某核电站厂用电系统结构分析

某核电站厂用电系统结构分析

陈敏

（山东核电有限公司265100）

摘要：某核电厂用电系统分为安全相关电源和非安全相关电源。由于采用了非能动的专设安全设计理念，在严重事故情况下，极大减少了对能动设备的依赖。本文从可靠性设计角度对其结构进行分析。

关键词：厂用电可靠性结构设计

某核电厂厂用电系统主要任务是提供电力生产机械所需电能并保证环境、人身和设备安全。该系统设计为非安全相关交流电气设备，为核岛电气设备、常规岛电气设备与BOP电气设备供电。与传统的压水堆核电厂相比，该核电厂采用了非能动的设计理念，可以不通过能动设备来保证核安全，核电厂的备用柴油发电机降为非1E级设备，不执行任何安全相关功能，应急运行时仅对具有纵深防御功能的负载供电。该厂用电系统分为：核岛辅助电气系统、常规岛辅助电气系统、BOP辅助电气系统。从可靠性设计角度对厂用电的系统结构进行简要分析，如下：

一、厂用电接线设计要素：

该厂用电系统设计主要考虑以下要素：

●负荷分类及系统分级（核安全级、纵深防御、投资保护、机组运行）

●电源引接（启动、工作、后备、应急、检修等）

●电压等级的确定

●接线形式（通常采用单母线分段接线形式）

●运行方式与短路电流限制

●配电变压器型式、数量、容量

●厂用电动机选择

●电动机自启动校验

二、厂用电气系统电源

该厂用电系统电源为支持电厂所有运行模式的电源，包括：

●维系自持运行的机组电源（主发电系统）；

●电力输出侧电网的反馈电源（500KV系统）；

●用于启停、检修和后备的厂外备用电源（220KV系统）；

●保安负荷（投资保护和人员安全）备用电源（备用柴油发电机组）；

●应急停堆和保持安全停堆所需安全级备用电源（能动电厂，应急柴油发电机组）或非安全备用电源（非能动电厂，备用柴油发电机组）；

●用于电厂控制、应急照明、电厂通讯、反应堆保护、事故监测等的1E级和非1E级蓄电池组、逆变器及其配电装置。

三、厂用电系统结构及分析

厂用电设备均布置在专用厂房，按负荷（包括负荷组合）性质和冗余通道而分段，基于运行电压等级和供电优先度级别而分层。为确保各电源通道设备配置须满足系统性能保障和可靠性要求，对于中压交流电气系统、低压交流电气系统、直流及不间断电源系统（UPS）结构需满足以下要求：

1、中压交流电气系统结构

●中压交流电气系统用于向200kW及以上单元负荷及低压交流动力中心变压器供电；

●对应于不同类别负荷的供电需求，系统顶层设置工作母线（段）、公用母线、备用或应急母线，由厂用变或厂备变取得电源；

●远距离的BOP集中负荷群可就近设置母线，并根据负荷类别由上述母线支接供电；

●根据具体情况，公用母线、备用或应急母线亦可由工作母线支接；

●一般按双冗余原则成对设置母线，各对母线构成一个单元组，必要时亦可按三冗余设置；

中压母线分段确定依据：

●厂用变/厂备变型式（双绕组、三绕组、分裂绕组）、数量、低压单绕组容量；

●厂用负荷容量、工作数量、冗余度、母线负载均衡度；

●大电机分配及其启动校核；

●系统短路水平控制。

2、低压交流电气系统结构

●低压交流电气系统的电源来自中压母线供电的低压动力中心变压器（低压配电变），用于200kW以下的电力和照明负荷供电

●系统采用“动力中心-电动机控制中心-动力箱”多级供电母线体系

●必要时可设置由“照明中心-区域照明配电柜-照明终端箱”构成的独立的照明配电体系，此时，需要设置专用照明配电变压器

●原则上，低压配电变和照明配电变均各自按按互为暗备用成对设置

●互为暗备用的动力中心（LC）母线之间设有联络开关，以便在任意低压配电变压器不可用时，将其LC负荷手动切换至其对应的暗备用变压器

●LC集中布置在电气厂房

●LC按“就近”和“负荷均衡”原则（应使各低压配电变压器负荷均衡），向电动机控制中心（MCC）和单元容量55KW至180KW的三相负荷供电

●MCC按“深入负荷中心”原则布置，向所属区域动力箱和非LC直供三相负荷（包括工艺负荷及其辅助设施）及其他三相或单相杂散低压交流负荷供电

●根据负荷性质MCC可采用“成对”暗备用或“孤立”布置

●互为暗备用的MCC、孤立MCC的两个电源、或互为备用的大容量电动机或用电负荷，均应分别接至对应的成对LC。

动力箱的供电范围包括：

●延伸“系统集中”原则，向远端集中负荷群供电

●向并不直接参与工艺或公用系统运行的杂散负荷供电，包括实验室、检测、吊运、检修等用电设施

●向单相杂散负荷供电。

3、直流及不间断电源系统（UPS）

●构成直流系统的基本功能单元包括，一个蓄电池组、一套充电装置、一套直流屏（直流母线）

●出于运行灵活性和系统可用性/可靠性考虑，可设置备用充电装置

●蓄电池组和充电装置并联接至直流母线

●直流母线直接向直流负荷供电，或配出馈线至不同属性的直流负荷组

●由低压交流电气系统MCC母线供电的充电装置作为直流系统正常工作电源，在向直流母线供电的同时向蓄电池组充电，并设有限流功能

●失去交流电源或充电装置不可用时，蓄电池自动向直流母线供电

●用于动力负荷供电的直流系统应单独设置，避免与控制负荷混用造成的干扰

●不间断电源系统（UPS）的基本功能单元包括，一个由电厂低压交流电源供电的调压变压器、一套由直流母线供电的逆变器、一个静态切换开关、一套不间断电源屏（不间断电源交流母线）

●逆变器为正常工作电源，由直流配电屏供电的调压变压器为高质量备用电源

●调压变压器与逆变器并联连至不间断交流母线，通过静态切换开关实现不间断投切

●不间断交流母线直接向不间断电源负荷供电（主要是仪表负荷），或配出馈线至不同属性的负荷组

4、冗余通道一致性

●冗余负荷（包括安全和非安全级）分别由成对冗余母线供电，保持电源通道的一致性。对于奇冗余度负荷，应根据冗余母线的负荷均衡情况均衡调配负荷；

●有联动要求的非冗余负荷（如泵与出口阀等，包括同一或不同工艺系统的用电设备），由同一母线或同一电源系列供电，以确保这些设备同时有电或无电。其中同一电源系列包括：由同一低压配电变供电的LC、MCC或动力箱；由同一LC母线供电的MCC或动力箱；由同一MCC母线供电的动力箱。

综上所述，该电厂安全系统采用非能动设计，事故期间交流电源的依赖程度大大降低。然而，出现异常事故工况时，运行人员应严格按照相关的异常或者应急运行规程开展电源的恢复工作，尽快恢复交流电源供应，确保机组进入安全状态。

参考文献

[1]火力发电厂厂用电设计技术规程DLT5153-2014中华人民共和国电力行业标准.

[2]直流电源系统通用技术规范1109001-0220/0330/0500/0750-00国家电网公司物资采购标准（2009年版）.