核電群堆模式下機組間互供電策略分析

王洪軍

【摘 要】福島事故后，機組在應對超設計基準事故如SBO事件等緊急工況時的供電配置，受到了國內外核電領域的關注。通過對某核電廠供電系統配置的分析，提出了可行的互供電改進方案，由安全機組向失電機組的互供電，來保證對反應堆安全需要的應急負荷進行供電。

【關鍵詞】群堆模式；互供電；福島事故；改進

0 引言

核電作為清潔的非化石類能源，在國內已經形成規模化、基地化的蓬勃發展。隨著國內核電機組的增加，目前國內沿海各省核電發展已逐步形成以基地為核心的群堆管理模式。在現有核電的設計中，單機組供電可靠性能夠滿足設計基準事故工況下的供電要求。但由于福島事故的發生，使我們認識到進一步提高機組供電的可靠性，可以使核電機組的安全性得到進一步的加強補充。

1 核電機組供電系統配置現狀

核電機組的供電設計是按照核安全法規要求，以設計基準事故為設計基準，按照多樣性、獨立性、冗余性的要求進行設計的，保證在設計工況下為電站的設備提供安全可靠的電源，并對核安全有關的系統和設備提供應急電源，以確保核電站的安全運行。

某核電廠在機組正常運行期間，通過廠變為電站提供廠用電。在機組停運期間，可通過500kV開關站經主變倒送電進行供電。為提高電站機組的供電可靠性，設計上還為機組提供了220kV備用電源進行供電。當正常廠用電以及500kV正常電源無法供電時，可通過220kV開關站經輔變為機組進行備用供電。備用供電運行時，通過廠用6kV中壓母線主輔電源進線開關的切換來實現。具體中壓母線供電接線見圖1。

同時一旦主變/輔變皆不能實現使6KV中壓母線帶電，也就是通常所說的失去所有廠外電源，這時就需要由柴油機即廠內電源來直接帶載中壓安全母線LHA/B，保證反應堆的安全功能。

電站還設置了全廠應急柴油機，在單元機組應急柴油機不可用時，全廠應急柴油機可作為備用柴油機替代正常柴油機向中壓應急母線供電。具體供電接線見圖2。

由于福島事故的發生，使我們認識到超設計基準事故發生的概率，隨著自然環境的變化是有所提升的。尤其是如果發生SBO（STATION BLACKOUT，全廠斷電）事件，將會導致嚴重的后果。類似于福島的超設計基準極小概率事故的發生，被證明會首先失去正常廠內電源和廠外電源。廠內的應急電源也會受到影響，可能部分失去或全部失去。

根據目前核電機組的供電配置情況，為提高供電可靠性進而提高機組應對如SBO等緊急工況下的能力，群堆管理模式下機組間的相互供電是應對措施之一。

2 機組間相互供電的方案

2.1 通過LGIA/B中壓母線互供電的方案

將9LGIA同時連接到1LGC和2LGD，可以實現相鄰單元的兩臺機組間的相互供電。對8LGIA、8LGIB同理。具體供電接線見圖3。

此方案利用現系統中的配電柜，無需進行改造，只需要對LGIA/B母線及相連接的開關柜進行解除供電聯鎖操作。LGIA/B母線容量與LHA/B的容量均為1250A，在需緊急互供電時狀態時由于機組已經停堆，主要保證反應堆的余熱排出功能，因此母線容量是能夠滿足供電要求的。緊急時需供電的負荷情況見表1（以其中LHA母線為例）：

通過LGIA/B中壓母線進行互供電，由于是相鄰單元機組，因此如發生類似福島的事件，則有較大概率為相鄰機組同時失去電源，進而導致此互供電方案的失效。但此方案也可以作為機組間互供電的手段之一。

2.2 兩路220kV備用電源互供電方案

利用兩條220KV進線，通過兩個220kV開關站之間聯絡線和0/5LGR母線，實現四臺機組互供電。0LGR與5LGR兩條母線間的聯絡線母聯開關接通，可以對9LGR或者8LGR母線向下對6kV母線LGC/D進行供電。具體供電接線見圖4。

兩路220kV備用電源的互供電，是利用機組擴建工程設計中的倒送電方案，備用電源母線、配電柜等負荷容量滿足機組間互供電的要求。在發生如SBO事件時可通過備用電源互供電為機組中壓應急母線供電，實現四臺機組間的互供電。此方案由于220kV備用電源為戶外供電塔形式的供送電形式，在地震發生后有很大概率失去供電。但此方案也可以作為機組間互供電的手段之一。

2.3 全廠應急母線互供電方案

使用全廠應急柴油機的供電配置設計，以全廠應急柴油機母線0LHT為結點，通過0LHT001TB和0/5LHT中壓母線線路向各機組6KV中壓安全母線供電，實現機組間的互供電。

該方案以現全廠應急柴油機供電接線方案為參考（見圖2），需對全廠應急柴油機配電柜進行升級改造，并對供電路徑內的應急配電線路進行升級改造，進一步提高抗震、防水、防火等的等級要求，如使用加固充油電纜等方案。該方案與現系統的供電設計，主要是供電安全連鎖設計有沖突，因此需對柴油機、應急母線段鑰匙連鎖系統進行變更設計。全廠應急母線0/5LHT母線容量為1250A，與LHA/B的容量相同，考慮到相互供電時是通過LHA/B來實現，因此容量滿足要求。因此此方案可以作為機組間互供電的手段之一。

2.4 三個方案的對比

表2 機組間互供電方案對比

3 群堆模式下基地間機組的互供電

由于我們國家地理環境和目前國內核電政策的限制，核電廠址目前形成以基地為單位，集中分布在沿海的特點，按照歷史上發生地震等自然災害的概率較低，以及其他如水文環境、發生事故的后果等進行篩選得來的。利用核電機組這樣分布的特點，在同一核電基地內，應對超設計基準事故如SBO事件等緊急工況時，不同電廠不同堆型之間的應急供電支持，也是群堆管理模式下基地間機組相互供電的應對措施之一。

3.1 可移動式應急電源供電方案

根據福島事故的經驗反饋，國內核電廠已經以基地為單位配置了中壓移動式應急柴油發電機車，在發生SBO時可保證在1h內，將應急廠用電系統LHA/B母線的進線切換到移動式應急柴油發電機車，為反應堆通過自然循環帶出堆芯余熱所需必要的負荷提供后備電源。

以某核電基地為例，分別配置了1臺1500KW中壓（6.3kV）移動柴油發電機；2臺500KW低壓（380V）移動柴油發電機；2臺車載柴油機移動泵以及相關配套設施。中壓移動柴油發電機負荷容量設計：低壓安注泵（350）+設備冷卻水泵（630）+應急照明（14）+控制和監測（50）=1044（KW），考慮啟動電流影響后確定為1500KW。

3.2 增設替代交流電源（ACC電源）方案

考慮到基地內各電廠電源配置不盡相同，從供電可靠性以及供電能力的要求，選擇電廠廠址高位合適區域增設替代交流電源（ACC電源），形成標準的一臺機組應急電源一用一備的供電配置，同時對各電廠間的ACC電源相連接，以實現群堆模式下基地間機組的互供電。

增設一臺非安全級的柴油發電機組，功率與安全級柴油機相同，正常運行處于熱備用狀態，與電廠設備不相連接，當發生如SBO事件等緊急事故時再與電廠系統連接，為保證反應堆安全需要的負荷進行供電。ACC電源要求具有獨立的控制支持系統，與電廠正常應急電源不同的設計以避免共模故障。

各電廠間的ACC電源相連接路徑，應滿足可應對超設計基準事故如SBO事件等緊急工況時的抗震、防水、防火等要求，可以作為基地間機組互供電的“生命線”，可作為核安全最后一道屏障的一部分。

4 結束語

群堆模式下的互供電改進思路，主要是從機組目前應急母線的配置進行分析的。但我們知道母線是“主動脈”，最后執行保護功能的依然是設備。因此對于電廠內0M及以下標高涉及的重要設備，提高設備的供電可靠性也應是我們應對超設計基準事故如SBO事件等緊急工況時應考慮的問題之一。

5 結論

核電群堆模式下的互供電，在應對超設計基準事故如SBO事件等緊急工況時，提升核電機組供電的安全性和靈活性，是有效防止類似福島事件等自然災害造成電廠失電對電廠破壞的手段之一，可有效加強電廠的縱深防御能力。

【參考文獻】

[1]朱繼洲.核反應堆安全分析[M].西安交通大學出版社，2004.

[2]單志明，等.ACC電源可行性與優點淺析分析[J].科技創新導報，2014（30）.

[3]袁我舟，等.核電廠移動式應急交流電源的可行性研究[J].企業技術開發， 2013（5）.

[責任編輯：楊玉潔]