海洋核动力平台电力负荷统计方法研究

2017-03-25胡双进范谱林马以文

船电技术 2017年12期

关键词：核动力反应堆用电

张琪，张力，胡双进，范谱林，马以文

海洋核动力平台电力负荷统计方法研究

张琪，张力，胡双进，范谱林，马以文

（武汉第二船舶设计研究所，武汉 430064）

我国正在进行海洋核动力平台国家示范工程项目，电力负荷统计是其电力系统设计的关键部分。本文分析了海洋核动力平台电力负荷的特点，提出了适用于海洋核动力平台的电力负荷统计方法，为电力系统的设计提供了一定的依据。

海洋核动力平台电力负荷统计方法

0 引言

随着海上电力需求的不断增加，水上移动式核电站已经逐渐成为一个发展趋势。我国正在进行海洋核动力平台国家示范工程项目，其设计在国内尚属首次，因此其设计存在许多难点。电力负荷计算是海洋核动力平台示范工程的一项很重要的工作，其目的是确定海洋核动力平台正常电源和应急电源的容量与配置。如果计算不准确，选择的发电机组不恰当，将直接影响海洋核动力平台用电设备的正常工作和电源运行的经济性与可靠性。

由于海洋核动力平台属国内首创，且其运行工况纷繁众多，电力负荷综合了船舶负载和核电站负载的特点，因此加大了其电力系统负荷计算的难度。因此，要得到比较准确的平台电力系统负荷计算结果，必须对各个用电设备的实际负荷以及具体使用情况做周密细致的调研研究，全面地加以考虑和分析。

1 常用的负荷统计方法

目前，计算船舶电力负荷的方法较多，常用的计算方法有：需要系数法；三类负载法；日夜负载法；概率分析计算法等。这些计算方法都略有不同，不同类型的船舶选择的计算方法都不尽相同。即使是同一种方法，当应用于不同用途的船舶上时，使用方法也有些差别。尽管计算的方法各种各样，但是其基本思路是类似的，即计算船舶在各工况下用电设备所需的功率。

在上述方法中，目前需要系数法和三类负载法应用最多。如果能够选取合适的需要系数、负荷系数或同时系数等参数，这两种计算方法可以得到比较准确的计算结果。

1.1 三类负荷法

三类负荷法是使用最多的一种计算电力负荷的方法。它将用电负荷按其使用特点分成了三类，首先计算出各用电设备在各工况下的实际使用功率，在计算过程中考虑了各设备的负荷系数和同时系数；然后再计算出各工况下各类负荷的实际使用总功率；最后分别选取各类负荷的总同时使用系数，计算出总负荷。由于数据充分三类负荷法能求得较精确的计算结果。

1.2 需要系数法

需要系数法较适合于中、小型船舶的电力负荷的计算。所谓需要系数，就是指设备使用时需要的最大功率与其额定所需总功率之比，需要系数综合考虑了用电设备的负荷状态、工作制以及该类设备同时工作等方面的情况，一般是根据多年的实际经验所得，一些设备的需要系数可参考相关设计手册与规范。

为得到负载实际需要的总功率，首先选择计算工况，确定各工况下需要使用的电气设备，然后再确定各用电设备的额定功率和需要系数，最后计算出各工况下的总功率。

2 海洋核动力平台负荷分类

由于海洋核动力平台配置了两个相互独立的核反应堆机组，因此本文按照各设备功能将海洋核动力平台的用电设备分为三类。

1）单个反应堆用电设备：指与核反应堆相关，两个堆各自独立配置一套的核动力装置用电设备，这些设备的使用情况与核反应堆的运行状态相关。属于这类的用电设备如一回路系统的反应堆冷却剂泵、二回路系统的汽轮发电机组辅助设备、电动给水泵及循环冷却水泵等。

2）两个反应堆共用设备：两个反应堆共用的设备不专属于某一反应堆机组，但是参与两个反应堆机组的运行。该类用电设备的使用情况同样与核反应堆的运行状态相关，如反应堆空调系统即属于该类设备。

3）平台公用用电设备：指与反应堆无关的平台其他系统非核动力装置用电设备，包括舾装系统、舱室环境控制系统、保障系统、消防系统、通信导航系统、综合平台管理系统、照明系统、单点系泊系统等。该类用电设备的运行情况与反应堆的状态没有直接关系，其功能不直接影响核反应堆机组的运行，不论反应堆是否运行都需投入使用。

3 海洋核动力平台负荷统计方法

海洋核动力平台负荷统计分为正常电力负荷计算与应急电力负荷计算两部分。正常电力负荷计算的目的是针对在正常工况下电力负荷的定量分析，作为确定辅汽轮发电机组功率和数量。应急电力负荷计算的目的是针对发生核动力装置事故停堆时的余热排出等各种应急工况下的电力负荷定量分析，作为确定电力系统配置蓄电池组、柴油发电机组等应急电源设备功率和数量。

由于海洋核动力平台属于国内首创，没有母型船可以参考，难以得到较准确的需要系数，因此本文主要采用三类负荷法对海洋核动力平台的负荷进行统计。同时海洋核动力平台结合了核电站和船舶的特点，需要综合考虑两者的负荷特点。

本文根据海洋核动力平台的负荷分类情况，将全平台的电力负荷分为两大类进行统计，第一类是与核反应堆运行状态有关的单个反应堆用电设备和两个反应堆共用的设备，第二类是平台公用用电设备。

单个反应堆用电设备和两个反应堆共用的设备与核电机组的运行状态有关，因此这两类负荷按照反应堆的运行状态分为启堆、正常运行、正常停堆、事故停堆、换料等几种工况进行统计。

平台公用设备与反应堆的状态无关，则按照船舶的分类分为以下三种工况进行统计：

1）正常要求工况：平台处于正常作业和正常居住要求下。

2）最低要求工况：平台处于正常作业，但居住条件只能满足人员的最基本需求。即对于炊事、取暖、食品冷冻、机械通风、卫生、淡水等设备只能提供最低限度的满足。

3）应急工况：平台已处于应急状态，只能保证应急工况下平台操纵、安全相关设备如应急消防泵、应急舱底泵、救生艇救助艇、广播等设备的供电。

为得到某种工况下海洋核动力平台的负荷统计结果，首先将单个反应堆用电设备和两个反应堆共用的设备在该工况下的负荷统计结果相加，若平台处于正常作业状态，则再加上平台公用设备在正常作业工况下的负荷统计结果，若平台进入应急工况，则加上应急工况的平台公用负荷统计结果。将三种类型的负荷统计结果按照工况分类合理的相加后，最终得到我们所需的电力负荷情况。