水上移動式核電站供電方式研究

張 琪，張 力，胡雙進，馬以文

（武漢第二船舶設計研究所，武漢 430064）

水上移動式核電站供電方式研究

張 琪，張 力，胡雙進，馬以文

（武漢第二船舶設計研究所，武漢 430064）

水上可移動式核電站的設計在國內尚屬首次，其電力負荷的供電方式沒有現成的可以直接照搬的設計方案。本文利用分類供電的思路，將電力負荷分為三類，根據負荷的特征采用不同類別的電源分別供電，同時采用兩臺汽輪發電機分別對外供電與對內供電，保證了水上移動式核電站的供電可靠性和連續性。

水上移動核電站 負荷 供電 電源

0 引言

隨著海上電力需求的不斷增加，水上移動式核電站已經逐漸成為一個發展趨勢，而電力負荷的供電方式是水上移動式核電站中一個十分重要的組成部分。水上可移動式核電站的設計在國內尚屬首次，其對內配電和對外供電方式沒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，外電網容量近似于無窮大，并且還有足夠大的空間配置以及足夠數量的柴油發電機組和蓄電池組作為廠內電源，因此，核電廠廠用電系統能夠確保反應堆安全。而水上可移動式核電站海上“孤島”運行，無外接電源可用，并且水上移動式核電站的運行工況眾多，其電力負荷既具有陸上核電站負荷性質又有船舶負荷性質，不能直接采用陸上核電站的供電方式。因此，設計一種安全可靠的內外電網供配電方式來滿足水上可移動式核電站的實際要求是十分必要的。

1 電力負荷分類

水上移動式核電站不僅要對海上用戶提供電能，同時要為核電站的重要系統提供動力、控制和監視電源。水上移動式核電站廠用電的正常運行是核電站安全環境和電力生產持續的保障。根據核安全和電站安全的要求，將水上移動式核電站廠用電交流電力負荷分為以下幾類：

1）正常負荷：這些負荷是核電站正常運行時所需要的，由工作電源供電，當核電機組停運后，這些負荷均可停止供電。

2）應急負荷：這些負荷在核電機組正常時需要工作，且在停運過程及停運期間還需要工作，這些負荷正常時由工作電源供電，但工作電源故障時，經電源自動切換，能由應急電源供電。

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

2 供電方案

2.1 電源系統組成

為了保證供電的連續性，水上可移動式核電站采用雙堆設計，設備都正常工作時兩個反應堆相互獨立。為了使水上可移動式核電站對外供電與自用電相互獨立，每個反應堆配置一臺主汽輪發電機組和一臺輔汽輪發電機組。同時每個反應堆都配置了應急柴油發電機和蓄電池組來保證應急負荷和核 1E級不間斷負荷的供電。并為兩個反應堆配置一臺中壓柴油發電機作為公用的備用電源。以上配置方案組成了水上可移動式核電站的電源系統。

圖1 水上移動式核電站配電方案

2.2 配電方案

主汽輪發電機組在核動力裝置正常的情況下對外供電，輔汽輪發電機組在核動力裝置正常情況下對水上可移動式核電站內部自用電設備供電。中壓柴油發電機作為備用電源，在輔汽輪發電機故障時對水上可移動式核電站內部用電設備供電。應急柴油發電機在應急工況下對應急負荷供電，用來保障反應堆及重要設備和人員安全。在應急工況下，蓄電池組作為過渡電源，通過UPS對核1E級不間斷負荷供電，等應急柴油機啟動并具備帶載能力后，由應急柴油機替代蓄電池組供電。水上移動式核電站的配電方案示意圖如圖1所示。

如圖1所示，為了實現分類供電方式，分別將正常負荷布置在主配電板上，應急負荷布置在應急配電板上，核1E級不間斷負荷布置在UPS電源系統后。正常供電負荷由工作電源供電；應急負荷由工作電源和應急電源兩路電源供電；核1E級不間斷負荷除由工作電源和應急電源供電外，還帶有不間斷電源供電。

本文所提供的該供電方式中，兩臺主汽輪發電機獨立運行，其中任意一臺故障都不會影響另外一臺對用戶側的供電。兩臺輔汽輪發電機也獨立運行，其中任意一臺故障都不會影響另外一臺對水上移動式核電站內部的供電。且一臺輔助汽輪發電機功率能滿足水上可移動式核電站全部的用電需求，并且還留有足夠的余量。

3 運行方式分析

反應堆啟堆時，由中壓備用柴油發電機供電，此時閉合斷路器QF9和斷路器QF2或斷路器QF6，應急柴油機處于備用狀態。

兩個反應堆及輔汽輪發電機均正常時，兩臺主汽輪發電機對外供電，兩臺輔汽輪發電機對水上移動式核電站全部站用負荷進行供電，且都是相互獨立運行。此時僅斷路器 QF3和 QF7處于閉合狀態，其余斷路器均處于斷開狀態，中壓備用柴油發電機和應急柴油發電機均處于備用狀態。當其中一臺輔汽輪發電機故障時，失去正常工作電源時，先由UPS電源系統對該反應堆對應的核1E級不間斷應急設備進行不間斷供電，斷路器QF2和QF6閉合后，由另一臺輔汽輪發電機對平臺所有設備進行供電。

只有一個反應堆正常工作時，閉合斷路器QF2、QF3、QF6和 QF7，由該反應堆對應的輔汽輪發電機對移動平臺所有用電設備供電。如果此時輔汽輪發電機故障，先由UPS電源系統對該反應堆對應的核 1E級不間斷應急設備進行不間斷供電，待中壓備用柴油發電機起動并具備待載條件后，閉合斷路器QF2、QF6和QF9，由備用柴油發電機對平臺所有用電設備供電。

兩臺輔汽輪發電機均不工作時，閉合斷路器QF2、QF3、QF6、QF7和QF9，由中壓備用柴油發電機對水上可移動式核電站內部供電，備用柴油發電機容量能夠滿足反應堆正常停堆及正常工作和移動平臺生活的用電需求。

當出現應急情況正常工作電源突然斷電時，由UPS電源系統對核1E級不間斷應急負荷進行不間斷供電，待低壓應急柴油發電機起動并具備帶載條件后，閉合斷路器QF4和QF8，由應急柴油發電機保障水上可移動式核電站應急電站不失去電能。

需要應急停堆時，起動應急停堆側的應急柴油發電機，此時斷路器QF2、QF6和QF9均處于開斷狀態，應急柴油發電機容量能夠滿足單堆應急停堆及其它應急設備用電需求。

該供電方案中所有柴油發電機和蓄電池組分開布置，保證在單一故障下，水上可移動式核電站不失去全部的應急電源。

4 結語

本文提供了一種水上移動式核電站的供電方式，將柴油發電機、UPS電源系統與核電發電機組配合使用，對不同的負荷分別采用不同的供電方式，實現了工作電源失電情況下，應急負荷的供電可靠性，也保障了工作電源、應急電源均失電情況下電站的核安全負荷連續可靠運行。同時采用兩臺汽輪發電機使得對外供電與自用電系統相互獨立，一端故障不會對另外一端電網造成影響，形成了對外用戶正常供電、水上可移動式核電站正常自用電相互獨立的供電網絡，彼此互不干擾。該供電方式能夠較大的提高供電品質以及保障核動力裝置的安全，保證了水上移動式核電站的供電連續性、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分析[J].核科學與工程, 2012(12), 32, 24-30.

[2]龐科旺. 船舶電力系統設計[M]. 北京: 機械工業出版社, 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：船舶電力系統設計。E-mail: 443544615@qq.com