中國實(shí)驗(yàn)快堆接入系統(tǒng)工程建設(shè)

王 岳，李靖平，喬雪冬

（1.中國原子能科學(xué)研究院，北京 102413；2.中國電力工程顧問集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院工程有限公司，北京 100120）

中國實(shí)驗(yàn)快堆（CEFR）是國家“八六三”高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃能源領(lǐng)域的重大工程項(xiàng)目。其熱功率65 MW，電功率20 MW，采用池式堆本體結(jié)構(gòu)和鈉-鈉-水三回路熱傳輸系統(tǒng)。中國實(shí)驗(yàn)快堆工程建設(shè)總目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)其并網(wǎng)發(fā)電的功能[1]。

中國實(shí)驗(yàn)快堆于2011年7月21日成功實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。作為我國快堆工程發(fā)展的第一步并定位于實(shí)驗(yàn)堆型，中國實(shí)驗(yàn)快堆以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電作為工程建設(shè)總目標(biāo)是一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)、高起點(diǎn)的成功創(chuàng)舉，此舉大大促進(jìn)了國內(nèi)快堆工程技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，是我國科技領(lǐng)域自主創(chuàng)新、跨越發(fā)展重大戰(zhàn)略的成功實(shí)踐，為我國快堆工程的可持續(xù)發(fā)展奠定了扎實(shí)基礎(chǔ)；為我國大型商用快堆電廠的加快建設(shè)積累了經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)數(shù)據(jù)。

電廠接入系統(tǒng)工程建設(shè)是電廠實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電的物質(zhì)基礎(chǔ)，是電廠實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的基本途徑，是電廠和電網(wǎng)間的關(guān)系紐帶。在中國實(shí)驗(yàn)快堆工程的整體建設(shè)中，其接入系統(tǒng)工程建設(shè)工作充分發(fā)揮了工程進(jìn)度控制和投資控制技術(shù)，為后續(xù)類似工作開展提供了有益參考。

1 特征和籌備情況

1.1 綜述

中國實(shí)驗(yàn)快堆接入系統(tǒng)工程建設(shè)的目的有兩個(gè)：一個(gè)是實(shí)驗(yàn)快堆進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)電，其電力輸送經(jīng)接入系統(tǒng)并入地方（華北）電網(wǎng)；一個(gè)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)快堆廠用電的需要，系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)快堆正式用電線路由實(shí)驗(yàn)快堆廠外電網(wǎng)向?qū)嶒?yàn)快堆廠房?jī)?nèi)部進(jìn)行供電。根據(jù)《核電廠應(yīng)急動(dòng)力系統(tǒng)》（HAD 102/13）和《核電廠優(yōu)先電源》（GB 13177—1991）中對(duì)廠外電源和輸電線路的設(shè)置的基本要求，實(shí)驗(yàn)快堆必須保證兩路（相互獨(dú)立）外電網(wǎng)電源供給，其中主電源（第一優(yōu)先電源）的電力供應(yīng)則通過實(shí)驗(yàn)快堆接入系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)。因此，中國實(shí)驗(yàn)快堆接入系統(tǒng)工程在保證并網(wǎng)發(fā)電的同時(shí)還要充分考慮其供電可靠率和經(jīng)濟(jì)性。

1.2 特征分析

中國實(shí)驗(yàn)快堆作為電廠實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電總體上具備如下主要特征：

1）中國實(shí)驗(yàn)快堆屬于實(shí)驗(yàn)堆型，由于其實(shí)驗(yàn)特性導(dǎo)致不需要進(jìn)行長期、穩(wěn)定并網(wǎng)發(fā)電；

2）中國實(shí)驗(yàn)快堆電廠裝機(jī)容量為25 M W（單臺(tái)25 MW的機(jī)組），由于其裝機(jī)容量小，在電網(wǎng)容量較大時(shí)不會(huì)因?yàn)榉磻?yīng)堆的實(shí)驗(yàn)特性而產(chǎn)生并網(wǎng)不穩(wěn)定性繼而給電網(wǎng)造成大的沖擊，但是如此小的裝機(jī)容量不易獲得規(guī)劃評(píng)審?fù)ㄟ^；

3）中國實(shí)驗(yàn)快堆位于北京市房山區(qū)北坊村中國原子能科學(xué)研究院院內(nèi)，地處京區(qū)。由于此前北京地區(qū)無核發(fā)電歷史，給規(guī)劃及設(shè)計(jì)等的評(píng)審工作造成困難和挑戰(zhàn)；

4）接入系統(tǒng)是在京區(qū)進(jìn)行建設(shè)，造價(jià)相對(duì)較高，工程經(jīng)費(fèi)緊張。

1.3 前期籌備情況

為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與電源協(xié)調(diào)發(fā)展，確保電廠接入系統(tǒng)工程與電廠同步開展前期工作、同步建成投產(chǎn)的總要求。國家科委（原）、國家電力工業(yè)部（原）對(duì)快堆接入系統(tǒng)工程項(xiàng)目給予了高度重視并進(jìn)行了積極協(xié)調(diào)。國家科委（原）于1997年向國家電力工業(yè)部（原）行文請(qǐng)國家電力工業(yè)部（原）對(duì)快堆接入系統(tǒng)相關(guān)工作給予幫助。國家電力工業(yè)部（原）就此向華北電管局（原）行文要求華北電管局對(duì)中國實(shí)驗(yàn)快堆接入系統(tǒng)工作進(jìn)行具體協(xié)調(diào)。華北電力集團(tuán)公司（華北電管局）于2002年向北京市供電公司行文，原則同意中國實(shí)驗(yàn)快堆發(fā)電機(jī)組依照電力系統(tǒng)相關(guān)工作規(guī)定并網(wǎng)運(yùn)行。

由此中國實(shí)驗(yàn)快堆電廠并網(wǎng)工作具備了組織基礎(chǔ)。

2 總體方案簡(jiǎn)述

中國實(shí)驗(yàn)快堆電廠接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)范圍是實(shí)驗(yàn)快堆電廠接入電網(wǎng)所引起的一、二次系統(tǒng)問題和解決這些問題的方案，內(nèi)容總體包括電力系統(tǒng)、系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置、調(diào)度自動(dòng)化以及系統(tǒng)通信等部分。

2.1 技術(shù)方案

2.1.1 接入系統(tǒng)方案

根據(jù)實(shí)驗(yàn)快堆電廠的裝機(jī)容量，以35 kV或110 kV電壓接入系統(tǒng)為合理。

在進(jìn)行方案選擇階段，根據(jù)實(shí)驗(yàn)快堆站址的地理位置以及當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)情況，實(shí)驗(yàn)快堆電廠接入系統(tǒng)方案考慮兩個(gè)：其一，以35 kV電壓等級(jí)接入北京市房山區(qū)良鄉(xiāng)110 kV變電所；其二，以110 kV電壓等級(jí)接入北京市房山區(qū)良鄉(xiāng)220 kV變電所。

綜合技術(shù)與經(jīng)濟(jì)比較，北京市房山區(qū)良鄉(xiāng)220 kV變電所是地區(qū)樞紐變電所，其設(shè)備以及運(yùn)行管理水平較高，特別是對(duì)實(shí)驗(yàn)快堆電廠電力送出的可靠性較高。如果實(shí)驗(yàn)快堆電廠以35 kV電壓接入良鄉(xiāng)110 kV變電所，則會(huì)對(duì)該站在管理水平及二次方面要提出新的要求，不僅在經(jīng)濟(jì)上需要增加相應(yīng)投資，而且使電網(wǎng)運(yùn)行管理復(fù)雜化。因此，以110 kV電壓等級(jí)接入良鄉(xiāng)220 kV變電所優(yōu)于以35 kV電壓等級(jí)接入良鄉(xiāng)110 kV變電所。最終確定實(shí)驗(yàn)快堆電廠出單回110 kV線架空敷設(shè)至良鄉(xiāng)220 kV變電所的110 kV母線。

2.1.2 主要配置方案

（1）電氣及線路

1）架空線導(dǎo)線型號(hào)：LGJ-240/30；

2）架空線路路徑全長：12 km；

3）實(shí)驗(yàn)快堆電廠110 kV電氣設(shè)備短路電流水平為20 kA；

4）避雷線型號(hào)：GJ-50和OPGW復(fù)合光纜（8芯）；

5）實(shí)驗(yàn)快堆電廠由10 kV/25 MW機(jī)組和一臺(tái)110 kV/10 kV、31.5 MVA主變壓器組成發(fā)電機(jī)—變壓器接線單元。

（2）繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置

1）實(shí)驗(yàn)快堆至良鄉(xiāng)220 kV變電所線兩端各配置一面微機(jī)距離保護(hù)柜（相間距離保護(hù)、接地距離保護(hù)、零序方向過流保護(hù)、三相一次重合閘裝置及三相操作箱）。重合閘采用檢無壓重合方式，先重合；配置一臺(tái)電壓切換裝置。實(shí)驗(yàn)快堆電廠側(cè)重合閘采用檢同期重合方式，后重合。實(shí)驗(yàn)快堆電廠側(cè)配置一臺(tái)故障錄波器柜，48路模擬量，96路開關(guān)量。

2）在實(shí)驗(yàn)快堆機(jī)組接入系統(tǒng)的110 kV線路上設(shè)置解列點(diǎn)，以保證當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障在實(shí)驗(yàn)快堆機(jī)組與主系統(tǒng)發(fā)生失步時(shí)解列機(jī)組。解列點(diǎn)設(shè)在實(shí)驗(yàn)快堆至良鄉(xiāng)220 kV變電所線路實(shí)驗(yàn)快堆電廠側(cè)出線斷路器上，即在實(shí)驗(yàn)快堆電廠裝設(shè)一套失步及低周低壓解列裝置。

（3）調(diào)度自動(dòng)化

1）實(shí)驗(yàn)快堆電廠的運(yùn)行受北京區(qū)調(diào)監(jiān)視和調(diào)度管理。

2）對(duì)實(shí)驗(yàn)快堆電廠側(cè)的遠(yuǎn)動(dòng)化遙測(cè)范圍：主變壓器高壓側(cè)有功功率、無功功率、電流；發(fā)電機(jī)出口有功功率、無功功率、電流、電壓。對(duì)實(shí)驗(yàn)快堆電廠側(cè)的遠(yuǎn)動(dòng)化遙信范圍：全部斷路器位置信號(hào)、主變壓器故障信號(hào)、發(fā)電機(jī)組故障信號(hào)、線路保障信號(hào)、反應(yīng)堆運(yùn)行的正常和故障信號(hào)。

3）對(duì)良鄉(xiāng)220 kV變電所側(cè)的遠(yuǎn)動(dòng)化遙測(cè)范圍：110 kV進(jìn)線有功功率、無功功率。對(duì)良鄉(xiāng)220 kV變電所側(cè)的遠(yuǎn)動(dòng)化遙信范圍：110 kV斷路器位置信號(hào)。變電所側(cè)在原有NS-D500監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)擴(kuò)容（增加機(jī)柜一面）。

4）為配合實(shí)驗(yàn)快堆電廠接入電網(wǎng)，在北京區(qū)調(diào)側(cè)配置相應(yīng)遠(yuǎn)動(dòng)及電能量信息接收設(shè)備。

5）實(shí)驗(yàn)快堆電廠側(cè)和良鄉(xiāng)220 kV變電所側(cè)接電能量計(jì)量表，電廠側(cè)與變電所側(cè)計(jì)量表選用相同精度、相同型號(hào)產(chǎn)品。

6）實(shí)驗(yàn)快堆電廠至北京區(qū)調(diào)的遠(yuǎn)動(dòng)信息傳輸通道速率采取1 200 bit/s。

（4）系統(tǒng)通信

1）主用通道：在實(shí)驗(yàn)快堆電廠至良鄉(xiāng)220 kV變電所110 kV線路上架設(shè)一條OPGW光纜，建設(shè)電廠至變電所光纖通信線路。此光纖通信線路與良鄉(xiāng)220 kV變電所的光纖電路轉(zhuǎn)接（2兆口）至北京區(qū)調(diào)。

2）備用通道：租用一條市話線路，用于光纖通信電路故障時(shí)的應(yīng)急通信。

2.2 投資總體情況

實(shí)驗(yàn)快堆電廠接入系統(tǒng)投資主體由接入系統(tǒng)工程項(xiàng)目本體投資以及征地等補(bǔ)償費(fèi)用組成。然而實(shí)驗(yàn)快堆電廠接入系統(tǒng)建設(shè)地處京區(qū)，所經(jīng)路線上農(nóng)田、建筑物、經(jīng)濟(jì)作物布局較為密集，這個(gè)特點(diǎn)從投資控制上給實(shí)驗(yàn)快堆電廠接入系統(tǒng)建設(shè)造成極大困難。

3 工程建設(shè)的控制與實(shí)效

根據(jù)實(shí)驗(yàn)快堆工程建設(shè)總體進(jìn)度計(jì)劃（二級(jí)進(jìn)度計(jì)劃）要求，實(shí)驗(yàn)快堆重大節(jié)點(diǎn)“倒送電”的時(shí)間控制為2008年7月。屆時(shí)將由實(shí)驗(yàn)快堆電廠接入系統(tǒng)工程從外電網(wǎng)進(jìn)行受電供實(shí)驗(yàn)快堆建設(shè)及調(diào)試使用。

2002年8月，實(shí)驗(yàn)快堆電廠接入系統(tǒng)建設(shè)全面啟動(dòng)。

2003年1月“實(shí)驗(yàn)快堆1×25 MW電廠工程接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)”由中國華北電力集團(tuán)公司組織審評(píng)并通過，并作為實(shí)驗(yàn)快堆接入系統(tǒng)工程下一步設(shè)計(jì)以及施工工作開展的依據(jù)。至此完成了中國實(shí)驗(yàn)快堆接入系統(tǒng)工程建設(shè)的第一步實(shí)質(zhì)性的工作。此后開展了工程項(xiàng)目前期規(guī)劃取證工作并同期開展了工程項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)活動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)快堆電廠作為小功率、核動(dòng)力電廠進(jìn)行并網(wǎng)在京區(qū)屬于首次，更由于接入系統(tǒng)工程沿線涉及大量與現(xiàn)有環(huán)境和規(guī)劃建設(shè)有關(guān)的實(shí)際問題，建設(shè)工作具有較大難度。通過與北京市規(guī)劃委員會(huì)、北京市電力公司的大力協(xié)調(diào)，同時(shí)得益于業(yè)務(wù)主管部門和兄弟單位的幫助，2004年6月1日，實(shí)驗(yàn)快堆電廠110 kV接入系統(tǒng)工程獲得北京市規(guī)劃委員會(huì)頒發(fā)的“建設(shè)工程規(guī)劃許可證”。

2004年9月1日，實(shí)驗(yàn)快堆接入系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)獲得評(píng)審?fù)ㄟ^。

在完成施工設(shè)計(jì)后，實(shí)驗(yàn)快堆接入系統(tǒng)工程進(jìn)入施工階段。也就是在這個(gè)階段出現(xiàn)了可以說是預(yù)料之中的工程費(fèi)用預(yù)計(jì)超出概算問題（主要原因是征地拆遷費(fèi)用高）。由于對(duì)此問題的先期預(yù)判和與此相伴的解決辦法的積極尋求，上述問題并沒有對(duì)實(shí)驗(yàn)快堆電廠接入系統(tǒng)工程的建設(shè)造成嚴(yán)重阻礙。通過積極的協(xié)調(diào)，國家發(fā)改委于2005年10月就實(shí)驗(yàn)快堆電廠接入系統(tǒng)工程建設(shè)進(jìn)行了專門協(xié)調(diào)并作出指示：鑒于中國實(shí)驗(yàn)快堆工程建設(shè)的重要意義以及快堆工程外電網(wǎng)接入系統(tǒng)建設(shè)時(shí)間緊、任務(wù)重的狀況，請(qǐng)有關(guān)單位高度重視并支持該電網(wǎng)建設(shè)工作[2]。

國家電網(wǎng)公司于2005年11月發(fā)文要求北京市電力公司依照國家發(fā)改委要求，迅速開展相關(guān)工作。

2005年11月30日，北京市發(fā)改委依照國家發(fā)改委要求，召集相關(guān)單位就實(shí)驗(yàn)快堆電廠接入系統(tǒng)工程建設(shè)進(jìn)行專題協(xié)調(diào)。

通過多層次、大力度的協(xié)調(diào)攻堅(jiān)，實(shí)驗(yàn)快堆接入系統(tǒng)工程建設(shè)形成最終決議：實(shí)驗(yàn)快堆電廠接入系統(tǒng)工程進(jìn)行業(yè)主轉(zhuǎn)換——北京市電力公司成為該接入系統(tǒng)工程新業(yè)主，出全資進(jìn)行工程建設(shè)，同時(shí)在進(jìn)度上保證實(shí)驗(yàn)快堆工程“倒送電”進(jìn)度要求并保障實(shí)驗(yàn)快堆并網(wǎng)發(fā)電的總要求的順利實(shí)現(xiàn)；鑒于該工程為中國實(shí)驗(yàn)快堆工程配套送出項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)快堆電廠方按照國家批準(zhǔn)的概算數(shù)額向國家電網(wǎng)公司進(jìn)行支付。

實(shí)驗(yàn)快堆接入系統(tǒng)工程于2006年8月30日破土動(dòng)工，于2006年12月完成外電網(wǎng)線路架設(shè)施工。

2008年7月18日，中國實(shí)驗(yàn)快堆實(shí)現(xiàn)“倒送電”，實(shí)驗(yàn)快堆工程調(diào)試任務(wù)得以正常開展。

2011年4月，《北京市電力公司與中國原子能科學(xué)研究院快堆并網(wǎng)調(diào)度協(xié)議》正式簽署，中國實(shí)驗(yàn)快堆具備并網(wǎng)資格。2011年7月21日，中國實(shí)驗(yàn)快堆順利實(shí)現(xiàn)首次并網(wǎng)發(fā)電。

從實(shí)驗(yàn)快堆“倒送電”至實(shí)驗(yàn)快堆并網(wǎng)發(fā)電，實(shí)驗(yàn)快堆接入系統(tǒng)運(yùn)行可靠率為100%。

4 結(jié)束語

中國實(shí)驗(yàn)快堆工程接入系統(tǒng)工程建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工作，它的順利完成是國家、地方政府以及企業(yè)共同努力的結(jié)果。國家目前正值核電高效發(fā)展時(shí)期，實(shí)驗(yàn)快堆接入系統(tǒng)工程建設(shè)的管理模式的優(yōu)化和確定為同類工程建設(shè)的開展以及對(duì)“廠網(wǎng)”效益的協(xié)調(diào)雙贏提供了有益的參考并起到示范功用。

5 致謝

作者對(duì)為中國實(shí)驗(yàn)快堆接入系統(tǒng)工程建設(shè)給予巨大幫助的領(lǐng)導(dǎo)和專家，對(duì)全體中國實(shí)驗(yàn)快堆接入系統(tǒng)工程建設(shè)設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行者表示深深的敬意。對(duì)為本文提供指導(dǎo)的同志表示誠摯的感謝。

[1] 國家科學(xué)技術(shù)委員會(huì). 關(guān)于對(duì)“八六三”計(jì)劃快中子實(shí)驗(yàn)堆工程可行性研究報(bào)告的函[R]，1996.（National Science and Technology Commission.Letter on the Feasibility Study Report for the Experimental Fast Neutron Reactor Project of the 863 High-tech Program [R], 1996.）

[2] 國家發(fā)展和改革委員會(huì). 國家發(fā)改委辦公廳關(guān)于請(qǐng)支持中國實(shí)驗(yàn)快堆工程配套電網(wǎng)建設(shè)工作的函[R]，2005.（National Development and Reform Commission. Letter by the General Administration Office of NDRC on the Supporting Power Grid Construction for China Experimental Fast Reactor [R], 2005.）