王艷婷,劉宙鋒
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海洋核動力平臺不間斷電源設(shè)計概要
王艷婷,劉宙鋒
(武漢第二船舶設(shè)計研究所,湖北 武漢 430064)
綜合考慮核電的高可靠性要求以及船舶的孤島運行要求,本文對海洋核動力平臺不間斷電源的設(shè)計要點進行了概況總結(jié),對海洋核動力平臺不間斷電源設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的制定有著重大的意義。
海洋核動力平臺 不間斷電源
海洋核動力平臺是船舶工程與核能工程的有機結(jié)合的整體,在國內(nèi)外尚屬首次應(yīng)用。海洋核動力平臺既要滿足核電站的高可靠性要求,也要考慮到船舶孤島運行的實際情況,而且在經(jīng)濟性指標(biāo)的要求下,對于海洋核動力平臺電力系統(tǒng),尤其是造價成本較高的不間斷電源有著非常高的設(shè)計要求。因此,針對海洋核動力平臺的不間斷電源設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的制定有著重要的意義。
不間斷電源是在發(fā)電機組(包括汽輪發(fā)電機組、柴油發(fā)電機組等)故障的情況下,臨時為船舶提供不間斷直流電源和交流電源的電源裝置。
海洋核動力平臺不間斷電源的設(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)?,F(xiàn)就海洋核動力平臺不間斷電源設(shè)計要點論述如下。
1)考慮到應(yīng)急發(fā)電機的啟動時間,應(yīng)急電力系統(tǒng)必須配置過渡電源[1,2]。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。
2)UPS系統(tǒng)必須能對核電廠重要負(fù)荷提供可靠的、經(jīng)過穩(wěn)壓和濾波的不間斷電源[3,4]。
3)除設(shè)有自動起動應(yīng)急發(fā)電機的貨船外,當(dāng)應(yīng)急電源為應(yīng)急發(fā)電機時,還應(yīng)設(shè)置蓄電池組作為臨時應(yīng)急電源[5,6]。
4)船舶在海上時,應(yīng)始終可獲得足夠的電源供無線電裝置工作,并對作為無線電裝置的1個或多個備用電源組成部分的蓄電池進行充電[6]。
圖1 海洋核動力平臺不間斷電源分類
由于過渡電源的供電對象分為1E級和N1E級兩種,而1E級設(shè)備必須由1E級不間斷電源供電,考慮到1E級不間斷電源成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于N1E級不間斷電源,因此,將海洋核動力平臺的不間斷電源分為1E級不間斷電源和N1E級不間斷電源。圖1為海洋核動力平臺不間斷電源的分類圖。
1E級不間斷電源由1E級UPS和1E級蓄電池組構(gòu)成,是平臺最重要的設(shè)備,為不允許斷電的1E級設(shè)備(如反應(yīng)堆冷卻劑泵)供電,以確保在應(yīng)急柴油發(fā)電機起動前,平臺不會因短時斷電而引發(fā)核安全事故[3,4]。
2.1.1 1E級不間斷電源的供電方式
1E級不間斷電源采用在線型UPS供電方式,并帶有旁路和轉(zhuǎn)換開關(guān),在UPS主路正常工作時,交流電網(wǎng)通過UPS充電器和逆變器為負(fù)荷供電。當(dāng)UPS主路故障的情況下,可以自動切換到旁路工作,此時,交流電網(wǎng)通過UPS旁路為負(fù)荷供電。在交流電網(wǎng)故障的情況下,蓄電池組通過逆變器為負(fù)荷供電。如圖2所示:
圖2 海洋核動力平臺1E級不間斷電源供電流程圖
結(jié)合船級社及SOLAS要求,將海洋核動力平臺的N1E級不間斷電源分為普通非核級不間斷電源、臨時應(yīng)急電源、無線電專用電源。如圖3所示。
圖3 海洋核動力平臺N1E級不間斷電源分類
2.2.1普通非核級不間斷電源
普通非核級不間斷電源由N1E級UPS和N1E級蓄電池組構(gòu)成,主要為斷電可能造成較大經(jīng)濟損失(一般與安全無關(guān))的N1E級設(shè)備供電,以確保在備用電源起動前,海洋核動力平臺不會因短時斷電而造成重大經(jīng)濟損失。普通非核級不間斷電源沒有布置要求。
由于普通非核級不間斷電源對于供電連續(xù)性的要求低于1E級不間斷電源,因此基于經(jīng)濟性的考慮,普通非核級不間斷供電方式采用相對效率較高的后備型UPS供電方式,并帶有旁路和轉(zhuǎn)換開關(guān),正常情況下,交流電網(wǎng)直接通過旁路為負(fù)荷供電。在交流電網(wǎng)故障的情況下,可以自動切換到主路工作,此時,蓄電池組通過逆變器為負(fù)荷供電。流程圖和1E級不間斷電源供電的流程圖類似,參見圖2。
2.2.2臨時應(yīng)急電源
臨時應(yīng)急電源由充電器和24 V蓄電池組構(gòu)成,為船舶必要的安全設(shè)備供電[5,6]。臨時應(yīng)急電源的供電范圍,應(yīng)充分考慮船級社和海事局的要求,嚴(yán)格遵守相關(guān)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)。臨時應(yīng)急電源必須布置在最高一層連續(xù)甲板以上。
臨時應(yīng)急電源的負(fù)荷為直流24 V負(fù)荷,正常情況下,交流電網(wǎng)通過充電器為負(fù)荷供電,同時為蓄電池組充電。在交流電網(wǎng)故障的情況下,蓄電池組為負(fù)荷供電。如圖4所示:
圖4 海洋核動力平臺臨時應(yīng)急電源供電流程圖
2.2.3無線電專用電源
無線電專用電源由充電器和24 V蓄電池組構(gòu)成,便于遇險和安全通信[6]。臨時應(yīng)急電源的供電范圍,應(yīng)充分考慮SOLAS的要求,嚴(yán)格遵守相關(guān)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)。無線電專用電源必須布置在最高一層連續(xù)甲板以上[5,6]。
無線電專用電源供電方式與臨時應(yīng)急電源的供電方式基本相同,負(fù)荷為直流24 V負(fù)荷,正常情況下,交流電網(wǎng)通過充電器為負(fù)荷供電,同時為蓄電池組充電。在交流電網(wǎng)故障的情況下,蓄電池組為負(fù)荷供電,專用電源供電流程圖與應(yīng)急電源的類似,參見圖4。
海洋核動力平臺對于中國核動力船舶的發(fā)展意義至關(guān)重要,本文對于海洋核動力平臺的不間斷電源的設(shè)計提出了幾種分類方法和設(shè)計方向。海洋核動力平臺不間斷電源系統(tǒng)的安全性、可靠性以及經(jīng)濟性都是需要重點考慮的問題,應(yīng)充分考慮孤島運行下的高安全可靠性要求,兼顧核電和海事領(lǐng)域的雙重特點,同時要制定新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。
[1] 屈玉鑫, 萬安太. 核商船安全規(guī)范[S]. 第五章第二部分, 1981.
[2] 張力, 劉宙鋒等. 海洋核動力平臺電力系統(tǒng)設(shè)計概要[J]. 船電技術(shù), 2017(11).
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[6] 國際海事組織. 國際海上人命安全公約[S]. 北京: 人民交通出版社, 2009.
UPS Design Summary of Marine Nuclear Power Platform
Wang Yanting, Liu Zhoufeng
(Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan, 430064)
TN862
A
1003-4862(2018)10-0041-02
2018-05-07
王艷婷(1986-),女,工程師。研究方向:電氣工程及其自動化。E-mail: wangyanting2007@163.com