第三代核电厂供电可靠性分析与建议

张亮

【摘 要】福岛核事故发生后，关于核电厂的安全问题再一次受到公众舆论的广泛质疑，在现有基础上进一步提高核电厂安全性成为世界各国的共识和努力方向。因此，本文从三代核电厂厂用电供电可靠性的方向出发，阐述了三代核电厂用电的构成及电气系统的主要特点，对提高供电可靠性进行了分析，并提出改善建议。

【关键词】厂用电；供电可靠性；厂内电源；厂外电源

【Abstract】After the Fukushima nuclear accident， the safety of nuclear plants has been widely questioned again by public opinion. Improving the safety of nuclear plants has became the consensus and direction around the world. Therefore， considering the reliability of the third generation nuclear plant， this article describes the main features of the third generation nuclear plant and electrical systems constitute， analyses how to improve reliability， and provides improvement suggestions.

【Key words】Plant service power supply； Power supply reliability； On-site power supply； Off-site power supply

0 前言

三代核电厂的专设安全设施采用非能动设计理念，因其安全功能的执行由非能动力如重力、空气对流等驱动，因此取消了二代核电厂专设安全设施所需要的安全级驱动电源的要求。非能动专设安全设施虽然无需驱动电源，但其安全功能的执行开关仍需要1E级电源驱动。

1 三代核电厂厂用电组成

三代核电厂与二代核电厂一样，其厂用电可由厂内电源系统供电或厂外电源系统供电。三代核电厂厂用电组成参见图1。

2 三代核电厂厂用电供电次序及典型故障分析

2.1 厂内交流电源供电优先次序

正常运行时，汽轮发电机通过厂用变压器为厂内负荷供电。电厂能承受汽轮发电机从100%满功率运行甩负荷至孤岛运行。电厂启动期间，500kV厂外电源通过主变压器和两台厂用变压器提供厂用电。电厂停闭期间，500kV厂外电源通过主变压器和两台厂用变压器提供厂用电，或者由220kV辅助电源供电（维修优先电源状态）。在发生主变压器或厂用变压器或者相连的IPB故障时，厂用电可通过自动切换装置由厂用变压器切换到辅助变压器供电。在失去主发电机和优先电源并且切换装置无法切换时，交流电源由连接到10.5kV母线ES1和ES2上的厂内备用柴油发电机提供。备用柴油发电机启动后，电厂控制系统/数据显示系统（PLS/DDS）控制柴油发电机向ES1，ES2供电。在发生失去全厂交流电源（包括厂内备用柴油发电机）超过72小时的非预期事件时，400V辅助柴油发电机启动。

厂内交流电源供电优先级次序：主发电系统、500kV厂外电源系统、200kV厂外电源系统、备用柴油发电机系统（ZOS）、辅助柴油发电机系统。

2.2 发生全厂交流电源失电时的供电

发生全厂交流失电事故时，电厂的控制和保护电源由1E级直流及UPS系统（IDS）、非1E级直流及UPS系统（EDS）中的蓄电池组提供电源。IDS系统能够向电厂安全停堆及监测需要的重要厂用设备提供可靠的电源。EDS系统为非安全相关的电厂仪表系统、控制系统以及电厂在启动、正常运行、正常或紧急停堆期间所必需的设备提供可靠电源。另外，也为安全壳内氢气点火装置提供可靠的电源。IDS系统设有A/B/C/D四个系列，每系列均设置1组24小时蓄电池组，其中B/C系列还各单独设有一组72小时蓄电池组。EDS系统在失去交流电源时，蓄电池容量能够保证向其负载提供至少2小时的电量。

两台400V非1E级辅助交流柴油发电机，在失去其他交流电源72个小时后为1E级事故后监测系统、主控室照明、主控室和仪表控制室通风、PCCWST和乏燃料池充水的泵提供电源，见图2。由于两台辅助柴油发电机都放置于附属厂房107'-2"标高，若发生水淹工况，可能导致两台辅助柴油发电机全部失效。因此，三代核电厂应考虑增设移动式辅助柴油发电机组，以进一步增加厂用电供电的可靠性。

3 厂用电供电可靠性的提高

由上述可知，三代核电厂厂用电依供电优先次序由厂内电源系统供电或厂外电源系统供电。按照供电优先级的不同，每一种供电电源对电厂的影响也不同。优先级低的电源系统作为优先级高的电源系统的后备系统。只有在优先级高的电源系统失效的情况下，后备电源系统才会依次投入运行，此时，厂用电供电的后备级数将减少，供电的防御深度也随之缩小，厂用电供电的可靠性将下降。在电厂运行期间，供电优先级高的电源系统向负载供电的概率大，其对厂用电供电的影响范围相对要大。随着供电优先级的降低，后备电源系统对厂用电负载供电的概率也逐级降低，因此，其对厂用电供电的影响范围也相应减小，但其对电厂的防御功能却越来越强，其防御的范围也越来越趋近并缩小于电厂核心系统和设备。厂用电的后备级数越多，其供电的后备手段越多，导致全厂交流失电的概率就越小，故供电可靠性就越高。因此，为提高厂用电的供电可靠性，首先要保证各级电源系统的供电可靠性，将各级电源系统发生故障的概率控制在最低水平，维持厂用电由优先级高的电源系统供电，以尽量避免备用电源系统投入，以保证厂用电的后备供电级数。

其次，要考虑在设计基准事故工况下以及严重事故工况下的事故电源尤其是安全级电源的供电可靠性。当发生设计基准事故工况或严重事故工况时，非安全级的电源均有可能会失效，此时电厂唯一可靠的电源为安全级电源。因此，应保证1E级电源在设计基准事故工况下执行其相关功能的可靠性，同时，在严重事故工况下也能具有一定的防御能力，确保实现尽可能多的功能。另一方面，蓄电池组的容量有限，为了避免事故后72小时彻底失去安全级电源，蓄电池容量的选择应有一定的裕量，并尽快恢复厂用交流电源。

4 需要关注的问题和建议

1E级直流和UPS系统设备主要布置于辅助厂房地下一层和地下二层，在地下二层设置有两台废水处理系统地坑泵，用于排出地坑收集来的非放射性的地面、设备以及处理过程产生的疏水。但是，这两台泵只考虑了正常情况下的排水能力，当发生全厂水淹工况时，地下二层这个位置更加容易存在因排水能力不足而导致水淹的潜在风险。1E级直流和UPS系统作为安全级供电系统，承担着很多重要安全相关功能，因此，必须保证其可靠供电。

发生严重事故工况并同时伴发全厂失电时，对于核电厂而言最重要的莫过于要确保堆芯和乏燃料池仍有持续不断的冷却能力，同时要防止反应堆厂房和燃料厂房内氢气聚集浓度过高而引发氢爆。随着事故的进一步发展以及时间的推移，需要启动氢点火器来消除厂房内聚集起来的高浓度氢气。氢气点火器由非1E级直流和UPS系统（EDS系统）供电，而EDS没有设置备用蓄电池组，1E级直流和UPS系统与非1E级直流和UPS系统的电压也不相同，无法共用备用蓄电池，一旦蓄电池组故障，将影响EDS的运行安全，可以考虑按照1E级直流和UPS系统的方式增设一组备用蓄电池以保障EDS供电的可靠性，或者考虑设置供电的快速接口，由移动式辅助柴油发电机为氢气点火器或EDS供电。

5 结束语

三代核电厂电气系统设计与其他堆型有所不同，但目标是一致的，即保证电厂能够安全稳定发电，为电厂提供可靠电源。三代核电厂应在现有核电厂的基础上提高供电可靠性，同时也应考虑应对严重事故工况的供电后备手段，以进一步提高厂用电的可靠性，确保电厂安全稳定运行。

【参考文献】

[1]中国核工业集团公司.AP1000核电厂电气系统初级运行[M].中国原子能出版传媒有限公司，2011，9.

[责任编辑：汤静]