核电群堆模式下机组间互供电策略分析

王洪军

【摘 要】福岛事故后，机组在应对超设计基准事故如SBO事件等紧急工况时的供电配置，受到了国内外核电领域的关注。通过对某核电厂供电系统配置的分析，提出了可行的互供电改进方案，由安全机组向失电机组的互供电，来保证对反应堆安全需要的应急负荷进行供电。

【关键词】群堆模式；互供电；福岛事故；改进

0 引言

核电作为清洁的非化石类能源，在国内已经形成规模化、基地化的蓬勃发展。随着国内核电机组的增加，目前国内沿海各省核电发展已逐步形成以基地为核心的群堆管理模式。在现有核电的设计中，单机组供电可靠性能够满足设计基准事故工况下的供电要求。但由于福岛事故的发生，使我们认识到进一步提高机组供电的可靠性，可以使核电机组的安全性得到进一步的加强补充。

1 核电机组供电系统配置现状

核电机组的供电设计是按照核安全法规要求，以设计基准事故为设计基准，按照多样性、独立性、冗余性的要求进行设计的，保证在设计工况下为电站的设备提供安全可靠的电源，并对核安全有关的系统和设备提供应急电源，以确保核电站的安全运行。

某核电厂在机组正常运行期间，通过厂变为电站提供厂用电。在机组停运期间，可通过500kV开关站经主变倒送电进行供电。为提高电站机组的供电可靠性，设计上还为机组提供了220kV备用电源进行供电。当正常厂用电以及500kV正常电源无法供电时，可通过220kV开关站经辅变为机组进行备用供电。备用供电运行时，通过厂用6kV中压母线主辅电源进线开关的切换来实现。具体中压母线供电接线见图1。

同时一旦主变/辅变皆不能实现使6KV中压母线带电，也就是通常所说的失去所有厂外电源，这时就需要由柴油机即厂内电源来直接带载中压安全母线LHA/B，保证反应堆的安全功能。

电站还设置了全厂应急柴油机，在单元机组应急柴油机不可用时，全厂应急柴油机可作为备用柴油机替代正常柴油机向中压应急母线供电。具体供电接线见图2。

由于福岛事故的发生，使我们认识到超设计基准事故发生的概率，随着自然环境的变化是有所提升的。尤其是如果发生SBO（STATION BLACKOUT，全厂断电）事件，将会导致严重的后果。类似于福岛的超设计基准极小概率事故的发生，被证明会首先失去正常厂内电源和厂外电源。厂内的应急电源也会受到影响，可能部分失去或全部失去。

根据目前核电机组的供电配置情况，为提高供电可靠性进而提高机组应对如SBO等紧急工况下的能力，群堆管理模式下机组间的相互供电是应对措施之一。

2 机组间相互供电的方案

2.1 通过LGIA/B中压母线互供电的方案

将9LGIA同时连接到1LGC和2LGD，可以实现相邻单元的两台机组间的相互供电。对8LGIA、8LGIB同理。具体供电接线见图3。

此方案利用现系统中的配电柜，无需进行改造，只需要对LGIA/B母线及相连接的开关柜进行解除供电联锁操作。LGIA/B母线容量与LHA/B的容量均为1250A，在需紧急互供电时状态时由于机组已经停堆，主要保证反应堆的余热排出功能，因此母线容量是能够满足供电要求的。紧急时需供电的负荷情况见表1（以其中LHA母线为例）：

通过LGIA/B中压母线进行互供电，由于是相邻单元机组，因此如发生类似福岛的事件，则有较大概率为相邻机组同时失去电源，进而导致此互供电方案的失效。但此方案也可以作为机组间互供电的手段之一。

2.2 两路220kV备用电源互供电方案

利用两条220KV进线，通过两个220kV开关站之间联络线和0/5LGR母线，实现四台机组互供电。0LGR与5LGR两条母线间的联络线母联开关接通，可以对9LGR或者8LGR母线向下对6kV母线LGC/D进行供电。具体供电接线见图4。

两路220kV备用电源的互供电，是利用机组扩建工程设计中的倒送电方案，备用电源母线、配电柜等负荷容量满足机组间互供电的要求。在发生如SBO事件时可通过备用电源互供电为机组中压应急母线供电，实现四台机组间的互供电。此方案由于220kV备用电源为户外供电塔形式的供送电形式，在地震发生后有很大概率失去供电。但此方案也可以作为机组间互供电的手段之一。

2.3 全厂应急母线互供电方案

使用全厂应急柴油机的供电配置设计，以全厂应急柴油机母线0LHT为结点，通过0LHT001TB和0/5LHT中压母线线路向各机组6KV中压安全母线供电，实现机组间的互供电。

该方案以现全厂应急柴油机供电接线方案为参考（见图2），需对全厂应急柴油机配电柜进行升级改造，并对供电路径内的应急配电线路进行升级改造，进一步提高抗震、防水、防火等的等级要求，如使用加固充油电缆等方案。该方案与现系统的供电设计，主要是供电安全连锁设计有冲突，因此需对柴油机、应急母线段钥匙连锁系统进行变更设计。全厂应急母线0/5LHT母线容量为1250A，与LHA/B的容量相同，考虑到相互供电时是通过LHA/B来实现，因此容量满足要求。因此此方案可以作为机组间互供电的手段之一。

2.4 三个方案的对比

表2 机组间互供电方案对比

3 群堆模式下基地间机组的互供电

由于我们国家地理环境和目前国内核电政策的限制，核电厂址目前形成以基地为单位，集中分布在沿海的特点，按照历史上发生地震等自然灾害的概率较低，以及其他如水文环境、发生事故的后果等进行筛选得来的。利用核电机组这样分布的特点，在同一核电基地内，应对超设计基准事故如SBO事件等紧急工况时，不同电厂不同堆型之间的应急供电支持，也是群堆管理模式下基地间机组相互供电的应对措施之一。

3.1 可移动式应急电源供电方案

根据福岛事故的经验反馈，国内核电厂已经以基地为单位配置了中压移动式应急柴油发电机车，在发生SBO时可保证在1h内，将应急厂用电系统LHA/B母线的进线切换到移动式应急柴油发电机车，为反应堆通过自然循环带出堆芯余热所需必要的负荷提供后备电源。

以某核电基地为例，分别配置了1台1500KW中压（6.3kV）移动柴油发电机；2台500KW低压（380V）移动柴油发电机；2台车载柴油机移动泵以及相关配套设施。中压移动柴油发电机负荷容量设计：低压安注泵（350）+设备冷却水泵（630）+应急照明（14）+控制和监测（50）=1044（KW），考虑启动电流影响后确定为1500KW。

3.2 增设替代交流电源（ACC电源）方案

考虑到基地内各电厂电源配置不尽相同，从供电可靠性以及供电能力的要求，选择电厂厂址高位合适区域增设替代交流电源（ACC电源），形成标准的一台机组应急电源一用一备的供电配置，同时对各电厂间的ACC电源相连接，以实现群堆模式下基地间机组的互供电。

增设一台非安全级的柴油发电机组，功率与安全级柴油机相同，正常运行处于热备用状态，与电厂设备不相连接，当发生如SBO事件等紧急事故时再与电厂系统连接，为保证反应堆安全需要的负荷进行供电。ACC电源要求具有独立的控制支持系统，与电厂正常应急电源不同的设计以避免共模故障。

各电厂间的ACC电源相连接路径，应满足可应对超设计基准事故如SBO事件等紧急工况时的抗震、防水、防火等要求，可以作为基地间机组互供电的“生命线”，可作为核安全最后一道屏障的一部分。

4 结束语

群堆模式下的互供电改进思路，主要是从机组目前应急母线的配置进行分析的。但我们知道母线是“主动脉”，最后执行保护功能的依然是设备。因此对于电厂内0M及以下标高涉及的重要设备，提高设备的供电可靠性也应是我们应对超设计基准事故如SBO事件等紧急工况时应考虑的问题之一。

5 结论

核电群堆模式下的互供电，在应对超设计基准事故如SBO事件等紧急工况时，提升核电机组供电的安全性和灵活性，是有效防止类似福岛事件等自然灾害造成电厂失电对电厂破坏的手段之一，可有效加强电厂的纵深防御能力。

【参考文献】

[1]朱继洲.核反应堆安全分析[M].西安交通大学出版社，2004.

[2]单志明，等.ACC电源可行性与优点浅析分析[J].科技创新导报，2014（30）.

[3]袁我舟，等.核电厂移动式应急交流电源的可行性研究[J].企业技术开发， 2013（5）.

[责任编辑：杨玉洁]