核電群堆模式下機(jī)組間互供電策略分析

王洪軍

【摘 要】福島事故后，機(jī)組在應(yīng)對(duì)超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故如SBO事件等緊急工況時(shí)的供電配置，受到了國(guó)內(nèi)外核電領(lǐng)域的關(guān)注。通過(guò)對(duì)某核電廠供電系統(tǒng)配置的分析，提出了可行的互供電改進(jìn)方案，由安全機(jī)組向失電機(jī)組的互供電，來(lái)保證對(duì)反應(yīng)堆安全需要的應(yīng)急負(fù)荷進(jìn)行供電。

【關(guān)鍵詞】群堆模式；互供電；福島事故；改進(jìn)

0 引言

核電作為清潔的非化石類能源，在國(guó)內(nèi)已經(jīng)形成規(guī)?；⒒鼗呐畈l(fā)展。隨著國(guó)內(nèi)核電機(jī)組的增加，目前國(guó)內(nèi)沿海各省核電發(fā)展已逐步形成以基地為核心的群堆管理模式。在現(xiàn)有核電的設(shè)計(jì)中，單機(jī)組供電可靠性能夠滿足設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故工況下的供電要求。但由于福島事故的發(fā)生，使我們認(rèn)識(shí)到進(jìn)一步提高機(jī)組供電的可靠性，可以使核電機(jī)組的安全性得到進(jìn)一步的加強(qiáng)補(bǔ)充。

1 核電機(jī)組供電系統(tǒng)配置現(xiàn)狀

核電機(jī)組的供電設(shè)計(jì)是按照核安全法規(guī)要求，以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，按照多樣性、獨(dú)立性、冗余性的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的，保證在設(shè)計(jì)工況下為電站的設(shè)備提供安全可靠的電源，并對(duì)核安全有關(guān)的系統(tǒng)和設(shè)備提供應(yīng)急電源，以確保核電站的安全運(yùn)行。

某核電廠在機(jī)組正常運(yùn)行期間，通過(guò)廠變?yōu)殡娬咎峁S用電。在機(jī)組停運(yùn)期間，可通過(guò)500kV開關(guān)站經(jīng)主變倒送電進(jìn)行供電。為提高電站機(jī)組的供電可靠性，設(shè)計(jì)上還為機(jī)組提供了220kV備用電源進(jìn)行供電。當(dāng)正常廠用電以及500kV正常電源無(wú)法供電時(shí)，可通過(guò)220kV開關(guān)站經(jīng)輔變?yōu)闄C(jī)組進(jìn)行備用供電。備用供電運(yùn)行時(shí)，通過(guò)廠用6kV中壓母線主輔電源進(jìn)線開關(guān)的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體中壓母線供電接線見圖1。

同時(shí)一旦主變/輔變皆不能實(shí)現(xiàn)使6KV中壓母線帶電，也就是通常所說(shuō)的失去所有廠外電源，這時(shí)就需要由柴油機(jī)即廠內(nèi)電源來(lái)直接帶載中壓安全母線LHA/B，保證反應(yīng)堆的安全功能。

電站還設(shè)置了全廠應(yīng)急柴油機(jī)，在單元機(jī)組應(yīng)急柴油機(jī)不可用時(shí)，全廠應(yīng)急柴油機(jī)可作為備用柴油機(jī)替代正常柴油機(jī)向中壓應(yīng)急母線供電。具體供電接線見圖2。

由于福島事故的發(fā)生，使我們認(rèn)識(shí)到超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故發(fā)生的概率，隨著自然環(huán)境的變化是有所提升的。尤其是如果發(fā)生SBO（STATION BLACKOUT，全廠斷電）事件，將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。類似于福島的超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)極小概率事故的發(fā)生，被證明會(huì)首先失去正常廠內(nèi)電源和廠外電源。廠內(nèi)的應(yīng)急電源也會(huì)受到影響，可能部分失去或全部失去。

根據(jù)目前核電機(jī)組的供電配置情況，為提高供電可靠性進(jìn)而提高機(jī)組應(yīng)對(duì)如SBO等緊急工況下的能力，群堆管理模式下機(jī)組間的相互供電是應(yīng)對(duì)措施之一。

2 機(jī)組間相互供電的方案

2.1 通過(guò)LGIA/B中壓母線互供電的方案

將9LGIA同時(shí)連接到1LGC和2LGD，可以實(shí)現(xiàn)相鄰單元的兩臺(tái)機(jī)組間的相互供電。對(duì)8LGIA、8LGIB同理。具體供電接線見圖3。

此方案利用現(xiàn)系統(tǒng)中的配電柜，無(wú)需進(jìn)行改造，只需要對(duì)LGIA/B母線及相連接的開關(guān)柜進(jìn)行解除供電聯(lián)鎖操作。LGIA/B母線容量與LHA/B的容量均為1250A，在需緊急互供電時(shí)狀態(tài)時(shí)由于機(jī)組已經(jīng)停堆，主要保證反應(yīng)堆的余熱排出功能，因此母線容量是能夠滿足供電要求的。緊急時(shí)需供電的負(fù)荷情況見表1（以其中LHA母線為例）：

通過(guò)LGIA/B中壓母線進(jìn)行互供電，由于是相鄰單元機(jī)組，因此如發(fā)生類似福島的事件，則有較大概率為相鄰機(jī)組同時(shí)失去電源，進(jìn)而導(dǎo)致此互供電方案的失效。但此方案也可以作為機(jī)組間互供電的手段之一。

2.2 兩路220kV備用電源互供電方案

利用兩條220KV進(jìn)線，通過(guò)兩個(gè)220kV開關(guān)站之間聯(lián)絡(luò)線和0/5LGR母線，實(shí)現(xiàn)四臺(tái)機(jī)組互供電。0LGR與5LGR兩條母線間的聯(lián)絡(luò)線母聯(lián)開關(guān)接通，可以對(duì)9LGR或者8LGR母線向下對(duì)6kV母線LGC/D進(jìn)行供電。具體供電接線見圖4。

兩路220kV備用電源的互供電，是利用機(jī)組擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)中的倒送電方案，備用電源母線、配電柜等負(fù)荷容量滿足機(jī)組間互供電的要求。在發(fā)生如SBO事件時(shí)可通過(guò)備用電源互供電為機(jī)組中壓應(yīng)急母線供電，實(shí)現(xiàn)四臺(tái)機(jī)組間的互供電。此方案由于220kV備用電源為戶外供電塔形式的供送電形式，在地震發(fā)生后有很大概率失去供電。但此方案也可以作為機(jī)組間互供電的手段之一。

2.3 全廠應(yīng)急母線互供電方案

使用全廠應(yīng)急柴油機(jī)的供電配置設(shè)計(jì)，以全廠應(yīng)急柴油機(jī)母線0LHT為結(jié)點(diǎn)，通過(guò)0LHT001TB和0/5LHT中壓母線線路向各機(jī)組6KV中壓安全母線供電，實(shí)現(xiàn)機(jī)組間的互供電。

該方案以現(xiàn)全廠應(yīng)急柴油機(jī)供電接線方案為參考（見圖2），需對(duì)全廠應(yīng)急柴油機(jī)配電柜進(jìn)行升級(jí)改造，并對(duì)供電路徑內(nèi)的應(yīng)急配電線路進(jìn)行升級(jí)改造，進(jìn)一步提高抗震、防水、防火等的等級(jí)要求，如使用加固充油電纜等方案。該方案與現(xiàn)系統(tǒng)的供電設(shè)計(jì)，主要是供電安全連鎖設(shè)計(jì)有沖突，因此需對(duì)柴油機(jī)、應(yīng)急母線段鑰匙連鎖系統(tǒng)進(jìn)行變更設(shè)計(jì)。全廠應(yīng)急母線0/5LHT母線容量為1250A，與LHA/B的容量相同，考慮到相互供電時(shí)是通過(guò)LHA/B來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此容量滿足要求。因此此方案可以作為機(jī)組間互供電的手段之一。

2.4 三個(gè)方案的對(duì)比

表2 機(jī)組間互供電方案對(duì)比

3 群堆模式下基地間機(jī)組的互供電

由于我們國(guó)家地理環(huán)境和目前國(guó)內(nèi)核電政策的限制，核電廠址目前形成以基地為單位，集中分布在沿海的特點(diǎn)，按照歷史上發(fā)生地震等自然災(zāi)害的概率較低，以及其他如水文環(huán)境、發(fā)生事故的后果等進(jìn)行篩選得來(lái)的。利用核電機(jī)組這樣分布的特點(diǎn)，在同一核電基地內(nèi)，應(yīng)對(duì)超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故如SBO事件等緊急工況時(shí)，不同電廠不同堆型之間的應(yīng)急供電支持，也是群堆管理模式下基地間機(jī)組相互供電的應(yīng)對(duì)措施之一。

3.1 可移動(dòng)式應(yīng)急電源供電方案

根據(jù)福島事故的經(jīng)驗(yàn)反饋，國(guó)內(nèi)核電廠已經(jīng)以基地為單位配置了中壓移動(dòng)式應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)車，在發(fā)生SBO時(shí)可保證在1h內(nèi)，將應(yīng)急廠用電系統(tǒng)LHA/B母線的進(jìn)線切換到移動(dòng)式應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)車，為反應(yīng)堆通過(guò)自然循環(huán)帶出堆芯余熱所需必要的負(fù)荷提供后備電源。

以某核電基地為例，分別配置了1臺(tái)1500KW中壓（6.3kV）移動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)；2臺(tái)500KW低壓（380V）移動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)；2臺(tái)車載柴油機(jī)移動(dòng)泵以及相關(guān)配套設(shè)施。中壓移動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷容量設(shè)計(jì)：低壓安注泵（350）+設(shè)備冷卻水泵（630）+應(yīng)急照明（14）+控制和監(jiān)測(cè)（50）=1044（KW），考慮啟動(dòng)電流影響后確定為1500KW。

3.2 增設(shè)替代交流電源（ACC電源）方案

考慮到基地內(nèi)各電廠電源配置不盡相同，從供電可靠性以及供電能力的要求，選擇電廠廠址高位合適區(qū)域增設(shè)替代交流電源（ACC電源），形成標(biāo)準(zhǔn)的一臺(tái)機(jī)組應(yīng)急電源一用一備的供電配置，同時(shí)對(duì)各電廠間的ACC電源相連接，以實(shí)現(xiàn)群堆模式下基地間機(jī)組的互供電。

增設(shè)一臺(tái)非安全級(jí)的柴油發(fā)電機(jī)組，功率與安全級(jí)柴油機(jī)相同，正常運(yùn)行處于熱備用狀態(tài)，與電廠設(shè)備不相連接，當(dāng)發(fā)生如SBO事件等緊急事故時(shí)再與電廠系統(tǒng)連接，為保證反應(yīng)堆安全需要的負(fù)荷進(jìn)行供電。ACC電源要求具有獨(dú)立的控制支持系統(tǒng)，與電廠正常應(yīng)急電源不同的設(shè)計(jì)以避免共模故障。

各電廠間的ACC電源相連接路徑，應(yīng)滿足可應(yīng)對(duì)超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故如SBO事件等緊急工況時(shí)的抗震、防水、防火等要求，可以作為基地間機(jī)組互供電的“生命線”，可作為核安全最后一道屏障的一部分。

4 結(jié)束語(yǔ)

群堆模式下的互供電改進(jìn)思路，主要是從機(jī)組目前應(yīng)急母線的配置進(jìn)行分析的。但我們知道母線是“主動(dòng)脈”，最后執(zhí)行保護(hù)功能的依然是設(shè)備。因此對(duì)于電廠內(nèi)0M及以下標(biāo)高涉及的重要設(shè)備，提高設(shè)備的供電可靠性也應(yīng)是我們應(yīng)對(duì)超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故如SBO事件等緊急工況時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題之一。

5 結(jié)論

核電群堆模式下的互供電，在應(yīng)對(duì)超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故如SBO事件等緊急工況時(shí)，提升核電機(jī)組供電的安全性和靈活性，是有效防止類似福島事件等自然災(zāi)害造成電廠失電對(duì)電廠破壞的手段之一，可有效加強(qiáng)電廠的縱深防御能力。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]