海洋核动力平台不间断电源设计概要

王艳婷，刘宙锋



海洋核动力平台不间断电源设计概要

王艳婷，刘宙锋

（武汉第二船舶设计研究所，湖北 武汉 430064）

综合考虑核电的高可靠性要求以及船舶的孤岛运行要求，本文对海洋核动力平台不间断电源的设计要点进行了概况总结，对海洋核动力平台不间断电源设计标准的制定有着重大的意义。

海洋核动力平台 不间断电源

0 引言

海洋核动力平台是船舶工程与核能工程的有机结合的整体，在国内外尚属首次应用。海洋核动力平台既要满足核电站的高可靠性要求，也要考虑到船舶孤岛运行的实际情况，而且在经济性指标的要求下，对于海洋核动力平台电力系统，尤其是造价成本较高的不间断电源有着非常高的设计要求。因此，针对海洋核动力平台的不间断电源设计标准的制定有着重要的意义。

1 不间断电源的设计要点

不间断电源是在发电机组（包括汽轮发电机组、柴油发电机组等）故障的情况下，临时为船舶提供不间断直流电源和交流电源的电源装置。

海洋核动力平台不间断电源的设计，应充分兼顾核电站的设计要求以及海上船舶入级的要求，严格遵守相关法规与标准。现就海洋核动力平台不间断电源设计要点论述如下。

1）考虑到应急发电机的启动时间，应急电力系统必须配置过渡电源[1,2]。在主电力系统失电的情况下，应急电力系统首先由过渡电源（例如蓄电池组）自动向应急电网不间断提供电能，待应急发电机启动成功并具备带载能力后，替代过渡电源向应急电网连续供电。

2）UPS系统必须能对核电厂重要负荷提供可靠的、经过稳压和滤波的不间断电源[3,4]。

3）除设有自动起动应急发电机的货船外，当应急电源为应急发电机时，还应设置蓄电池组作为临时应急电源[5,6]。

4）船舶在海上时，应始终可获得足够的电源供无线电装置工作，并对作为无线电装置的1个或多个备用电源组成部分的蓄电池进行充电[6]。

2 不间断电源的组成

图1 海洋核动力平台不间断电源分类

由于过渡电源的供电对象分为1E级和N1E级两种，而1E级设备必须由1E级不间断电源供电，考虑到1E级不间断电源成本远远高于N1E级不间断电源，因此，将海洋核动力平台的不间断电源分为1E级不间断电源和N1E级不间断电源。图1为海洋核动力平台不间断电源的分类图。

2.1 1E级不间断电源

1E级不间断电源由1E级UPS和1E级蓄电池组构成，是平台最重要的设备，为不允许断电的1E级设备（如反应堆冷却剂泵）供电，以确保在应急柴油发电机起动前，平台不会因短时断电而引发核安全事故[3,4]。

2.1.1 1E级不间断电源的供电方式

1E级不间断电源采用在线型UPS供电方式，并带有旁路和转换开关，在UPS主路正常工作时，交流电网通过UPS充电器和逆变器为负荷供电。当UPS主路故障的情况下，可以自动切换到旁路工作，此时，交流电网通过UPS旁路为负荷供电。在交流电网故障的情况下，蓄电池组通过逆变器为负荷供电。如图2所示：

图2 海洋核动力平台1E级不间断电源供电流程图

2.2 N1E级不间断电源

结合船级社及SOLAS要求，将海洋核动力平台的N1E级不间断电源分为普通非核级不间断电源、临时应急电源、无线电专用电源。如图3所示。

图3 海洋核动力平台N1E级不间断电源分类

2.2.1普通非核级不间断电源

普通非核级不间断电源由N1E级UPS和N1E级蓄电池组构成，主要为断电可能造成较大经济损失（一般与安全无关）的N1E级设备供电，以确保在备用电源起动前，海洋核动力平台不会因短时断电而造成重大经济损失。普通非核级不间断电源没有布置要求。

由于普通非核级不间断电源对于供电连续性的要求低于1E级不间断电源，因此基于经济性的考虑，普通非核级不间断供电方式采用相对效率较高的后备型UPS供电方式，并带有旁路和转换开关，正常情况下，交流电网直接通过旁路为负荷供电。在交流电网故障的情况下，可以自动切换到主路工作，此时，蓄电池组通过逆变器为负荷供电。流程图和1E级不间断电源供电的流程图类似，参见图2。

2.2.2临时应急电源

临时应急电源由充电器和24 V蓄电池组构成，为船舶必要的安全设备供电[5,6]。临时应急电源的供电范围，应充分考虑船级社和海事局的要求，严格遵守相关法规与标准。临时应急电源必须布置在最高一层连续甲板以上。

临时应急电源的负荷为直流24 V负荷，正常情况下，交流电网通过充电器为负荷供电，同时为蓄电池组充电。在交流电网故障的情况下，蓄电池组为负荷供电。如图4所示：

图4 海洋核动力平台临时应急电源供电流程图

2.2.3无线电专用电源

无线电专用电源由充电器和24 V蓄电池组构成，便于遇险和安全通信[6]。临时应急电源的供电范围，应充分考虑SOLAS的要求，严格遵守相关法规与标准。无线电专用电源必须布置在最高一层连续甲板以上[5,6]。

无线电专用电源供电方式与临时应急电源的供电方式基本相同，负荷为直流24 V负荷，正常情况下，交流电网通过充电器为负荷供电，同时为蓄电池组充电。在交流电网故障的情况下，蓄电池组为负荷供电，专用电源供电流程图与应急电源的类似，参见图4。

3 结论

海洋核动力平台对于中国核动力船舶的发展意义至关重要，本文对于海洋核动力平台的不间断电源的设计提出了几种分类方法和设计方向。海洋核动力平台不间断电源系统的安全性、可靠性以及经济性都是需要重点考虑的问题，应充分考虑孤岛运行下的高安全可靠性要求，兼顾核电和海事领域的双重特点，同时要制定新的标准规范。

[1] 屈玉鑫, 万安太. 核商船安全规范[S]. 第五章第二部分, 1981.

[2] 张力, 刘宙锋等. 海洋核动力平台电力系统设计概要[J]. 船电技术, 2017(11).

[3] 中国核工业总公司. 核电厂不间断电源的应用与试验: EJ/T1038-1996[S]. 1996.

[4] 中国国家能源局. 核电厂不间断电源系统蓄电池组: NB/T20062-2012[S]. 2012.

[5] 中国船级社. 钢质海船入级规范[S]. 2014.

[6] 国际海事组织. 国际海上人命安全公约[S]. 北京: 人民交通出版社, 2009.

UPS Design Summary of Marine Nuclear Power Platform

Wang Yanting, Liu Zhoufeng

(Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan, 430064)

TN862

A

1003-4862（2018）10-0041-02

2018-05-07

王艳婷(1986-)，女，工程师。研究方向：电气工程及其自动化。E-mail: wangyanting2007@163.com