摘要：为确保核电站安全可靠运行，在正常和事故工况下，核电站厂用电系统不仅可以为电站的厂用设备提供安全稳定的电源，还可以向核安全相关的系统及设备提供应急电源。近年来沿海核电相继投产，越来越多的核电基地遭受着台风袭击，有些电厂因此失去厂外电源。若全厂发生断电事故，不仅可能造成设备损失及人身伤害，甚至可能导致核泄漏而造成重大的社会影响。因此核电站厂用电的可靠性相比常规电厂具有更高要求。
关键词：核电站；厂用电；可靠性；措施
引言：核电站是产生电能的发电实体，反应堆的热能经过发电系统，转换为电能，经过电压处理，将符合电网规格的电能送到电网。核电站这个产生电能的地方同样需要稳定、可靠、持续的电能供应，用来维持绿色能源的持续、安全产出。
一、核电站内容以及系统设计原则简析
核电站是将原子核发生裂变或聚合反应时释放的巨大热能，传给一回路的反应堆冷却剂，再由反应堆冷却剂将热量传给蒸汽发生器的二回路水，从而产生饱和蒸汽，推动汽轮发电机组发电。它和一般火电厂最大的区别在于火电厂用燃煤锅炉产生蒸汽，核电站是用原子核反应堆来产生蒸汽。与常规火电厂相比，核电站由于拥有可裂变及带有放射性的核燃料，也因此产生一些特殊的安全问题：第一，有可能发生比设计功率高得多的超功率事故；第二，反应堆在运行中或停闭后，都有很强的放射性；第三，有很强的剩余发热；第四，核电站在运行过程中，会产生气态、液态及固态放射性废物，存在处理和储存问题。鉴于上述特殊性，核电站的设计，尤其是电气厂用电系统的设计应针对上述特点，采用纵深防御、多重保障的设计原则，使核电站始终处于安全有序的状态中[1]。
（二）核电站厂用电系统设计原则
核电站对厂用电要求很高，不仅要保证正常时厂用电力负荷的需要，而且要保证核电站严重事故状态下能安全停堆并维持在停堆冷状态，以尽可能降低放射性物质外逸影响周围环境。核电站在停止运行后，反应堆仍能不断地释放余热，供安全设施的应急母线电源仍不能间断。正因为核电站的以上特点，使得核电站的厂用电系统与常规火电厂相比，有很大不同，特别是厂用电系统的可靠性、多重性、独立性以及在任何情况下都能安全停堆的应急电力系统，使得核电站的厂用电系统显得更为复杂。
二、核电站用电可靠性分析
（一）开关站电源情况
500KV开关站有四回进线和四回出线，采用“一台半断路器”接线，高压组合电器为SF6气体绝缘配电装置。主变至开关站部分采用ＧＩＳ封闭母线，绝缘水平高，受外界因素影响小。为了有效利用输电用地，开关站送出线采用同杆并架方式架设，CRI线和CRII线共用一个输电走廊，余下两条线共用另一个输电走廊。线路最大设计风速约为32M/S（相当于11级风力）。220KV辅助开关站为作为应急电源的第二外部电源，当高厂变故障时根据DCS慢切逻辑切换至永久母线段。辅助开关站同样采用GIS设计，为双母线接线方式。进线有两条独立的220KV线路，全线基准设计风速为39m/s（相当于13级风力）[2]。
（二）厂用电系统运行模式
核电厂在正常运行期间由24KV母线通过高压厂用变压器给6.6KV厂用电母线供电，确保常规岛、核岛及辅助厂房的正常用电。当厂变失去时，厂用永久母线切换至220KV辅助变压器供电。在工作电源和辅助电源都失去时，应急母线段则由柴油发电机组供电。当机组出现全厂断电时，由备用柴油发电机替代应急柴油发电机组恢复对应急母线段的供电。此外，每台核电机组都有一套LLS（水压试验泵柴油发电机组）。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在正常或设计基准事故工况下，该系统不执行安全功能；但在一个机组的两列配电盘都不能供电的情况下，该系统为水压试验泵提供380V应急电源，以确保给主泵１号密封供水，从而保证反应堆冷却剂系统的完整性；此外，该系统在此工况下还承担为机组运行所需的仪表供电的功能，且可通过两个机组的共用机柜，为水压试验泵房的应急通风机供电，降低核反应堆堆芯熔化概率，提高核电站的核安全水平。
（三）6.6KV应急电源情况
6.6KV应急电源包括八台应急柴油机、一台备用柴油机及相应的应急母线。每台应急柴油机储油罐内储备的燃油可以使柴油发电机满负荷运行7天；在任意一台应急柴油机不可用时，备用柴油机可通过手动切换替代向应急母线供电。
（四）薄弱点分析
首先，开关站辅助电源失去。电厂如果在恶劣天气因故障失去24KV母线、220KV辅助电源和500KV厂外电源，则开关站将失去辅助电源。失去交流电源的开关站直流系统只能维持１ｈ，若直流蓄电池耗尽将导致开关站控制电源不可用；开关站的高压断路器只能依靠储能装置动作，一旦其开关次数超过储能装置限制，将会直接影响500KV厂外电源和220KV辅助电源的及时重启；通信系统也将因失去电源而不可用；另外，杆塔距离过近。该电厂厂外架空线500KV与220KV杆塔距离过近。500KVCR线如果发生倒塔事故，会影响到500KVCC线路，最坏结果是500KV4条线路全部失去，但不会影响到220KV两条线路。500KVCC线发生#2、#3杆塔倒塔事故时，杆塔以与线路出线方向垂直的方向倒向220KV线路侧，有可能引起两条220KV线路失电，此时核电厂失去一路同塔双回的500KV线路，同时失去两条220KV线路，只剩下500KVCR两条线路。最后，应急电源共模故障。在发生重大自然灾害时，应急电源系统存在“共模故障”的风险。为此，针对核电站厂用电中存在的故障问题，相关人员必须对其形成高度重视，预防事故的发生[3]。
三、提高核电站厂用电可靠性的对策
（一）提高设备可靠性
为了提高开关站二次设备及控制电源的供电能力，对其进行改造，在开关站交流电源配电间增加移动电源的接口，在全厂失去电源时通过接口接入柴油机，以提高开关站直流、通信、保护等设备电源系统的可靠性。增加6.6KV移动式柴油发电机组，在全厂失电且所有固定柴油机无法短时恢复可用的工况下，该柴油机作为厂内固定式柴油发电机组的后备电源，在一定范围内可降低“共模故障”风险。通过手动方式将移动柴油机接入中压应急母线，为应急母线提供可靠的电源。在超基准设计工况下，为了应对LLS不可用的极端情况，增设一台380V移动式应急电源作为备用电源，替代LLS柴油机为水压实验泵供电，并为厂内监视、部分测量及控制等负荷进行供电，以达到缓解事故的目的。
（二）加强人因失误管理
运行或维修人员在设备操作、试验等工作中的人因失误也有可能造成厂外电源的丧失，主要表现在电气设备操作上没有使用防人因工具卡，以及工作指令、工作计划等方面管理不善。因此应通过管理手段强化防人因建设，在工作中加强人因失误的培训，确保在设备操作时，特别是在厂外电源关键设备上规范使用防人因工具卡。
（三）制定黑启动方案
电厂应根据电网情况制定黑启动方案。黑启动方案是指电网全停事故时，系统中具有自启动能力的机组首先启动，有步骤地恢复核电站主、辅外电源，使核电站能够及时恢复机组厂用电系统，保证核反应堆的安全。黑启动方案应包括核电机组黑启动电源点以及送电路径、发生电网全停事故时的组织措施、详细的复电步骤等内容。
结论：
为清洁能源之一的核电因其具有低污染、高效能等诸多优点，越来越受到国内外能源行业的青睐。安全是发展核电的前提，而厂用电的可靠性关乎着核安全。核电站厂用电设计充分考虑了冗余性，可靠性相对较高，但在遇到超线路抗风等级设计等恶劣天气时，有可能会发生500KV线路、220KV线路同时失去造成外部电源全部失电的情况。尽管此类事故的发生概率极小，但电厂应引起足够重视，制定改进措施，确保事故造成的影响在可控范围内[4]。
参考文献：
[1]广东核电培训中心．900ＭＷ压水堆核电站系统与设备[M]．北京：原子能出版社，2014．
[2]焦峰，候勤脉，车树伟．核电厂丧失厂外电的经验反馈[J].中国核电,2016(06).
[3]杨智慧,张涛.核电厂厂用电供电方式改进分析[J].核科学与工程，2016(12).
[4]阮阳，赵禹．移动式应急柴油发电机组在核电厂的应用探析[J].电气应用，2014(06)．
论文作者:费罗杰,靳瑞
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第19期
论文发表时间:2018/11/19
标签：核电站论文; 电源论文; 母线论文; 核电论文; 系统论文; 线路论文; 柴油机论文; 《建筑学研究前沿》2018年第19期论文;