海洋核動(dòng)力平臺(tái)不間斷電源設(shè)計(jì)概要

王艷婷，劉宙鋒

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海洋核動(dòng)力平臺(tái)不間斷電源設(shè)計(jì)概要

王艷婷，劉宙鋒

（武漢第二船舶設(shè)計(jì)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(yùn)行要求，本文對(duì)海洋核動(dòng)力平臺(tái)不間斷電源的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了概況總結(jié)，對(duì)海洋核動(dòng)力平臺(tái)不間斷電源設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的制定有著重大的意義。

海洋核動(dòng)力平臺(tái) 不間斷電源

0 引言

海洋核動(dòng)力平臺(tái)是船舶工程與核能工程的有機(jī)結(jié)合的整體，在國內(nèi)外尚屬首次應(yīng)用。海洋核動(dòng)力平臺(tái)既要滿足核電站的高可靠性要求，也要考慮到船舶孤島運(yùn)行的實(shí)際情況，而且在經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的要求下，對(duì)于海洋核動(dòng)力平臺(tái)電力系統(tǒng)，尤其是造價(jià)成本較高的不間斷電源有著非常高的設(shè)計(jì)要求。因此，針對(duì)海洋核動(dòng)力平臺(tái)的不間斷電源設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的制定有著重要的意義。

1 不間斷電源的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

不間斷電源是在發(fā)電機(jī)組（包括汽輪發(fā)電機(jī)組、柴油發(fā)電機(jī)組等）故障的情況下，臨時(shí)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(dòng)力平臺(tái)不間斷電源的設(shè)計(jì)，應(yīng)充分兼顧核電站的設(shè)計(jì)要求以及海上船舶入級(jí)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(dòng)力平臺(tái)不間斷電源設(shè)計(jì)要點(diǎn)論述如下。

1）考慮到應(yīng)急發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(dòng)起動(dòng)應(yīng)急發(fā)電機(jī)的貨船外，當(dāng)應(yīng)急電源為應(yīng)急發(fā)電機(jī)時(shí)，還應(yīng)設(shè)置蓄電池組作為臨時(shí)應(yīng)急電源[5,6]。

4）船舶在海上時(shí)，應(yīng)始終可獲得足夠的電源供無線電裝置工作，并對(duì)作為無線電裝置的1個(gè)或多個(gè)備用電源組成部分的蓄電池進(jìn)行充電[6]。

2 不間斷電源的組成

圖1 海洋核動(dòng)力平臺(tái)不間斷電源分類

由于過渡電源的供電對(duì)象分為1E級(jí)和N1E級(jí)兩種，而1E級(jí)設(shè)備必須由1E級(jí)不間斷電源供電，考慮到1E級(jí)不間斷電源成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于N1E級(jí)不間斷電源，因此，將海洋核動(dòng)力平臺(tái)的不間斷電源分為1E級(jí)不間斷電源和N1E級(jí)不間斷電源。圖1為海洋核動(dòng)力平臺(tái)不間斷電源的分類圖。

2.1 1E級(jí)不間斷電源

1E級(jí)不間斷電源由1E級(jí)UPS和1E級(jí)蓄電池組構(gòu)成，是平臺(tái)最重要的設(shè)備，為不允許斷電的1E級(jí)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(jī)起動(dòng)前，平臺(tái)不會(huì)因短時(shí)斷電而引發(fā)核安全事故[3,4]。

2.1.1 1E級(jí)不間斷電源的供電方式

1E級(jí)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(shí)，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(dòng)切換到旁路工作，此時(shí)，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(dòng)力平臺(tái)1E級(jí)不間斷電源供電流程圖

2.2 N1E級(jí)不間斷電源

結(jié)合船級(jí)社及SOLAS要求，將海洋核動(dòng)力平臺(tái)的N1E級(jí)不間斷電源分為普通非核級(jí)不間斷電源、臨時(shí)應(yīng)急電源、無線電專用電源。如圖3所示。

圖3 海洋核動(dòng)力平臺(tái)N1E級(jí)不間斷電源分類

2.2.1普通非核級(jí)不間斷電源

普通非核級(jí)不間斷電源由N1E級(jí)UPS和N1E級(jí)蓄電池組構(gòu)成，主要為斷電可能造成較大經(jīng)濟(jì)損失（一般與安全無關(guān)）的N1E級(jí)設(shè)備供電，以確保在備用電源起動(dòng)前，海洋核動(dòng)力平臺(tái)不會(huì)因短時(shí)斷電而造成重大經(jīng)濟(jì)損失。普通非核級(jí)不間斷電源沒有布置要求。

由于普通非核級(jí)不間斷電源對(duì)于供電連續(xù)性的要求低于1E級(jí)不間斷電源，因此基于經(jīng)濟(jì)性的考慮，普通非核級(jí)不間斷供電方式采用相對(duì)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(dòng)切換到主路工作，此時(shí)，蓄電池組通過逆變器為負(fù)荷供電。流程圖和1E級(jí)不間斷電源供電的流程圖類似，參見圖2。

2.2.2臨時(shí)應(yīng)急電源

臨時(shí)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(shí)應(yīng)急電源的供電范圍，應(yīng)充分考慮船級(jí)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(shí)應(yīng)急電源必須布置在最高一層連續(xù)甲板以上。

臨時(shí)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(shí)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(dòng)力平臺(tái)臨時(shí)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(xiǎn)和安全通信[6]。臨時(shí)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(shí)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(shí)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。

3 結(jié)論

海洋核動(dòng)力平臺(tái)對(duì)于中國核動(dòng)力船舶的發(fā)展意義至關(guān)重要，本文對(duì)于海洋核動(dòng)力平臺(tái)的不間斷電源的設(shè)計(jì)提出了幾種分類方法和設(shè)計(jì)方向。海洋核動(dòng)力平臺(tái)不間斷電源系統(tǒng)的安全性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性都是需要重點(diǎn)考慮的問題，應(yīng)充分考慮孤島運(yùn)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(diǎn)，同時(shí)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(dòng)力平臺(tái)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)概要[J]. 船電技術(shù), 2017(11).

[3] 中國核工業(yè)總公司. 核電廠不間斷電源的應(yīng)用與試驗(yàn): EJ/T1038-1996[S]. 1996.

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

[5] 中國船級(jí)社. 鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范[S]. 2014.

[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(dòng)化。E-mail: wangyanting2007@163.com