海陽核電廠500kV接入系統(tǒng)設(shè)計探討

杜寶瑞，盧長明

（山東核電有限公司，山東 煙臺 264000）

0 引言

接入系統(tǒng)方案設(shè)計及審批是一個具有戰(zhàn)略性、前瞻性的工作，事關(guān)核電廠發(fā)電送出，具有接口單位多、審批時間長等特點(diǎn)。同時，廠外500 kV系統(tǒng)是核電的優(yōu)先電源，220 kV系統(tǒng)是核電的備用電源，與核電廠運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。

電廠接入系統(tǒng)前期工作主要包括電廠輸電系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計及評審、電廠接入系統(tǒng)設(shè)計及審查，對火電和核電項目，還包括電廠接入電網(wǎng)申請。

接入系統(tǒng)批復(fù)意見是核電廠項目核準(zhǔn)的支持性文件之一，為不影響項目整體進(jìn)程，必須盡快取得接入系統(tǒng)批復(fù)意見，時間上比較緊迫，為加快接入系統(tǒng)審批流程，還要做好策劃，海陽項目為此做了一些有益嘗試。

1 海陽核電廠項目簡介

山東海陽核電廠位于山東省海陽市留格莊鎮(zhèn)，規(guī)劃總裝機(jī)規(guī)模為6×1 250 MW，分期建設(shè)。 一期工程將建設(shè)2×1250MW核電機(jī)組，計劃分別于2014年、2015年投入運(yùn)營。海陽核電廠采用AP1000技術(shù)路線，AP1000是美國西屋公司開發(fā)的一種雙環(huán)路1 000 MW的壓水堆核電機(jī)組，采用的是一種“非能動型安全技術(shù)”，利用物質(zhì)的重力、慣性，流體的自然對流、擴(kuò)散、蒸發(fā)、冷凝等物理原理，無須外界動力驅(qū)動系統(tǒng)，只要相應(yīng)的通風(fēng)、冷卻水等支持系統(tǒng)，在緊急情況下，就能冷卻反應(yīng)堆并且?guī)ё叻磻?yīng)堆產(chǎn)生的余熱。這一技術(shù)被公認(rèn)為是目前最安全、最先進(jìn)的核電技術(shù)。

AP1000主要安全系統(tǒng)，如余熱排出系統(tǒng)、安注系統(tǒng)、安全殼冷卻系統(tǒng)等，均采用非能動設(shè)計，系統(tǒng)簡單，不依賴交流電源，無需能動設(shè)備即可長期保持核電站安全。 非能動式冷卻顯著提高安全殼的可靠性，安全裕度大。 因此對廠外電力系統(tǒng)的要求是非安全級的。

廠外電源系統(tǒng)分優(yōu)先電源和備用電源。當(dāng)核電機(jī)組運(yùn)行時，廠用電由主發(fā)電機(jī)經(jīng)高壓廠用變供電；優(yōu)先電源由發(fā)電機(jī)—主變壓器所連接的500 kV電網(wǎng)提供，在核電機(jī)組啟動或停運(yùn)時，從廠外500 kV優(yōu)先電源經(jīng)主變壓器及高壓廠用變壓器給廠用設(shè)備供電；當(dāng)失去500 kV電源和正常電源（廠外優(yōu)先電源及主發(fā)電機(jī)電源）時，由廠外220 kV備用電源經(jīng)高壓輔助備用變壓器向機(jī)組的廠用設(shè)備供電；當(dāng)失去主發(fā)電機(jī)電源、優(yōu)先電源以及廠外備用電源時，兩臺非1E級的備用柴油發(fā)電機(jī)向廠內(nèi)重要負(fù)荷供電。在所有交流電源失去情況下，由直流和不停電電源為核電廠重要負(fù)荷供電。

2 輸電系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計及評審

核電廠輸電規(guī)劃主要是配合電源前期工作，進(jìn)行核電廠送出方向研究，論證電能合理消納范圍；根據(jù)電源的最終規(guī)模和分期建設(shè)方案，研究出線電壓等級、輸電系統(tǒng)總體方案和分期建設(shè)方案；開展核電站設(shè)計所需系統(tǒng)基本參數(shù)的配合工作；開展必要的出線走廊規(guī)劃和規(guī)劃選站工作；根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃受端市場情況，對電源項目分期建設(shè)提出建議等。

輸電規(guī)劃評審流程：編制海陽核電廠輸電規(guī)劃報告；公司報請山東電力集團(tuán)公司對海陽核電廠輸電規(guī)劃報告進(jìn)行評審，出具評審意見并上報國家電網(wǎng)公司發(fā)展策劃部審查；國家電網(wǎng)公司委托中國電力工程顧問集團(tuán)公司對海陽核電廠輸電規(guī)劃報告進(jìn)行審查，并出具書面審查意見。

按照國家電網(wǎng)公司電廠接入系統(tǒng)前期工作管理辦法規(guī)定，大型電廠輸電系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計工作原則上由電網(wǎng)公司、發(fā)電公司協(xié)商一致后共同委托有關(guān)單位開展。 但一般是在電廠與電網(wǎng)公司溝通基礎(chǔ)上由電廠委托設(shè)計院編制輸電規(guī)劃方案。

為加快輸電規(guī)劃的編制和審批進(jìn)度，委托國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院編制海陽核電輸電規(guī)劃報告，協(xié)助業(yè)主開展報批工作。前期通過與設(shè)計院及電網(wǎng)公司交流，采納設(shè)計院及電網(wǎng)公司意見，在開始輸電規(guī)劃工作前期及時啟動了送出工程可行性研究，并出版了海陽核電送出工程可行性研究報告，初步確定了出線走廊路徑，為輸電規(guī)劃的編制和審批提供了支持和保障。

3 電廠接入系統(tǒng)設(shè)計及審查

接入系統(tǒng)方案是根據(jù)山東電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃和海陽核電輸電系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計，按照大型電廠接入系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容深度要求，通過論述海陽核電廠一期2×1 250 MW機(jī)組送電范圍和在系統(tǒng)中的作用，提出海陽核電廠一期2×1 250 MW機(jī)組接入系統(tǒng)方案，并進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)繼電保護(hù)、調(diào)度自動化及系統(tǒng)通信的設(shè)計方案。

電廠接入系統(tǒng)評審流程：根據(jù)山東電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃和海陽核電輸電系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計方案，編制海陽核電接入系統(tǒng)方案；公司報請山東電力集團(tuán)公司對海陽核電接入系統(tǒng)方案進(jìn)行評審，出具評審意見并上報國家電網(wǎng)公司發(fā)展策劃部審查；國家電網(wǎng)公司委托中國電力工程顧問集團(tuán)公司對海陽核電接入系統(tǒng)方案進(jìn)行審查，并出具書面審查意見。

在實(shí)際執(zhí)行中，為保證接入系統(tǒng)盡快獲得批復(fù)意見，在輸電規(guī)劃審批過程中，已協(xié)調(diào)設(shè)計院著手編制山東海陽核電廠一期工程接入系統(tǒng)設(shè)計報告，在得到輸電系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計報告評審意見后，只需進(jìn)行局部修改即可，節(jié)省了編制時間，從而保證了整體進(jìn)度。

同時為加快接入系統(tǒng)審批流程，核電公司還多次與省網(wǎng)及國家電網(wǎng)專家、領(lǐng)導(dǎo)溝通，開展交流會，并專門編制了技術(shù)報告，給相關(guān)專家和領(lǐng)導(dǎo)匯報，介紹核電的特殊性，取得他們對海陽項目接入系統(tǒng)方案的理解和支持。大大節(jié)省了審查時間，為盡快取得核準(zhǔn)支持性文件奠定了基礎(chǔ)。

由于此前的方案策劃及有效實(shí)施，在取得海陽核電輸電規(guī)劃方案評審意見后，設(shè)計院很快編制完成了海陽核電廠一期2×1 250 MW工程可行性研究接入系統(tǒng)設(shè)計報告送審稿，山東電力集團(tuán)公司審查后，將該報告上報國家電網(wǎng)公司審核，國家電網(wǎng)公司于2008年2月委托中國電力工程顧問集團(tuán)公司具體負(fù)責(zé)評審工作。 中國電力工程顧問集團(tuán)公司經(jīng)過審核，出具了評審意見，同意以500 kV一級電壓接入系統(tǒng)，廠內(nèi)設(shè)500 kV GIS配電裝置，電廠6回500 kV送出線路，其中2回至萊陽500 kV變電站，2回至即墨500kV變電站，2回至昆崳500kV變電站。

4 接入系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

核電廠和其它常規(guī)發(fā)電廠相比有一系列的特殊性，對電網(wǎng)穩(wěn)定性要求較高，在提供國家核安全局的初步安全分析報告（PSAR）中，設(shè)計院對電網(wǎng)穩(wěn)定性進(jìn)行了計算和分析，計算結(jié)果見表1。

計算結(jié)果表明：

1）核電廠500 kV出線任一送電線路發(fā)生永久接地故障，在0.1 s切除故障線路，煙臺、威海電網(wǎng)及山東主網(wǎng)均能保持暫態(tài)穩(wěn)定。

2）電廠送出線路發(fā)生N-2故障、并及時切除故障線路，系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定。

3）電廠 1臺機(jī)組停運(yùn)時，系統(tǒng)保持穩(wěn)定。

4）當(dāng)鄒縣電廠 1臺百萬機(jī)組故障時，整個系統(tǒng)保持穩(wěn)定，寧東直流雙極閉鎖電網(wǎng)失去4 000 MW電力時，核電廠母線電壓波動較小，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，整個系統(tǒng)穩(wěn)定水平較好。

可見電廠送出線路故障，此時電廠其他500 kV線路仍能保證電廠機(jī)組電力的送出，保證電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)正常供電，電網(wǎng)在失去一個最大單個電源時，電網(wǎng)保持穩(wěn)定，可以滿足電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5 總結(jié)

5.1 重視核電廠廠外電源供電可靠性

按照《電力系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》，核電廠輸電方案設(shè)計原則：核電廠的送出線路中一回檢修停運(yùn)，另一回又突然故障，應(yīng)維持機(jī)組安全運(yùn)行的出力輸出；核電廠送出線僅向一個受端系統(tǒng)送電時，受端不得僅接于一座變電站。

根據(jù)前面接入系統(tǒng)穩(wěn)定性分析可知，海陽核電項目滿足“N-2”運(yùn)行方式，滿足《電力系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》對核電廠輸電方案技術(shù)要求。在核電廠失去正常交流電源時，能夠保證廠外電源的有效供給。

5.2 具備AGC、AVC控制技術(shù)條件

根據(jù)接入系統(tǒng)審查意見，核電站本期工程遠(yuǎn)動信息直送華北網(wǎng)調(diào)和山東省調(diào)，電站具備參加山東電網(wǎng)的自動發(fā)電控制（AGC）和無功電壓自動控制(AVC)的技術(shù)條件。

核電站功率調(diào)節(jié)速度較慢，同時核電站功率調(diào)節(jié)負(fù)荷急劇變化時，調(diào)節(jié)費(fèi)用高，啟停及急劇調(diào)節(jié)時，易于損壞設(shè)備，影響核電安全運(yùn)行，因此核電站一般不參與電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰。鑒于核電機(jī)組性能特點(diǎn)，核電公司與山東電力集團(tuán)公司協(xié)商，達(dá)成協(xié)議，海陽項目發(fā)電機(jī)設(shè)備保留AGC、AVC功能，但暫不執(zhí)行。

5.3 輸電系統(tǒng)規(guī)劃、接入系統(tǒng)方案調(diào)整

核電站的特點(diǎn)是機(jī)組容量大，附屬設(shè)施多，廠址選擇、項目審批、設(shè)計、施工等要求嚴(yán)格，程序較多，建設(shè)周期較長。在核電輸電規(guī)劃甚或接入系統(tǒng)審查批準(zhǔn)后，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)往往發(fā)生了變化，需要重新調(diào)整。海陽核電項目也存在同樣問題，海陽核電廠二期2×1 250 MW工程可行性研究接入系統(tǒng)設(shè)計報告編制、審批過程中，根據(jù)電網(wǎng)建設(shè)實(shí)際情況，接入系統(tǒng)方案也做了相應(yīng)調(diào)整。 原來輸電規(guī)劃海陽送出方向為6回，分別為萊陽2回、即墨2回、昆崳2回。隨著電網(wǎng)建設(shè)發(fā)生變化，核電送出還是6回，但調(diào)整為萊陽2回，即墨2回，大澤2回。

表1 穩(wěn)定計算結(jié)果