海洋核动力平台电力系统设计概要

2017-03-24刘宙锋丁伯才胡双进

船电技术 2017年11期

张力，刘宙锋，丁伯才，胡双进，崔睿

海洋核动力平台电力系统设计概要

张力，刘宙锋，丁伯才，胡双进，崔睿

（武汉第二船舶设计研究所，武汉430064）

中国正在进行的海洋核动力平台国家示范工程项目，其电力系统设计存在着新的问题。本文以海洋核动力平台的需求为立足点，充分兼顾核电站的设计要求以及船舶入级的要求，归纳了适用于海洋核动力平台电力系统设计的要点，对海洋核动力平台的工程设计和新标准规范的制定具有较强的参考意义。

海洋核动力平台主电力系统应急电力系统

0 引言

从20世纪50年代起，美国、前苏联、日本、德国等国就开展了民用核动力船舶研究，建造了多艘核动力商船和核动力破冰船，其相关的技术比较成熟[1]。中国正在大力发展海洋核能，国家能源局已将“海洋核动力平台示范工程”项目列入工作规划[2]。中船重工第七一九所等单位已经开展了海洋核动力平台技术方案设计工作[3]。海洋核动力平台是船舶工程与核能工程的有机结合的新领域，系统工程复杂，市场前景广阔，能带来良好的经济、社会、环境效益。

1 海洋核动力平台电力系统的特点

与陆上核电站相比，海洋核动力供电平台相当于一个孤岛发电站，没有连接厂外电源[4]，电站容量有限，电站内部系统动态控制频繁，其供电安全性、可靠性由平台自身保证。海洋核动力平台电力系统具有以下典型特点。

1）海洋核动力平台采用核能发电，必须高标准高要求，确保核安全级设备连续可靠供电。

2）海洋核动力平台海洋环境条件恶劣，并且电气设备的布置空间十分有限。

3）海洋核动力平台电力系统的对外发电量在其接入端电网中的容量占比相对较高，接入端电网的波动也会直接影响平台电力系统。

4）海洋核动力平台电力系统中的各种电源和负载投切时，对平台电力系统的冲击较大。

2 海洋核动力平台电力系统的设计要点

海洋核动力平台电力系统的设计，应充分兼顾核电站的设计要求以及海上船舶入级的要求，严格遵守相关法规与标准[5-12]。配置单个反应堆的海洋核动力平台电力系统设计要点如下。

1）海洋核动力平台电力系统应包含主电力系统和应急电力系统两个子系统。主电力系统由工作主发电机、备用发电机和主配电系统组成，并向全船和反应堆负荷供电。应急电力系统由应急动力源及其应急配电系统组成，它为保障全船和反应堆安全所必需的负荷供电[1]。

2）单堆配置的主电力系统，应至少配置2套工作主发电机组和至少1台与工作主发电机组独立的备用发电机，这些发电机组的台数和容量，应能在任一发电机及其原动机和辅机的单个部件故障，不应导致反应堆紧急停堆和船舶机动性的丧失[1]。当任一发电机组停止工作时，主电力系统的其他电源应能在数分钟内恢复对保持平台正常作业和可居住条件所必须的100%电力，以及为蒸汽发生装置起动或冷却要求的必要设备供电，而不需求助于应急电源。此情况下，允许对平台不涉及安全性的非重要设备卸载。

3）主电力系统应有足够的发电能力来提供为维持船舶正常操纵和可居住条件所必须的100%电力。备用发电机应有足够的容量来保证核蒸汽供给系统冷态启动和维持船舶正常操作和可居住条件所需的100%电力[1],[5-6]。

4）主电力系统至少要分为两个区段，每个区段均配置主开关板，且每区段至少由1台工作主发电机供电。主电力系统的各个区段之间可以通过自动开关进行互联，必须要保证在某一条区段故障时任一条区段都能够自动与之断开[1],[5-6]。

5）主电力系统包含平台自用电的中低压供配电系统和平台对外输送电的中高压输配电系统。目前，海洋船舶电力系统电制最高为10 kV，而平台通过数十千米长度的海底电缆来输送几十MW的电能，采用35 kV及以上的中高压电制是更好的选择，但是在海洋船舶领域没有现成的经验和标准可以直接照搬[5-6]，需要充分论证。

6）应急电力系统要具有足够的独立性、冗余性和可测试性以满足它的安全功能，应急电力系统必须满足单一故障准则[1],[7-9]。

7）单堆配置的应急电力系统至少分成2个独立的多重序列，每一个序列必须具有由它提供动力的系统能执行其安全功能所需的可靠性，各个序列之间必须进行物理隔离和功能隔离[1],[7-9]。

8）平台的应急电力系统中涉及核安全的电气设备，必须同时具备核安全级（1E级）资质和海上船舶入级资质。对这个新领域电气设备的设计、制造、质保、鉴定、监管等方面[5-6],[10]，提出了新的要求，新的标准规范亟待设立。

9）与应急功能无关的电气设备和非电设备都不应布置在应急电站之内[1],[5-6]。

10）考虑到应急发电机的启动时间，应急电力系统必须配置过渡电源[1],[5-6],[11-12]。在主电力系统失电的情况下，应急电力系统首先由过渡电源（例如蓄电池组）自动向应急电网不间断提供电能，待应急发电机启动成功并具备带载能力后，替代过渡电源向应急电网连续供电。