張 力，劉宙鋒，丁伯才，胡雙進(jìn)，崔 睿

海洋核動力平臺電力系統(tǒng)設(shè)計概要

張 力，劉宙鋒，丁伯才，胡雙進(jìn)，崔 睿

（武漢第二船舶設(shè)計研究所，武漢430064）

中國正在進(jìn)行的海洋核動力平臺國家示范工程項目，其電力系統(tǒng)設(shè)計存在著新的問題。本文以海洋核動力平臺的需求為立足點，充分兼顧核電站的設(shè)計要求以及船舶入級的要求，歸納了適用于海洋核動力平臺電力系統(tǒng)設(shè)計的要點，對海洋核動力平臺的工程設(shè)計和新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定具有較強(qiáng)的參考意義。

海洋核動力平臺 主電力系統(tǒng) 應(yīng)急電力系統(tǒng)

0 引言

從20世紀(jì)50年代起，美國、前蘇聯(lián)、日本、德國等國就開展了民用核動力船舶研究，建造了多艘核動力商船和核動力破冰船，其相關(guān)的技術(shù)比較成熟[1]。中國正在大力發(fā)展海洋核能，國家能源局已將“海洋核動力平臺示范工程”項目列入工作規(guī)劃[2]。中船重工第七一九所等單位已經(jīng)開展了海洋核動力平臺技術(shù)方案設(shè)計工作[3]。海洋核動力平臺是船舶工程與核能工程的有機(jī)結(jié)合的新領(lǐng)域，系統(tǒng)工程復(fù)雜，市場前景廣闊，能帶來良好的經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境效益。

1 海洋核動力平臺電力系統(tǒng)的特點

與陸上核電站相比，海洋核動力供電平臺相當(dāng)于一個孤島發(fā)電站，沒有連接廠外電源[4]，電站容量有限，電站內(nèi)部系統(tǒng)動態(tài)控制頻繁，其供電安全性、可靠性由平臺自身保證。海洋核動力平臺電力系統(tǒng)具有以下典型特點。

1）海洋核動力平臺采用核能發(fā)電，必須高標(biāo)準(zhǔn)高要求，確保核安全級設(shè)備連續(xù)可靠供電。

2）海洋核動力平臺海洋環(huán)境條件惡劣，并且電氣設(shè)備的布置空間十分有限。

3）海洋核動力平臺電力系統(tǒng)的對外發(fā)電量在其接入端電網(wǎng)中的容量占比相對較高，接入端電網(wǎng)的波動也會直接影響平臺電力系統(tǒng)。

4）海洋核動力平臺電力系統(tǒng)中的各種電源和負(fù)載投切時，對平臺電力系統(tǒng)的沖擊較大。

2 海洋核動力平臺電力系統(tǒng)的設(shè)計要點

海洋核動力平臺電力系統(tǒng)的設(shè)計，應(yīng)充分兼顧核電站的設(shè)計要求以及海上船舶入級的要求，嚴(yán)格遵守相關(guān)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)[5-12]。配置單個反應(yīng)堆的海洋核動力平臺電力系統(tǒng)設(shè)計要點如下。

1）海洋核動力平臺電力系統(tǒng)應(yīng)包含主電力系統(tǒng)和應(yīng)急電力系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)。主電力系統(tǒng)由工作主發(fā)電機(jī)、備用發(fā)電機(jī)和主配電系統(tǒng)組成，并向全船和反應(yīng)堆負(fù)荷供電。應(yīng)急電力系統(tǒng)由應(yīng)急動力源及其應(yīng)急配電系統(tǒng)組成，它為保障全船和反應(yīng)堆安全所必需的負(fù)荷供電[1]。

2）單堆配置的主電力系統(tǒng)，應(yīng)至少配置2套工作主發(fā)電機(jī)組和至少1臺與工作主發(fā)電機(jī)組獨立的備用發(fā)電機(jī)，這些發(fā)電機(jī)組的臺數(shù)和容量，應(yīng)能在任一發(fā)電機(jī)及其原動機(jī)和輔機(jī)的單個部件故障，不應(yīng)導(dǎo)致反應(yīng)堆緊急停堆和船舶機(jī)動性的喪失[1]。當(dāng)任一發(fā)電機(jī)組停止工作時，主電力系統(tǒng)的其他電源應(yīng)能在數(shù)分鐘內(nèi)恢復(fù)對保持平臺正常作業(yè)和可居住條件所必須的100%電力，以及為蒸汽發(fā)生裝置起動或冷卻要求的必要設(shè)備供電，而不需求助于應(yīng)急電源。此情況下，允許對平臺不涉及安全性的非重要設(shè)備卸載。

3）主電力系統(tǒng)應(yīng)有足夠的發(fā)電能力來提供為維持船舶正常操縱和可居住條件所必須的100%電力。備用發(fā)電機(jī)應(yīng)有足夠的容量來保證核蒸汽供給系統(tǒng)冷態(tài)啟動和維持船舶正常操作和可居住條件所需的100%電力[1],[5-6]。

4）主電力系統(tǒng)至少要分為兩個區(qū)段，每個區(qū)段均配置主開關(guān)板，且每區(qū)段至少由1臺工作主發(fā)電機(jī)供電。主電力系統(tǒng)的各個區(qū)段之間可以通過自動開關(guān)進(jìn)行互聯(lián)，必須要保證在某一條區(qū)段故障時任一條區(qū)段都能夠自動與之?dāng)嚅_[1],[5-6]。

5）主電力系統(tǒng)包含平臺自用電的中低壓供配電系統(tǒng)和平臺對外輸送電的中高壓輸配電系統(tǒng)。目前，海洋船舶電力系統(tǒng)電制最高為10 kV，而平臺通過數(shù)十千米長度的海底電纜來輸送幾十MW的電能，采用35 kV及以上的中高壓電制是更好的選擇，但是在海洋船舶領(lǐng)域沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗和標(biāo)準(zhǔn)可以直接照搬[5-6]，需要充分論證。

6）應(yīng)急電力系統(tǒng)要具有足夠的獨立性、冗余性和可測試性以滿足它的安全功能，應(yīng)急電力系統(tǒng)必須滿足單一故障準(zhǔn)則[1],[7-9]。

7）單堆配置的應(yīng)急電力系統(tǒng)至少分成2個獨立的多重序列，每一個序列必須具有由它提供動力的系統(tǒng)能執(zhí)行其安全功能所需的可靠性，各個序列之間必須進(jìn)行物理隔離和功能隔離[1],[7-9]。

8）平臺的應(yīng)急電力系統(tǒng)中涉及核安全的電氣設(shè)備，必須同時具備核安全級（1E級）資質(zhì)和海上船舶入級資質(zhì)。對這個新領(lǐng)域電氣設(shè)備的設(shè)計、制造、質(zhì)保、鑒定、監(jiān)管等方面[5-6],[10]，提出了新的要求，新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范亟待設(shè)立。

9）與應(yīng)急功能無關(guān)的電氣設(shè)備和非電設(shè)備都不應(yīng)布置在應(yīng)急電站之內(nèi)[1],[5-6]。

10）考慮到應(yīng)急發(fā)電機(jī)的啟動時間，應(yīng)急電力系統(tǒng)必須配置過渡電源[1],[5-6],[11-12]。在主電力系統(tǒng)失電的情況下，應(yīng)急電力系統(tǒng)首先由過渡電源（例如蓄電池組）自動向應(yīng)急電網(wǎng)不間斷提供電能，待應(yīng)急發(fā)電機(jī)啟動成功并具備帶載能力后，替代過渡電源向應(yīng)急電網(wǎng)連續(xù)供電。

3 結(jié)論

中國正在進(jìn)行的海洋核動力平臺示范工程意義重大，本文對該平臺的電力系統(tǒng)設(shè)計做了幾點總結(jié)，在這個新領(lǐng)域設(shè)計電力系統(tǒng)，安全可靠是首要考慮的問題，應(yīng)充分兼顧陸上核電領(lǐng)域以及海事領(lǐng)域的雙重要求，也要制定新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

[1] 屈玉鑫，萬安太. 俄羅斯核商船安全規(guī)范[S],第五章第二部分,1981.

[2] 國家能源科技“十二五”規(guī)劃,國家發(fā)展改革委員會,2011.

[3] 《國家發(fā)展改革委辦公廳關(guān)于海洋核動力平臺國家能源科技重大示范工程的復(fù)函》（發(fā)改辦能源[2015]3477號）.國家發(fā)展改革委員會,2015.

[4] 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會. GB/T 13177-2008核電廠優(yōu)先電源[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[5] 中國船級社. 鋼制海船入級規(guī)范[S].北京:中國船級社,2014.

[6] 中國船級社. 海上浮式裝置入級規(guī)范[S].北京:中國船級社,2014.

[7] 中國國家核安全局. HAD102-13-1996核電廠應(yīng)急動力系統(tǒng)[S].北京:中國國家核安全局,1996.

[8] 中國國家能源局. NB-T 20051-2011核電廠廠用電系統(tǒng)設(shè)計準(zhǔn)則[S].北京，中國國家能源局,2011.

[9] 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會. GB/T 13626-2008單一故障準(zhǔn)則應(yīng)用于核電廠安全系統(tǒng)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[10] 中國國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會. EJ-T 1197-2007核電廠安全級電氣設(shè)備質(zhì)量鑒定試驗方法與環(huán)境條件[S].北京:中國國防科技工業(yè)局,2007.

[11] 中國國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會. EJ-T 625-2004核電廠備用電源用柴油發(fā)電機(jī)組準(zhǔn)則[S].北京:中國國防科技工業(yè)局, 2004.

[12] 中國國家能源局. NB/T20062-2012核電廠不間斷電源系統(tǒng)蓄電池組[S].北京:中國國家能源局,2012.

Design Essentials of Power System at Offshore Nuclear Power Platform

Zhang Li, Liu Zhoufeng, Ding Bocai, Hu Shuangjin, Cui Rui

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

TM711

A

1003-4862（2017）11-0036-02

2017-08-15

張力(1986-)，男，工程師，碩士。研究方向：船舶電力系統(tǒng)。