CPR1000机组应急电源接入方式优化

吴苏敏

(中广核研究院有限公司，广东 深圳 518120)

0 引言

可靠的交流电源系统是保证压水堆核电厂安全运行的重要基础，CPR1000 机组设有多重交流电源。福岛核事故表明极端外部事件能够导致核电厂长期丧失交流电源并丧失最终热阱，从而可能导致核电厂的堆芯、安全壳丧失冷却，造成大量放射性物质向环境释放的后果。福岛事故后，各国政府均对本国核电厂的安全状态进行复核，并提出了多项改进措施，其中重要的一项改进要求为“增加必要措施以增强核电厂应对全厂断电的能力”。

某CPR1000 核电厂为提升应急供电可靠性，在原有交流电源配置基础上，计划再新增1 台应急柴油发电机组。

1 原有电源配置及接线

除汽轮发电机组外，该电厂主要交流电源包括以下几种。

(1) 厂外主电源。源自外部500 kV 电网。

(2) 厂外辅助电源。源自外部220 kV 电网。

(3) 厂内应急电源。源自每台机组设置的2 台应急柴油发电机组(emergency diesel generator，EDG)。

(4) 其他电源。源自厂址附加柴油机(又称第5台柴油机)、移动柴油机、LLS 柴油机等。

因移动柴油机和LLS 柴油机容量较小，在此不展开讨论。该电厂的厂外主电源和厂外辅助电源通过厂用变压器为电厂中压母线供电，EDG 和第5台柴油机直接为应急安全母线供电。

该电厂拥有2 台核电机组，其应急电源中压接入方式中，1LHP, 1LHQ 为1 号机组配置的2台EDG，2LHP, 2LHQ 为2 号机组 配 置 的2 台EDG，0LHS 为 第5 台 柴 油 机。1LHP, 1LHQ,2LHP 和2LHQ 分别接入应急母线1LHA, 1LHB,2LHA 和2LHB 为相关设备供电。

该应急电源中压接入方式中，当EDG 失效时，0LHS 可通过中压母线0LHT 和9LHT 接入厂用中压系统，为1LHA, 1LHB, 2LHA 和2LHB 母线供电，如图1 所示。

图1 应急电源中压接入方式

2 新增应急电源初步接入方案

2.1 初步方案描述

目前，该电厂EDG 存在设备故障率高、失效风险大、检修安排不灵活等问题；此外，第5 台柴油机为厂址共用，无法满足多机组同时发生全厂失电时的电源容量需求，且接入时间无法满足要求。为此，电厂计划在原有柴油发电机配置的基础上再增设1 台应急柴油机，如图2 所示。

图2 原有接线方式下新增柴油机的接入

新增柴油机将作为原有EDG 整体换型改造期间的替代电源，并以此缓解超设计基准的外部水淹灾害下EDG 全部失效时可能带来的严重后果，从而提升电厂应急电源供电可靠性。

新增柴油机的建设不低于电厂原有EDG 的设计基准，因此有望在机组需要时实现对原有EDG的长期完全顶替，日常运维期间则作为离线备用设备或EDG管理，原有的第5台柴油机功能保持不变。为实现新增柴油机对原有EDG 的完全替代，新增柴油机需从9LHT 母线接入。

2.2 初步方案分析

初步接入方案利用了电厂原有的9LHT 配电盘，具有以下优点。

(1) 可实现新增柴油机“1 对N”替代功能，即1 台新增柴油机可对电厂4 台EDG 中的任意1台进行替代。

(2) 保持原有9LHT 母线处的手车设计，即在9LHT 母线上增加1 个中压进线间隔，通过推入手车实现线路接通；同一时期9LHT 上最多仅2 台手车可供使用，通过手动接入可有效防止各路应急电源发生非同期并列。

但是，该初步接入方案也存在不足，新增柴油机与第5 台柴油机的接入可能存在相互干扰。如新增柴油机替代1LHP 时，通过9LHT 母线为1LHA 母线供电，9LHT 母线带电运行。此时，若2LHP, 2LHQ 失效，由于9LHT 母线被占用，为防止2 路电源非同期并列，第5 台柴油机不可接入，无法实现对2LHP, 2LHQ 的替代。为此，需对初步接入方案进行优化。

3 接入方案优化

3.1 接入方案

在原有9LHT 配电盘基础上进行方案优化。将原有的9LHT 配电盘拆分为2 段，第5 台柴油机和新增柴油机交叉接入2 段分配电盘，可有效避免新增柴油机替代1 号机组EDG 期间9LHT 被占用进而导致0LHS 无法接入2 号机组的问题。分配电盘保持手动接入设计，通过向母线间隔内推入手车来实现线路接通。2 段分配电盘9LHT-1 和9LHT-2 分别设置2 台手车，各分配电盘同时最多允许2 台手车接入。

优化后的方案较原接入方式新增了3 个母线间隔，但布置空间仍满足原有厂房要求。优化后的接入方案如图3 所示。

图3 优化后的新增柴油机接入

3.2 接入步骤

以新增柴油机对1LHP 柴油机的替代为例，对新增柴油机的接入操作步骤予以阐述。

(1) 断开1 (断路器)，将该断路器手车推入2 (断路器间隔)。

(2) 将母线9LHT-1 的2 台手车分别推入3,4 (手车间隔)。

(3) 启动6 (新增柴油机)。

(4) 闭合5 (断路器)。

(5) 闭合2 (断路器)。

通过以上操作，6 (新增柴油机)可对0LHS 母线上的设备供电，实现对1LHP 应急柴油机的顶替。

在此期间，若2 号机组发生EDG 失效，第5台柴油机可对其进行替代，以2LHP 失效为例，可进行以下替代操作：

(1) 断开7 (断路器)，将该断路器手车推入8 (断路器间隔)。

(2) 将母线0LHT 的2 台手车分别推入11,12 (手车间隔)。

(3) 将母线9LHT-2 的2 台手车分别推入9,10 (手车间隔)。

(4) 启动第5 台柴油机0LHS。

(5) 闭合13 (断路器)。

(6) 闭合8 (断路器)。

通过以上操作，第5 台柴油机0LHS 可对母线2LHA 上的设备供电，新增柴油机和第5 台柴油机的供电互不干扰。

4 结论

在某核电厂原有的交流电源配置基础上，针对新增应急电源的中压接入方式开展了优化研究，优化后的电源接入方案具有以下优点。

(1) 实现了新增柴油机的“1 对N”替代，且接入灵活，可实现对电厂原有任意1台EDG的替代，供电覆盖范围广。

(2) 避免了新增柴油机与第5 台柴油机接入时互相干扰，并兼顾了两者的供电功能。

(3) 不额外增加过多的设备占地空间，无需对原有厂房进行调整。

该设计方案为其他核电机组新增应急电源的接入提供了有效借鉴和指导。