王 寧

（中國電力工程顧問集團公司，北京 100120）

近年來，隨著我國能源政策的不斷調整，核電方針由“適度發(fā)展核電”調整為“積極推進核電建設”，核電事業(yè)得到快速發(fā)展。2007年10月，國務院頒布了《核電中長期發(fā)展規(guī)劃(2005—2020年)》，明確到2020年我國核電運行裝機容量將達到4 000萬kW，在建核電容量保持1 800萬kW左右，核電占全部電力裝機容量的比重從現(xiàn)在的不到2%提高到4%。2008年11月，國家能源局又提出調整意見，到2020年我國核電運行裝機容量調整為7 000萬kW，在建裝機容量3 000萬kW，核電占電力裝機比重將達到5%以上。

1 我國核電機組設計現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)有設計能力

通過秦山一、二期的自主設計以及大亞灣、嶺澳等核電項目的聯(lián)合設計，我國具備了300 MW（CN P300）、600 MW（CN P600）級壓水堆核電站自主設計的能力，也具備了以我為主、中外合作設計1 000 MW級壓水堆核電站的能力?！笆晃濉逼陂g，利用秦山二期和嶺澳一期已有成熟技術并“翻版加改進”，建設秦山二期擴建和嶺澳二期等一大批二代改進型核電工程；同時引進三代核電技術AP1000和EPR，建設浙江三門、山東海陽和廣東臺山核電工程。在消化、吸收的基礎上進一步優(yōu)化改進，提高核電機組的安全性和經濟性，逐步完善我國獨立自主設計1 000 MW級核電站的能力。經過數(shù)十年的努力，設計單位積累了國內外大量的核電設計標準及規(guī)范，并針對工程需要處理了許多國外標準之間、國外和國內標準之間的接口和轉化。我國的核電工程設計目前已逐步過渡為國內企業(yè)自主完成設計，形成中國先進壓水堆核電站品牌和批量化建設的設計能力。

1.2 主要差距

我國要實現(xiàn)核電自主設計、自主制造、自主建設和自主運營的國產化目標，首先要加強標準化建設，建立自己的核電規(guī)范和標準體系。目前，我國已初步建立一套有關核電站選址、設計、建造、運行和退役的法規(guī)體系，但尚未形成完整的核電站系統(tǒng)及設備設計的標準體系，采用的規(guī)范和標準主要由三方面組成：（1）技術輸出國規(guī)范和標準，主要是法國、美國標準；（2）國際通用或國外規(guī)范和標準；（3）國內現(xiàn)有規(guī)范和標準。由于各標準之間存在諸多不一致，在一定程度上給標準的選用和執(zhí)行帶來了復雜性；同時也有悖于國家引進、消化、吸收國外技術，實現(xiàn)核電自主化、設備本地化的指導思想。因此還需要在中外合作、技術引進及工程實踐過程中，消化、吸收國外先進經驗，如美國ASME、法國RCC及IEEE等國外、國際標準，逐步完善我國核電設計標準體系。

2 對核電機組電氣設計的幾點意見

2.1 廠用電壓等級

國內已建及在建核電機組廠用電壓等級見表1。

表1 廠用電壓等級Table 1 Scale of service voltage

目前，我國對于核電站電氣系統(tǒng)及設備設計尚未頒布較為系統(tǒng)的規(guī)范和標準，在工程應用方面操作性不強，國內核電站電氣設計在參照我國標準的同時還要參考國外成熟、通用的標準系列，一般較多采用IEEE和RCC-E標準，由此產生了各標準之間不一致的問題。根據《IEC標準電壓》（I E C60038：2002），標稱電壓400/690 V及6.6 kV均為IEC標準電壓；而按照《標準電壓》（GB/T 156—2007），根據我國設計及設備制造實際情況，將以上電壓分別修改為380/660 V及6 kV；此外，根據參考電站設計，大亞灣及嶺澳一、二期工程直流電壓等級采用230 V、115 V、48 V和30 V，其中230 V、115 V即非我國的標準電壓，也非IEC標準電壓。

依據我國火電項目技術引進的經驗以及秦山一、二期等工程的招標經驗，國外設備制造商能夠滿足我國國標要求，因此從有利于設備國產化等方面考慮，廠用電壓等級應逐步過渡到我國的國家標準上來。經過設計單位的不斷改進，目前已將230 V、115 V直流電壓修改為220 V、110 V；對于48 V直流系統(tǒng)，核島部分仍然保留，BOP部分全部取消；30 V直流系統(tǒng)已取消。

近期設計的M310改進型核電機組，給水系統(tǒng)由大亞灣、嶺澳一期的每臺機組2臺汽動給水泵加1臺啟動/備用電動給水泵改為每臺機組設3臺電動給水泵，輔助鍋爐由燃油鍋爐普遍改為電鍋爐，有些工程還增加了海水淡化等裝置，引起廠用電負荷的增加和最大單臺電動機容量的提高，帶來短路容量增大、啟動壓降大等一系列問題。當采用參考電站的6.6 kV電壓等級時，6.6 kV系統(tǒng)短路水平已接近50 kA，同時電動機正常啟動電壓也已接近有關規(guī)程要求下限，而且6.6 kV不是我國標準電壓等級。因此，應綜合考慮工藝系統(tǒng)負荷、設備供應情況以及有利于國產化等因素，結合廠用電接線設計方案及廠用配電裝置布置，對廠用電壓等級進行技術經濟論證后確定。

2.2 220 kV輔助變壓器的設置及布置

國內已建及在建核電機組輔助變壓器的設置及布置見表2。

表2 輔助變壓器的設置及布置Table 2 Configuration and deployment of auxiliary transformer

根據《核電廠優(yōu)先電源》（GB/T 13177—2000，等效采用IEEE Std 765—1995），有如下內容：“3.4核電廠優(yōu)先電源是在事故和事故后工況下，從輸電系統(tǒng)優(yōu)先給安全級電力系統(tǒng)供電的電源”以及“7.1在多機組核電廠里，2臺或2臺以上的機組可以共用優(yōu)先電源”。由于西屋公司AP1000標準設計是按照單堆系統(tǒng)設計的，每臺機組設置一套優(yōu)先電源，即每臺機組設2臺輔助變壓器；而其他堆型則是2臺機組設置一套優(yōu)先電源，即2臺機組共用2臺輔助變壓器；因此相對其他堆型AP1000輔助變壓器的數(shù)量增加了一倍，而AP1000采用的是非能動安全系統(tǒng)，對交流電源的要求為非安全級的。西屋公司對于其標準設計能否進一步優(yōu)化始終未給出合理解釋，還需要我們在引進、消化過程中根據機組運行方式及輔助電源的作用，進一步研究AP1000兩臺機組合設一套優(yōu)先電源的可行性。

一般來講，為減少線路的損耗和電壓降，變壓器應盡量靠近負荷布置，因此核電站的輔助變壓器也應盡量靠近電氣廠房。但工程設計中為方便220 kV設備的運行、管理及出線，往往將220 kV與500 kV升壓站布置在一起，全廠的輔助變壓器也集中布置在220 kV升壓站內，從而大大增加了輔助變壓器低壓側電纜的長度，增大了中壓廠用電系統(tǒng)的接地電容電流，尤其當220 kV升壓站距離電氣廠房較遠時。據統(tǒng)計，只有大亞灣和陽江核電站單獨將220 kV升壓站靠近主廠房區(qū)布置，也只有少數(shù)工程單獨將輔助變壓器靠近電氣廠房布置。從電氣專業(yè)角度，輔助變壓器宜盡量靠近電氣廠房：當500 kV升壓站距離電氣廠房較近時，220 kV升壓站及輔助變壓器可與500 kV升壓站集中布置在一起；當500 kV升壓站距離電氣廠房較遠時，可將220 kV升壓站靠近主廠房區(qū)布置或將輔助變壓器靠近電氣廠房布置。

2.3 主變壓器至高壓配電裝置的連接方式

核電站主變壓器至高壓配電裝置的連接方式包括高壓電纜、SF6氣體絕緣母線、架空線或幾種方式的混合式。我國最初引進的大亞灣核電站采用了SF6氣體絕緣母線，以大亞灣為參考電站的核電站基本都沿用了SF6氣體絕緣母線；由中核集團設計、建造的秦山一、二期、海南昌江、福清核電站則采用高壓電纜（充油式）；近期也有核電站開始采用架空線方式。

目前在火電廠中交聯(lián)式高壓電纜（XLPE）已基本取代了充油式高壓電纜，但由于國內外XLPE電纜設計壽命均不超過30年，不能滿足核電站整體設計壽命40年的要求，因此國內核電站采用了充油式高壓電纜。

國內已建及在建核電站主變壓器出線方式見表3。

出線方式技術經濟比較見表4（工程投資以某核電工程為例）。

根據《輸變電設施可靠性評價規(guī)程》（DL/T 837—2003），對輸變電設施運行可靠性評價的主要指標有可用系數(shù)、計劃停運時間、非計劃停運時間、強迫停運率等。雖然電力行業(yè)在輸變電設施可靠性評價中沒有對SF6氣體絕緣母線單獨分類，由于其與SF6全封閉組合電器（GIS）的母線結構、性能及制造標準完全相同，運行可靠性指標可參照GIS。

表3 主變壓器出線方式Table 3 Outlet mode of main transformer

表4 出線方式技術經濟比較Table 4 Technical and economic comparison for outlet modes

根據國家電監(jiān)會電力可靠性管理中心發(fā)布的2007年全國220 kV及以上電壓等級13類輸變電設施的可靠性數(shù)據，架空線路、電纜線路及全封閉組合電器的運行可靠性指標見表5。

表5 輸變電設施運行可靠性指標Table 5 Reliability index of transmission and distribution installations

由表5可見，架空線、高壓電纜和S F6氣體絕緣母線三種出線方式的可用系數(shù)相差并不大，均可滿足核電機組電力送出的可靠性要求。需要說明的是，常規(guī)架空線路大都布置在野外空曠地帶，受外界環(huán)境條件的影響較大，且檔距較長，發(fā)生雷擊、污閃、斷線、倒塔等事故的幾率相對較高；而核電站受總平面布置的限制，廠區(qū)內架空出線檔距一般較短?？傊瑥S區(qū)內的架空出線比普通輸電線路的設計標準、絕緣水平及單位投資都要高，維護條件要好，因此廠區(qū)內架空出線應該比輸電線路的可用系數(shù)（99.327%）更高一些。從投資上來說，架空線大致僅為高壓電纜的1/3、為SF6氣體絕緣母線的1/6～1/8，個別工程可能會更低，經濟效益非常明顯。國內火電廠中，不管是沿海電廠還是內陸電廠，主變壓器至高壓配電裝置普遍采用架空線連接，國外核電站采用這種方式的也有很多，具有非常成熟的運行經驗。在工程設計中，應結合廠址條件及廠區(qū)總平面布置，經技術經濟論證合理確定主變壓器至高壓配電裝置的連接方式，在條件允許的情況下優(yōu)先考慮架空線方式。

2.4 高壓配電裝置選型

高壓配電裝置主要有以下三種型式：屋外敞開式（AIS）、SF6全封閉組合電器（GIS）以及SF6混合絕緣組合電器（HGIS）。目前，我國已建及在建的核電站主要集中在沿海地區(qū)，地處電氣IV級污穢區(qū)，考慮臺風、潮濕及鹽霧對電氣設備的影響，高壓配電裝置采用防護性能較好的戶內或戶外式GIS，其中秦山一、二期采用戶外式GIS，其他工程采用戶內式GIS。目前，除秦山一期和石島灣因機組容量較小，采用220 kV電壓出線外，國內其他核電站均為500 kV出線。

500 kV戶內式GIS 、AIS和HGIS技術經濟比較見表6（工程投資以某火電工程為例，500 kV為四角形接線）。

HGIS具有AIS經濟性好的特點，同時在安全可靠性、運行維護性方面兼?zhèn)淞薌IS的特點，是介于兩者之間、更接近于GIS的一種新型配電裝置，目前火電項目中已有防城港電廠、海門電廠投入運行，對于沿海電廠或場地受限制的內陸電廠是一種新的選擇方案。按照2008年電網工程限額設計水平，500 kVHGIS參考價格為2 000萬元/串，GIS參考價格為2 700萬元/串，因此HGIS較GIS仍有較大的價格優(yōu)勢；目前，一批內陸核電項目已開展前期工作，內陸核電站通常廠址環(huán)境較好，在滿足廠區(qū)總平面布置的前提下可優(yōu)先考慮AIS方案?？傊?，應根據廠址污穢等級、場地條件及廠區(qū)總平面布置，結合地基處理、土建費用進行技術經濟論證，合理確定高壓配電裝置的型式。

3 結論及建議

（1）目前，有些核電技術輸出國的電壓等級與我國標準電壓等級存在不一致的問題，從有利于設備國產化等方面考慮，應逐步過渡到我國的國家標準上來；同時應綜合考慮工藝系統(tǒng)負荷、設備供應情況以及有利于國產化等因素，對廠用電壓等級進行技術經濟論證后確定。

（2）對于AP1000輔助變壓器的設置，應根據機組運行方式及輔助電源的作用，進一步研究兩臺機組合設一套優(yōu)先電源的可行性；為減少線路的損耗和電壓降，減少中壓廠用電系統(tǒng)的接地電容電流，核電站的220 kV升壓站宜靠近主廠房區(qū)布置、輔助變壓器宜靠近電氣廠房布置。

（3）核電站主變壓器至高壓配電裝置的連接方式目前有高壓電纜、SF6氣體絕緣母線、架空線或幾種方式的混合式，設計中應結合廠址條件及廠區(qū)總平面布置，經技術經濟論證合理確定主變壓器至高壓配電裝置的連接方式，在條件允許的情況下優(yōu)先考慮架空線方式。

（4）對于沿海核電站，考慮環(huán)境因素，高壓配電裝置通常選用戶內或戶外式GIS；對于內陸

核電站，應綜合考慮廠址污穢等級、場地條件及廠區(qū)總平面布置等因素，經技術經濟論證合理確定高壓配電裝置的型式，在滿足總平面布置的前提下優(yōu)先考慮AIS。

表6 500 kV 配電裝置技術經濟比較Table 6 Technical and economic comparison for 500 kV switchgear

對于核電機組的電氣設計，需要經歷一個引進、消化、吸收并改進的過程。對影響到核安全的設計改進，一定要慎之又慎，按照相關程序進行論證并報請有關部門審批；對于不影響核安全的常規(guī)島和BOP設計內容，可以綜合考慮廠址適用性、設計及設備制造能力等因素，在現(xiàn)有成熟技術基礎上不斷改進，進一步提高核電機組運行的安全性、經濟性，降低工程造價，最終實現(xiàn)我國核電產業(yè)自主化、本地化的建設目標。

[1] 廣東核電培訓中心，編. 900 MW壓水堆核電站系統(tǒng)與設備[M]. 北京：原子能出版社，2007.

[2] 林誠格，主編. 非能動安全先進核電廠AP1000[M].北京：原子能出版社，2008.

[3] GB/T 156—2007. 標準電壓[S].

[4] GB/T 13177—2000. 核電廠優(yōu)先電源[S].

[5] DL/T 5222—2005. 導體和電器選擇設計技術規(guī)定[S].

[6] 國內核電廠工程相關設計文件.