CPR1000機(jī)組應(yīng)急電源接入方式優(yōu)化

吳蘇敏

(中廣核研究院有限公司，廣東 深圳 518120)

0 引言

可靠的交流電源系統(tǒng)是保證壓水堆核電廠(chǎng)安全運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，CPR1000 機(jī)組設(shè)有多重交流電源。福島核事故表明極端外部事件能夠?qū)е潞穗姀S(chǎng)長(zhǎng)期喪失交流電源并喪失最終熱阱，從而可能導(dǎo)致核電廠(chǎng)的堆芯、安全殼喪失冷卻，造成大量放射性物質(zhì)向環(huán)境釋放的后果。福島事故后，各國(guó)政府均對(duì)本國(guó)核電廠(chǎng)的安全狀態(tài)進(jìn)行復(fù)核，并提出了多項(xiàng)改進(jìn)措施，其中重要的一項(xiàng)改進(jìn)要求為“增加必要措施以增強(qiáng)核電廠(chǎng)應(yīng)對(duì)全廠(chǎng)斷電的能力”。

某CPR1000 核電廠(chǎng)為提升應(yīng)急供電可靠性，在原有交流電源配置基礎(chǔ)上，計(jì)劃再新增1 臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組。

1 原有電源配置及接線(xiàn)

除汽輪發(fā)電機(jī)組外，該電廠(chǎng)主要交流電源包括以下幾種。

(1) 廠(chǎng)外主電源。源自外部500 kV 電網(wǎng)。

(2) 廠(chǎng)外輔助電源。源自外部220 kV 電網(wǎng)。

(3) 廠(chǎng)內(nèi)應(yīng)急電源。源自每臺(tái)機(jī)組設(shè)置的2 臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組(emergency diesel generator，EDG)。

(4) 其他電源。源自廠(chǎng)址附加柴油機(jī)(又稱(chēng)第5臺(tái)柴油機(jī))、移動(dòng)柴油機(jī)、LLS 柴油機(jī)等。

因移動(dòng)柴油機(jī)和LLS 柴油機(jī)容量較小，在此不展開(kāi)討論。該電廠(chǎng)的廠(chǎng)外主電源和廠(chǎng)外輔助電源通過(guò)廠(chǎng)用變壓器為電廠(chǎng)中壓母線(xiàn)供電，EDG 和第5臺(tái)柴油機(jī)直接為應(yīng)急安全母線(xiàn)供電。

該電廠(chǎng)擁有2 臺(tái)核電機(jī)組，其應(yīng)急電源中壓接入方式中，1LHP, 1LHQ 為1 號(hào)機(jī)組配置的2臺(tái)EDG，2LHP, 2LHQ 為2 號(hào)機(jī)組 配 置 的2 臺(tái)EDG，0LHS 為 第5 臺(tái) 柴 油 機(jī)。1LHP, 1LHQ,2LHP 和2LHQ 分別接入應(yīng)急母線(xiàn)1LHA, 1LHB,2LHA 和2LHB 為相關(guān)設(shè)備供電。

該應(yīng)急電源中壓接入方式中，當(dāng)EDG 失效時(shí)，0LHS 可通過(guò)中壓母線(xiàn)0LHT 和9LHT 接入廠(chǎng)用中壓系統(tǒng)，為1LHA, 1LHB, 2LHA 和2LHB 母線(xiàn)供電，如圖1 所示。

圖1 應(yīng)急電源中壓接入方式

2 新增應(yīng)急電源初步接入方案

2.1 初步方案描述

目前，該電廠(chǎng)EDG 存在設(shè)備故障率高、失效風(fēng)險(xiǎn)大、檢修安排不靈活等問(wèn)題；此外，第5 臺(tái)柴油機(jī)為廠(chǎng)址共用，無(wú)法滿(mǎn)足多機(jī)組同時(shí)發(fā)生全廠(chǎng)失電時(shí)的電源容量需求，且接入時(shí)間無(wú)法滿(mǎn)足要求。為此，電廠(chǎng)計(jì)劃在原有柴油發(fā)電機(jī)配置的基礎(chǔ)上再增設(shè)1 臺(tái)應(yīng)急柴油機(jī)，如圖2 所示。

圖2 原有接線(xiàn)方式下新增柴油機(jī)的接入

新增柴油機(jī)將作為原有EDG 整體換型改造期間的替代電源，并以此緩解超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的外部水淹災(zāi)害下EDG 全部失效時(shí)可能帶來(lái)的嚴(yán)重后果，從而提升電廠(chǎng)應(yīng)急電源供電可靠性。

新增柴油機(jī)的建設(shè)不低于電廠(chǎng)原有EDG 的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，因此有望在機(jī)組需要時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)原有EDG的長(zhǎng)期完全頂替，日常運(yùn)維期間則作為離線(xiàn)備用設(shè)備或EDG管理，原有的第5臺(tái)柴油機(jī)功能保持不變。為實(shí)現(xiàn)新增柴油機(jī)對(duì)原有EDG 的完全替代，新增柴油機(jī)需從9LHT 母線(xiàn)接入。

2.2 初步方案分析

初步接入方案利用了電廠(chǎng)原有的9LHT 配電盤(pán)，具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1) 可實(shí)現(xiàn)新增柴油機(jī)“1 對(duì)N”替代功能，即1 臺(tái)新增柴油機(jī)可對(duì)電廠(chǎng)4 臺(tái)EDG 中的任意1臺(tái)進(jìn)行替代。

(2) 保持原有9LHT 母線(xiàn)處的手車(chē)設(shè)計(jì)，即在9LHT 母線(xiàn)上增加1 個(gè)中壓進(jìn)線(xiàn)間隔，通過(guò)推入手車(chē)實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路接通；同一時(shí)期9LHT 上最多僅2 臺(tái)手車(chē)可供使用，通過(guò)手動(dòng)接入可有效防止各路應(yīng)急電源發(fā)生非同期并列。

但是，該初步接入方案也存在不足，新增柴油機(jī)與第5 臺(tái)柴油機(jī)的接入可能存在相互干擾。如新增柴油機(jī)替代1LHP 時(shí)，通過(guò)9LHT 母線(xiàn)為1LHA 母線(xiàn)供電，9LHT 母線(xiàn)帶電運(yùn)行。此時(shí)，若2LHP, 2LHQ 失效，由于9LHT 母線(xiàn)被占用，為防止2 路電源非同期并列，第5 臺(tái)柴油機(jī)不可接入，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)2LHP, 2LHQ 的替代。為此，需對(duì)初步接入方案進(jìn)行優(yōu)化。

3 接入方案優(yōu)化

3.1 接入方案

在原有9LHT 配電盤(pán)基礎(chǔ)上進(jìn)行方案優(yōu)化。將原有的9LHT 配電盤(pán)拆分為2 段，第5 臺(tái)柴油機(jī)和新增柴油機(jī)交叉接入2 段分配電盤(pán)，可有效避免新增柴油機(jī)替代1 號(hào)機(jī)組EDG 期間9LHT 被占用進(jìn)而導(dǎo)致0LHS 無(wú)法接入2 號(hào)機(jī)組的問(wèn)題。分配電盤(pán)保持手動(dòng)接入設(shè)計(jì)，通過(guò)向母線(xiàn)間隔內(nèi)推入手車(chē)來(lái)實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路接通。2 段分配電盤(pán)9LHT-1 和9LHT-2 分別設(shè)置2 臺(tái)手車(chē)，各分配電盤(pán)同時(shí)最多允許2 臺(tái)手車(chē)接入。

優(yōu)化后的方案較原接入方式新增了3 個(gè)母線(xiàn)間隔，但布置空間仍滿(mǎn)足原有廠(chǎng)房要求。優(yōu)化后的接入方案如圖3 所示。

圖3 優(yōu)化后的新增柴油機(jī)接入

3.2 接入步驟

以新增柴油機(jī)對(duì)1LHP 柴油機(jī)的替代為例，對(duì)新增柴油機(jī)的接入操作步驟予以闡述。

(1) 斷開(kāi)1 (斷路器)，將該斷路器手車(chē)推入2 (斷路器間隔)。

(2) 將母線(xiàn)9LHT-1 的2 臺(tái)手車(chē)分別推入3,4 (手車(chē)間隔)。

(3) 啟動(dòng)6 (新增柴油機(jī))。

(4) 閉合5 (斷路器)。

(5) 閉合2 (斷路器)。

通過(guò)以上操作，6 (新增柴油機(jī))可對(duì)0LHS 母線(xiàn)上的設(shè)備供電，實(shí)現(xiàn)對(duì)1LHP 應(yīng)急柴油機(jī)的頂替。

在此期間，若2 號(hào)機(jī)組發(fā)生EDG 失效，第5臺(tái)柴油機(jī)可對(duì)其進(jìn)行替代，以2LHP 失效為例，可進(jìn)行以下替代操作：

(1) 斷開(kāi)7 (斷路器)，將該斷路器手車(chē)推入8 (斷路器間隔)。

(2) 將母線(xiàn)0LHT 的2 臺(tái)手車(chē)分別推入11,12 (手車(chē)間隔)。

(3) 將母線(xiàn)9LHT-2 的2 臺(tái)手車(chē)分別推入9,10 (手車(chē)間隔)。

(4) 啟動(dòng)第5 臺(tái)柴油機(jī)0LHS。

(5) 閉合13 (斷路器)。

(6) 閉合8 (斷路器)。

通過(guò)以上操作，第5 臺(tái)柴油機(jī)0LHS 可對(duì)母線(xiàn)2LHA 上的設(shè)備供電，新增柴油機(jī)和第5 臺(tái)柴油機(jī)的供電互不干擾。

4 結(jié)論

在某核電廠(chǎng)原有的交流電源配置基礎(chǔ)上，針對(duì)新增應(yīng)急電源的中壓接入方式開(kāi)展了優(yōu)化研究，優(yōu)化后的電源接入方案具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1) 實(shí)現(xiàn)了新增柴油機(jī)的“1 對(duì)N”替代，且接入靈活，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠(chǎng)原有任意1臺(tái)EDG的替代，供電覆蓋范圍廣。

(2) 避免了新增柴油機(jī)與第5 臺(tái)柴油機(jī)接入時(shí)互相干擾，并兼顧了兩者的供電功能。

(3) 不額外增加過(guò)多的設(shè)備占地空間，無(wú)需對(duì)原有廠(chǎng)房進(jìn)行調(diào)整。

該設(shè)計(jì)方案為其他核電機(jī)組新增應(yīng)急電源的接入提供了有效借鑒和指導(dǎo)。