水上移动式核电站供电方式研究

张 琪，张 力，胡双进，马以文

（武汉第二船舶设计研究所，武汉 430064）

水上移动式核电站供电方式研究

张 琪，张 力，胡双进，马以文

（武汉第二船舶设计研究所，武汉 430064）

水上可移动式核电站的设计在国内尚属首次，其电力负荷的供电方式没有现成的可以直接照搬的设计方案。本文利用分类供电的思路，将电力负荷分为三类，根据负荷的特征采用不同类别的电源分别供电，同时采用两台汽轮发电机分别对外供电与对内供电，保证了水上移动式核电站的供电可靠性和连续性。

水上移动核电站 负荷 供电 电源

0 引言

随着海上电力需求的不断增加，水上移动式核电站已经逐渐成为一个发展趋势，而电力负荷的供电方式是水上移动式核电站中一个十分重要的组成部分。水上可移动式核电站的设计在国内尚属首次，其对内配电和对外供电方式没有可以直接照搬的方案。

由于陆上核电站都有至少两路厂外电源，外电网容量近似于无穷大，并且还有足够大的空间配置以及足够数量的柴油发电机组和蓄电池组作为厂内电源，因此，核电厂厂用电系统能够确保反应堆安全。而水上可移动式核电站海上“孤岛”运行，无外接电源可用，并且水上移动式核电站的运行工况众多，其电力负荷既具有陆上核电站负荷性质又有船舶负荷性质，不能直接采用陆上核电站的供电方式。因此，设计一种安全可靠的内外电网供配电方式来满足水上可移动式核电站的实际要求是十分必要的。

1 电力负荷分类

水上移动式核电站不仅要对海上用户提供电能，同时要为核电站的重要系统提供动力、控制和监视电源。水上移动式核电站厂用电的正常运行是核电站安全环境和电力生产持续的保障。根据核安全和电站安全的要求，将水上移动式核电站厂用电交流电力负荷分为以下几类：

1）正常负荷：这些负荷是核电站正常运行时所需要的，由工作电源供电，当核电机组停运后，这些负荷均可停止供电。

2）应急负荷：这些负荷在核电机组正常时需要工作，且在停运过程及停运期间还需要工作，这些负荷正常时由工作电源供电，但工作电源故障时，经电源自动切换，能由应急电源供电。

3）核1E级不间断负荷：这些负荷是保障核安全和电站安全所必须的，在应急停堆期间需要工作，且需要保证不间断供电，当工作电源和备用电源都失去时，由交流不间断电源系统（UPS系统）供电。

2 供电方案

2.1 电源系统组成

为了保证供电的连续性，水上可移动式核电站采用双堆设计，设备都正常工作时两个反应堆相互独立。为了使水上可移动式核电站对外供电与自用电相互独立，每个反应堆配置一台主汽轮发电机组和一台辅汽轮发电机组。同时每个反应堆都配置了应急柴油发电机和蓄电池组来保证应急负荷和核 1E级不间断负荷的供电。并为两个反应堆配置一台中压柴油发电机作为公用的备用电源。以上配置方案组成了水上可移动式核电站的电源系统。

图1 水上移动式核电站配电方案

2.2 配电方案

主汽轮发电机组在核动力装置正常的情况下对外供电，辅汽轮发电机组在核动力装置正常情况下对水上可移动式核电站内部自用电设备供电。中压柴油发电机作为备用电源，在辅汽轮发电机故障时对水上可移动式核电站内部用电设备供电。应急柴油发电机在应急工况下对应急负荷供电，用来保障反应堆及重要设备和人员安全。在应急工况下，蓄电池组作为过渡电源，通过UPS对核1E级不间断负荷供电，等应急柴油机启动并具备带载能力后，由应急柴油机替代蓄电池组供电。水上移动式核电站的配电方案示意图如图1所示。

如图1所示，为了实现分类供电方式，分别将正常负荷布置在主配电板上，应急负荷布置在应急配电板上，核1E级不间断负荷布置在UPS电源系统后。正常供电负荷由工作电源供电；应急负荷由工作电源和应急电源两路电源供电；核1E级不间断负荷除由工作电源和应急电源供电外，还带有不间断电源供电。

本文所提供的该供电方式中，两台主汽轮发电机独立运行，其中任意一台故障都不会影响另外一台对用户侧的供电。两台辅汽轮发电机也独立运行，其中任意一台故障都不会影响另外一台对水上移动式核电站内部的供电。且一台辅助汽轮发电机功率能满足水上可移动式核电站全部的用电需求，并且还留有足够的余量。

3 运行方式分析

反应堆启堆时，由中压备用柴油发电机供电，此时闭合断路器QF9和断路器QF2或断路器QF6，应急柴油机处于备用状态。

两个反应堆及辅汽轮发电机均正常时，两台主汽轮发电机对外供电，两台辅汽轮发电机对水上移动式核电站全部站用负荷进行供电，且都是相互独立运行。此时仅断路器 QF3和 QF7处于闭合状态，其余断路器均处于断开状态，中压备用柴油发电机和应急柴油发电机均处于备用状态。当其中一台辅汽轮发电机故障时，失去正常工作电源时，先由UPS电源系统对该反应堆对应的核1E级不间断应急设备进行不间断供电，断路器QF2和QF6闭合后，由另一台辅汽轮发电机对平台所有设备进行供电。

只有一个反应堆正常工作时，闭合断路器QF2、QF3、QF6和 QF7，由该反应堆对应的辅汽轮发电机对移动平台所有用电设备供电。如果此时辅汽轮发电机故障，先由UPS电源系统对该反应堆对应的核 1E级不间断应急设备进行不间断供电，待中压备用柴油发电机起动并具备待载条件后，闭合断路器QF2、QF6和QF9，由备用柴油发电机对平台所有用电设备供电。

两台辅汽轮发电机均不工作时，闭合断路器QF2、QF3、QF6、QF7和QF9，由中压备用柴油发电机对水上可移动式核电站内部供电，备用柴油发电机容量能够满足反应堆正常停堆及正常工作和移动平台生活的用电需求。

当出现应急情况正常工作电源突然断电时，由UPS电源系统对核1E级不间断应急负荷进行不间断供电，待低压应急柴油发电机起动并具备带载条件后，闭合断路器QF4和QF8，由应急柴油发电机保障水上可移动式核电站应急电站不失去电能。

需要应急停堆时，起动应急停堆侧的应急柴油发电机，此时断路器QF2、QF6和QF9均处于开断状态，应急柴油发电机容量能够满足单堆应急停堆及其它应急设备用电需求。

该供电方案中所有柴油发电机和蓄电池组分开布置，保证在单一故障下，水上可移动式核电站不失去全部的应急电源。

4 结语

本文提供了一种水上移动式核电站的供电方式，将柴油发电机、UPS电源系统与核电发电机组配合使用，对不同的负荷分别采用不同的供电方式，实现了工作电源失电情况下，应急负荷的供电可靠性，也保障了工作电源、应急电源均失电情况下电站的核安全负荷连续可靠运行。同时采用两台汽轮发电机使得对外供电与自用电系统相互独立，一端故障不会对另外一端电网造成影响，形成了对外用户正常供电、水上可移动式核电站正常自用电相互独立的供电网络，彼此互不干扰。该供电方式能够较大的提高供电品质以及保障核动力装置的安全，保证了水上移动式核电站的供电连续性、安全性及可靠性。

[1]杨智慧, 张涛. 核电厂厂用电供电方式改进分析[J].核科学与工程, 2012(12), 32, 24-30.

[2]庞科旺. 船舶电力系统设计[M]. 北京: 机械工业出版社, 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

张琪（1992-），女，工程师。研究方向：船舶电力系统设计。E-mail: 443544615@qq.com