CPR1000機(jī)組應(yīng)急電源接入方式優(yōu)化

吳蘇敏

(中廣核研究院有限公司，廣東 深圳 518120)

0 引言

可靠的交流電源系統(tǒng)是保證壓水堆核電廠安全運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，CPR1000 機(jī)組設(shè)有多重交流電源。福島核事故表明極端外部事件能夠?qū)е潞穗姀S長(zhǎng)期喪失交流電源并喪失最終熱阱，從而可能導(dǎo)致核電廠的堆芯、安全殼喪失冷卻，造成大量放射性物質(zhì)向環(huán)境釋放的后果。福島事故后，各國(guó)政府均對(duì)本國(guó)核電廠的安全狀態(tài)進(jìn)行復(fù)核，并提出了多項(xiàng)改進(jìn)措施，其中重要的一項(xiàng)改進(jìn)要求為“增加必要措施以增強(qiáng)核電廠應(yīng)對(duì)全廠斷電的能力”。

某CPR1000 核電廠為提升應(yīng)急供電可靠性，在原有交流電源配置基礎(chǔ)上，計(jì)劃再新增1 臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組。

1 原有電源配置及接線

除汽輪發(fā)電機(jī)組外，該電廠主要交流電源包括以下幾種。

(1) 廠外主電源。源自外部500 kV 電網(wǎng)。

(2) 廠外輔助電源。源自外部220 kV 電網(wǎng)。

(3) 廠內(nèi)應(yīng)急電源。源自每臺(tái)機(jī)組設(shè)置的2 臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組(emergency diesel generator，EDG)。

(4) 其他電源。源自廠址附加柴油機(jī)(又稱第5臺(tái)柴油機(jī))、移動(dòng)柴油機(jī)、LLS 柴油機(jī)等。

因移動(dòng)柴油機(jī)和LLS 柴油機(jī)容量較小，在此不展開討論。該電廠的廠外主電源和廠外輔助電源通過廠用變壓器為電廠中壓母線供電，EDG 和第5臺(tái)柴油機(jī)直接為應(yīng)急安全母線供電。

該電廠擁有2 臺(tái)核電機(jī)組，其應(yīng)急電源中壓接入方式中，1LHP, 1LHQ 為1 號(hào)機(jī)組配置的2臺(tái)EDG，2LHP, 2LHQ 為2 號(hào)機(jī)組 配 置 的2 臺(tái)EDG，0LHS 為 第5 臺(tái) 柴 油 機(jī)。1LHP, 1LHQ,2LHP 和2LHQ 分別接入應(yīng)急母線1LHA, 1LHB,2LHA 和2LHB 為相關(guān)設(shè)備供電。

該應(yīng)急電源中壓接入方式中，當(dāng)EDG 失效時(shí)，0LHS 可通過中壓母線0LHT 和9LHT 接入廠用中壓系統(tǒng)，為1LHA, 1LHB, 2LHA 和2LHB 母線供電，如圖1 所示。

圖1 應(yīng)急電源中壓接入方式

2 新增應(yīng)急電源初步接入方案

2.1 初步方案描述

目前，該電廠EDG 存在設(shè)備故障率高、失效風(fēng)險(xiǎn)大、檢修安排不靈活等問題；此外，第5 臺(tái)柴油機(jī)為廠址共用，無法滿足多機(jī)組同時(shí)發(fā)生全廠失電時(shí)的電源容量需求，且接入時(shí)間無法滿足要求。為此，電廠計(jì)劃在原有柴油發(fā)電機(jī)配置的基礎(chǔ)上再增設(shè)1 臺(tái)應(yīng)急柴油機(jī)，如圖2 所示。

圖2 原有接線方式下新增柴油機(jī)的接入

新增柴油機(jī)將作為原有EDG 整體換型改造期間的替代電源，并以此緩解超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的外部水淹災(zāi)害下EDG 全部失效時(shí)可能帶來的嚴(yán)重后果，從而提升電廠應(yīng)急電源供電可靠性。

新增柴油機(jī)的建設(shè)不低于電廠原有EDG 的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，因此有望在機(jī)組需要時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)原有EDG的長(zhǎng)期完全頂替，日常運(yùn)維期間則作為離線備用設(shè)備或EDG管理，原有的第5臺(tái)柴油機(jī)功能保持不變。為實(shí)現(xiàn)新增柴油機(jī)對(duì)原有EDG 的完全替代，新增柴油機(jī)需從9LHT 母線接入。

2.2 初步方案分析

初步接入方案利用了電廠原有的9LHT 配電盤，具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1) 可實(shí)現(xiàn)新增柴油機(jī)“1 對(duì)N”替代功能，即1 臺(tái)新增柴油機(jī)可對(duì)電廠4 臺(tái)EDG 中的任意1臺(tái)進(jìn)行替代。

(2) 保持原有9LHT 母線處的手車設(shè)計(jì)，即在9LHT 母線上增加1 個(gè)中壓進(jìn)線間隔，通過推入手車實(shí)現(xiàn)線路接通；同一時(shí)期9LHT 上最多僅2 臺(tái)手車可供使用，通過手動(dòng)接入可有效防止各路應(yīng)急電源發(fā)生非同期并列。

但是，該初步接入方案也存在不足，新增柴油機(jī)與第5 臺(tái)柴油機(jī)的接入可能存在相互干擾。如新增柴油機(jī)替代1LHP 時(shí)，通過9LHT 母線為1LHA 母線供電，9LHT 母線帶電運(yùn)行。此時(shí)，若2LHP, 2LHQ 失效，由于9LHT 母線被占用，為防止2 路電源非同期并列，第5 臺(tái)柴油機(jī)不可接入，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)2LHP, 2LHQ 的替代。為此，需對(duì)初步接入方案進(jìn)行優(yōu)化。

3 接入方案優(yōu)化

3.1 接入方案

在原有9LHT 配電盤基礎(chǔ)上進(jìn)行方案優(yōu)化。將原有的9LHT 配電盤拆分為2 段，第5 臺(tái)柴油機(jī)和新增柴油機(jī)交叉接入2 段分配電盤，可有效避免新增柴油機(jī)替代1 號(hào)機(jī)組EDG 期間9LHT 被占用進(jìn)而導(dǎo)致0LHS 無法接入2 號(hào)機(jī)組的問題。分配電盤保持手動(dòng)接入設(shè)計(jì)，通過向母線間隔內(nèi)推入手車來實(shí)現(xiàn)線路接通。2 段分配電盤9LHT-1 和9LHT-2 分別設(shè)置2 臺(tái)手車，各分配電盤同時(shí)最多允許2 臺(tái)手車接入。

優(yōu)化后的方案較原接入方式新增了3 個(gè)母線間隔，但布置空間仍滿足原有廠房要求。優(yōu)化后的接入方案如圖3 所示。

圖3 優(yōu)化后的新增柴油機(jī)接入

3.2 接入步驟

以新增柴油機(jī)對(duì)1LHP 柴油機(jī)的替代為例，對(duì)新增柴油機(jī)的接入操作步驟予以闡述。

(1) 斷開1 (斷路器)，將該斷路器手車推入2 (斷路器間隔)。

(2) 將母線9LHT-1 的2 臺(tái)手車分別推入3,4 (手車間隔)。

(3) 啟動(dòng)6 (新增柴油機(jī))。

(4) 閉合5 (斷路器)。

(5) 閉合2 (斷路器)。

通過以上操作，6 (新增柴油機(jī))可對(duì)0LHS 母線上的設(shè)備供電，實(shí)現(xiàn)對(duì)1LHP 應(yīng)急柴油機(jī)的頂替。

在此期間，若2 號(hào)機(jī)組發(fā)生EDG 失效，第5臺(tái)柴油機(jī)可對(duì)其進(jìn)行替代，以2LHP 失效為例，可進(jìn)行以下替代操作：

(1) 斷開7 (斷路器)，將該斷路器手車推入8 (斷路器間隔)。

(2) 將母線0LHT 的2 臺(tái)手車分別推入11,12 (手車間隔)。

(3) 將母線9LHT-2 的2 臺(tái)手車分別推入9,10 (手車間隔)。

(4) 啟動(dòng)第5 臺(tái)柴油機(jī)0LHS。

(5) 閉合13 (斷路器)。

(6) 閉合8 (斷路器)。

通過以上操作，第5 臺(tái)柴油機(jī)0LHS 可對(duì)母線2LHA 上的設(shè)備供電，新增柴油機(jī)和第5 臺(tái)柴油機(jī)的供電互不干擾。

4 結(jié)論

在某核電廠原有的交流電源配置基礎(chǔ)上，針對(duì)新增應(yīng)急電源的中壓接入方式開展了優(yōu)化研究，優(yōu)化后的電源接入方案具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1) 實(shí)現(xiàn)了新增柴油機(jī)的“1 對(duì)N”替代，且接入靈活，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠原有任意1臺(tái)EDG的替代，供電覆蓋范圍廣。

(2) 避免了新增柴油機(jī)與第5 臺(tái)柴油機(jī)接入時(shí)互相干擾，并兼顧了兩者的供電功能。

(3) 不額外增加過多的設(shè)備占地空間，無需對(duì)原有廠房進(jìn)行調(diào)整。

該設(shè)計(jì)方案為其他核電機(jī)組新增應(yīng)急電源的接入提供了有效借鑒和指導(dǎo)。