張 力，劉宙鋒，丁伯才，胡雙進，崔 睿

海洋核動力平臺電力系統(tǒng)設計概要

張 力，劉宙鋒，丁伯才，胡雙進，崔 睿

（武漢第二船舶設計研究所，武漢430064）

中國正在進行的海洋核動力平臺國家示范工程項目，其電力系統(tǒng)設計存在著新的問題。本文以海洋核動力平臺的需求為立足點，充分兼顧核電站的設計要求以及船舶入級的要求，歸納了適用于海洋核動力平臺電力系統(tǒng)設計的要點，對海洋核動力平臺的工程設計和新標準規(guī)范的制定具有較強的參考意義。

海洋核動力平臺 主電力系統(tǒng) 應急電力系統(tǒng)

0 引言

從20世紀50年代起，美國、前蘇聯(lián)、日本、德國等國就開展了民用核動力船舶研究，建造了多艘核動力商船和核動力破冰船，其相關的技術比較成熟[1]。中國正在大力發(fā)展海洋核能，國家能源局已將“海洋核動力平臺示范工程”項目列入工作規(guī)劃[2]。中船重工第七一九所等單位已經(jīng)開展了海洋核動力平臺技術方案設計工作[3]。海洋核動力平臺是船舶工程與核能工程的有機結合的新領域，系統(tǒng)工程復雜，市場前景廣闊，能帶來良好的經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益。

1 海洋核動力平臺電力系統(tǒng)的特點

與陸上核電站相比，海洋核動力供電平臺相當于一個孤島發(fā)電站，沒有連接廠外電源[4]，電站容量有限，電站內(nèi)部系統(tǒng)動態(tài)控制頻繁，其供電安全性、可靠性由平臺自身保證。海洋核動力平臺電力系統(tǒng)具有以下典型特點。

1）海洋核動力平臺采用核能發(fā)電，必須高標準高要求，確保核安全級設備連續(xù)可靠供電。

2）海洋核動力平臺海洋環(huán)境條件惡劣，并且電氣設備的布置空間十分有限。

3）海洋核動力平臺電力系統(tǒng)的對外發(fā)電量在其接入端電網(wǎng)中的容量占比相對較高，接入端電網(wǎng)的波動也會直接影響平臺電力系統(tǒng)。

4）海洋核動力平臺電力系統(tǒng)中的各種電源和負載投切時，對平臺電力系統(tǒng)的沖擊較大。

2 海洋核動力平臺電力系統(tǒng)的設計要點

海洋核動力平臺電力系統(tǒng)的設計，應充分兼顧核電站的設計要求以及海上船舶入級的要求，嚴格遵守相關法規(guī)與標準[5-12]。配置單個反應堆的海洋核動力平臺電力系統(tǒng)設計要點如下。

1）海洋核動力平臺電力系統(tǒng)應包含主電力系統(tǒng)和應急電力系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)。主電力系統(tǒng)由工作主發(fā)電機、備用發(fā)電機和主配電系統(tǒng)組成，并向全船和反應堆負荷供電。應急電力系統(tǒng)由應急動力源及其應急配電系統(tǒng)組成，它為保障全船和反應堆安全所必需的負荷供電[1]。

2）單堆配置的主電力系統(tǒng)，應至少配置2套工作主發(fā)電機組和至少1臺與工作主發(fā)電機組獨立的備用發(fā)電機，這些發(fā)電機組的臺數(shù)和容量，應能在任一發(fā)電機及其原動機和輔機的單個部件故障，不應導致反應堆緊急停堆和船舶機動性的喪失[1]。當任一發(fā)電機組停止工作時，主電力系統(tǒng)的其他電源應能在數(shù)分鐘內(nèi)恢復對保持平臺正常作業(yè)和可居住條件所必須的100%電力，以及為蒸汽發(fā)生裝置起動或冷卻要求的必要設備供電，而不需求助于應急電源。此情況下，允許對平臺不涉及安全性的非重要設備卸載。

3）主電力系統(tǒng)應有足夠的發(fā)電能力來提供為維持船舶正常操縱和可居住條件所必須的100%電力。備用發(fā)電機應有足夠的容量來保證核蒸汽供給系統(tǒng)冷態(tài)啟動和維持船舶正常操作和可居住條件所需的100%電力[1],[5-6]。

4）主電力系統(tǒng)至少要分為兩個區(qū)段，每個區(qū)段均配置主開關板，且每區(qū)段至少由1臺工作主發(fā)電機供電。主電力系統(tǒng)的各個區(qū)段之間可以通過自動開關進行互聯(lián)，必須要保證在某一條區(qū)段故障時任一條區(qū)段都能夠自動與之斷開[1],[5-6]。

5）主電力系統(tǒng)包含平臺自用電的中低壓供配電系統(tǒng)和平臺對外輸送電的中高壓輸配電系統(tǒng)。目前，海洋船舶電力系統(tǒng)電制最高為10 kV，而平臺通過數(shù)十千米長度的海底電纜來輸送幾十MW的電能，采用35 kV及以上的中高壓電制是更好的選擇，但是在海洋船舶領域沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗和標準可以直接照搬[5-6]，需要充分論證。

6）應急電力系統(tǒng)要具有足夠的獨立性、冗余性和可測試性以滿足它的安全功能，應急電力系統(tǒng)必須滿足單一故障準則[1],[7-9]。

7）單堆配置的應急電力系統(tǒng)至少分成2個獨立的多重序列，每一個序列必須具有由它提供動力的系統(tǒng)能執(zhí)行其安全功能所需的可靠性，各個序列之間必須進行物理隔離和功能隔離[1],[7-9]。

8）平臺的應急電力系統(tǒng)中涉及核安全的電氣設備，必須同時具備核安全級（1E級）資質和海上船舶入級資質。對這個新領域電氣設備的設計、制造、質保、鑒定、監(jiān)管等方面[5-6],[10]，提出了新的要求，新的標準規(guī)范亟待設立。

9）與應急功能無關的電氣設備和非電設備都不應布置在應急電站之內(nèi)[1],[5-6]。

10）考慮到應急發(fā)電機的啟動時間，應急電力系統(tǒng)必須配置過渡電源[1],[5-6],[11-12]。在主電力系統(tǒng)失電的情況下，應急電力系統(tǒng)首先由過渡電源（例如蓄電池組）自動向應急電網(wǎng)不間斷提供電能，待應急發(fā)電機啟動成功并具備帶載能力后，替代過渡電源向應急電網(wǎng)連續(xù)供電。

3 結論

中國正在進行的海洋核動力平臺示范工程意義重大，本文對該平臺的電力系統(tǒng)設計做了幾點總結，在這個新領域設計電力系統(tǒng)，安全可靠是首要考慮的問題，應充分兼顧陸上核電領域以及海事領域的雙重要求，也要制定新的標準規(guī)范。

[1] 屈玉鑫，萬安太. 俄羅斯核商船安全規(guī)范[S],第五章第二部分,1981.

[2] 國家能源科技“十二五”規(guī)劃,國家發(fā)展改革委員會,2011.

[3] 《國家發(fā)展改革委辦公廳關于海洋核動力平臺國家能源科技重大示范工程的復函》（發(fā)改辦能源[2015]3477號）.國家發(fā)展改革委員會,2015.

[4] 中國國家標準化委員會. GB/T 13177-2008核電廠優(yōu)先電源[S].北京:中國標準出版社,2008.

[5] 中國船級社. 鋼制海船入級規(guī)范[S].北京:中國船級社,2014.

[6] 中國船級社. 海上浮式裝置入級規(guī)范[S].北京:中國船級社,2014.

[7] 中國國家核安全局. HAD102-13-1996核電廠應急動力系統(tǒng)[S].北京:中國國家核安全局,1996.

[8] 中國國家能源局. NB-T 20051-2011核電廠廠用電系統(tǒng)設計準則[S].北京，中國國家能源局,2011.

[9] 中國國家標準化委員會. GB/T 13626-2008單一故障準則應用于核電廠安全系統(tǒng)[S].北京:中國標準出版社,2008.

[10] 中國國防科學技術工業(yè)委員會. EJ-T 1197-2007核電廠安全級電氣設備質量鑒定試驗方法與環(huán)境條件[S].北京:中國國防科技工業(yè)局,2007.

[11] 中國國防科學技術工業(yè)委員會. EJ-T 625-2004核電廠備用電源用柴油發(fā)電機組準則[S].北京:中國國防科技工業(yè)局, 2004.

[12] 中國國家能源局. NB/T20062-2012核電廠不間斷電源系統(tǒng)蓄電池組[S].北京:中國國家能源局,2012.

Design Essentials of Power System at Offshore Nuclear Power Platform

Zhang Li, Liu Zhoufeng, Ding Bocai, Hu Shuangjin, Cui Rui

（Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430064, China）

TM711

A

1003-4862（2017）11-0036-02

2017-08-15

張力(1986-)，男，工程師，碩士。研究方向：船舶電力系統(tǒng)。