷供電方式采用相對效率較高的后備型UPS供電方式，并帶有旁路和轉換開關，正常情況下，交流電網直接通過旁路為負荷供電。在交流電網故障的情況下，可以自動切換到主路工作，此時，蓄電池組通過逆變器為負荷供電。流程圖和1E級不間斷電源供電的流程圖類似，參見圖2。

2.2.2臨時應急電源

臨時應急電源由充電器和24 V蓄電池組構成，為船舶必要的安全設備供電[5,6]。臨時應急電源的供電范圍，應充分考慮船級社和海事局的要求，嚴格遵守相關法規與標準。臨時應急電源必須布置在最高一層連續甲板以上。

臨時應急電源的負荷為直流24 V負荷，正常情況下，交流電網通過充電器為負荷供電，同時為蓄電池組充電。在交流電網故障的情況下，蓄電池組為負荷供電。如圖4所示：

圖4 海洋核動力平臺臨時應急電源供電流程圖

2.2.3無線電專用電源

無線電專用電源由充電器和24 V蓄電池組構成，便于遇險和安全通信[6]。臨時應急電源的供電范圍，應充分考慮SOLAS的要求，嚴格遵守相關法規與標準。無線電專用電源必須布置在最高一層連續甲板以上[5,6]。

無線電專用電源供電方式與臨時應急電源的供電方式基本相同，負荷為直流24 V負荷，正常情況下，交流電網通過充電器為負荷供電，同時為蓄電池組充電。在交流電網故障的情況下，蓄電池組為負荷供電，專用電源供電流程圖與應急電源的類似，參見圖4。

3 結論

海洋核動力平臺對于中國核動力船舶的發展意義至關重要，本文對于海洋核動力平臺的不間斷電源的設計提出了幾種分類方法和設計方向。海洋核動力平臺不間斷電源系統的安全性、可靠性以及經濟性都是需要重點考慮的問題，應充分考慮孤島運行下的高安全可靠性要求，兼顧核電和海事領域的雙重特點，同時要制定新的標準規范。

[1] 屈玉鑫, 萬安太. 核商船安全規范[S]. 第五章第二部分, 1981.

[2] 張力, 劉宙鋒等. 海洋核動力平臺電力系統設計概要[J]. 船電技術, 2017(11).

[3] 中國核工業總公司. 核電廠不間斷電源的應用與試驗: EJ/T1038-1996[S]. 1996.

[4] 中國國家能源局. 核電廠不間斷電源系統蓄電池組: NB/T20062-2012[S]. 2012.

[5] 中國船級社. 鋼質海船入級規范[S]. 2014.

[6] 國際海事組織. 國際海上人命安全公約[S]. 北京: 人民交通出版社, 2009.

UPS Design Summary of Marine Nuclear Power Platform

Wang Yanting, Liu Zhoufeng

(Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan, 430064)

TN862

A

1003-4862（2018）10-0041-02

2018-05-07

王艷婷(1986-)，女，工程師。研究方向：電氣工程及其自動化。E-mail: wangyanting2007@163.com