海洋核动力平台电压波动抑制措施研究

2019-01-17刘宙锋胡双进

船电技术 2018年12期

黄超，刘宙锋，胡双进，张亮，邱实

海洋核动力平台电压波动抑制措施研究

黄超，刘宙锋，胡双进，张亮，邱实

（武汉第二船舶设计研究所，武汉 430064）

海洋核动力平台电压在运行中会存在诸多电压波动问题，为了减小海洋核动力平台微电网的电压波动，在满足安全性、可靠性、经济性的前提下，综合考虑核电、船舶与海洋工程以及电力工程等多个领域的解决方案，利用内外隔离供电、降压起动方式、限流控制等方法，提出了一种抑制海洋核动力平台微电网电压波动的解决方案。

海洋核动力平台内外隔离供电起动方式限流控制

0 引言

随着海上电力需求的不断增加，各国开始在海洋领域大力发展浮动核电站技术。当前，俄罗斯“院士号”核动力发电平台已经具备发电运行能力；而中国也开始大力发展海洋核能，中船重工第七一九所等单位正在进行海洋核动力平台的设计工作[1]。

海洋核动力平台在国内尚无实际工程应用案例，而由于其所处电网较小，而且处于较为恶劣的海洋环境中，电网电压波动也较为严重，因此，研究降低海洋核动力平台电压波动的技术措施是非常必要的。

1 海洋核动力平台微电网的特点

目前，渤海油田海域主要依靠石油伴生气发电，环保型较差。而且，当前渤海油田海域的发电机组均为小型发电机组，效率较低，浪费较为严重。若考虑将海洋核动力平台应用于渤海油田海域，类似于陆上核电站的作用，为采油平台提供电能，则可以大大减少碳排放量以及提高发电效率。而相对于陆上核电站，海洋核动力平台主要有以下特点：

1）电网容量小，单台发电机在微电网中占有的比例大。海洋核动力平台所在采油平台电网容量小，且单台发电机在电网中占有的比例约为20%。因此海洋核动力平台发电机的投切对电网的影响较大。

2）单个负载占有电网容量大，且负载变化频繁。采油平台有着大量功率较高的用电负载，且这些负载变化非常频繁。因此，海洋核动力平台发电功率起伏较大，容易引起电网较大的波动。

2 海洋核动力平台电压波动抑制措施

针对海洋核动力平台电压波动的特点，亟需一套能够降低海洋核动力平台电压波动的抑制措施。

2.1 内外隔离供电方案

为了保证供电的可靠性，海洋核动力平台宜配置主汽轮发电机组和辅汽轮发电机组[2]。主汽轮发电机组功率较大，负责对外供电；辅汽轮发电机组功率较小，负责海洋核动力平台自用电。另外，还配置柴油发电机组，能够在辅汽轮发电机组故障的情况下替代辅汽轮发电机组继续为海洋核动力平台自用电供电[2-3]，方案如图1所示。

图1 海洋核动力平台供电方案框图

方案分析。如图1方案，由于对外供电电网与平台自用电电网完全分离，因此外电网的波动不会影响平台自用电电网，从而提高了平台自用电电网的稳定性。而平台自用电电网的波动也不会影响到外电网，保证了外电网的稳定发电。

同时，当平台自用电电网负荷功率短时较高时，柴油发电机临时性地投入使用，能暂时提升电网容量，从而有效减小平台自用电负荷功率提升引起的电网波动。

因此，采用内外隔离供电方案，是限制海洋核动力平台电压波动的有效手段。

2.2 降压起动方案

海洋核动力平台主要用电负荷为电机类负荷，而电机类负荷在起动时间内冲击电流较大，容易引起海洋核动力平台电压的波动。

电机的起动分为全电压起动和降压起动两种方式，其中降压起动主要分为星-三角起动、自耦起动、软起动及变频起动等几种起动方式[4~6]，全电压起动虽然起动速度快，但对电网冲击大；而降压起动则起动速度慢，但对电网冲击小。

星-三角起动、自耦起动、软起动及变频起动四种降压起动方式相比，起动电流冲击逐步降低，但相应起动器成本和体积均逐步提高。考虑海洋核动力平台的经济性和空间的有限性，因此，针对不同功能需求和功率的负荷采取特定的起动方式，是限制海洋核动力平台电压波动的有效手段。综合以上所述，提供了一种选择海洋核动力平台电机类负荷起动方式的方案，如表1所示。（假设正常工作时海洋核动力平台电网余量为kW）。