李 明

（東北電力設(shè)計(jì)院，長(zhǎng)春 130021）

AP1000核電機(jī)組是我國(guó)引進(jìn)的新一代百萬(wàn)千瓦級(jí)核電機(jī)組，與以往傳統(tǒng)的壓水堆技術(shù)相比，AP1000的主要特征在于采用了非能動(dòng)的安全設(shè)計(jì)理念，主要體現(xiàn)在核島非能動(dòng)的余熱排出系統(tǒng)，非能動(dòng)的應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)、自動(dòng)降壓系統(tǒng)，非能動(dòng)的安全殼冷卻系統(tǒng)和非能動(dòng)的主控室可居留性系統(tǒng)等。基于上述非能動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用，使得第三代核電站的安全水平大幅度提高。也正是基于這一設(shè)計(jì)理念，使得AP1000核電廠主要電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有不同于二代核電的特征［1］。

1 主要電氣系統(tǒng)

根據(jù)美國(guó)西屋公司AP1000設(shè)計(jì)控制文件（DCD），按照核電站的實(shí)體控制區(qū)域，電氣系統(tǒng)分為廠外電氣系統(tǒng)（offsite power systems）和廠內(nèi)電氣系統(tǒng)（onsite power systems）；按照電氣系統(tǒng)的功能，廠外電氣系統(tǒng)主要由500kV開(kāi)關(guān)站系統(tǒng)、220 kV開(kāi)關(guān)站系統(tǒng)、主變壓器及機(jī)組高壓廠用變壓器系統(tǒng)等構(gòu)成；廠內(nèi)電氣系統(tǒng)由主發(fā)電系統(tǒng)、勵(lì)磁與電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、主交流電源系統(tǒng)、備用電源系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)構(gòu)成。

由于AP1000核電機(jī)組的反應(yīng)堆堆芯冷卻和安全殼采用非能動(dòng)安全相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因此，不需要用于安全停堆的1E級(jí)交流電源，所以廠外電氣系統(tǒng)不需要具有安全性，廠內(nèi)電氣系統(tǒng)除執(zhí)行安全功能的直流外也不需要具有1E級(jí)的安全性，均為非1E級(jí)系統(tǒng)。AP1000核電機(jī)組的直流電系統(tǒng)分為兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)：1E級(jí)直流與不間斷電源系統(tǒng)和非1E級(jí)直流與不間斷電源系統(tǒng)，1E級(jí)系統(tǒng)執(zhí)行安全相關(guān)功能。

2 主要設(shè)計(jì)特征

2.1 廠外電氣系統(tǒng)

廠外電氣系統(tǒng)的功能是將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電力經(jīng)主變壓器升壓后匯集到開(kāi)關(guān)站，通過(guò)配電裝置分配后送入外部電網(wǎng)；同時(shí)，通過(guò)開(kāi)關(guān)站從外部電網(wǎng)接受電力，經(jīng)高壓廠用變壓器降壓后作為機(jī)組啟動(dòng)、正常停堆及檢修電源。

AP1000機(jī)組的單機(jī)容量較大，在電力系統(tǒng)中常擔(dān)任基本負(fù)荷運(yùn)行，一般接入500kV電網(wǎng)，出線回路數(shù)不少于2回，因此廠內(nèi)設(shè)置500kV開(kāi)關(guān)站，向外部電網(wǎng)輸送電能；當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)組不可用時(shí)，可以從500kV開(kāi)關(guān)站取得電源，經(jīng)主變壓器、高壓廠用變壓器降壓后，為廠內(nèi)主交流系統(tǒng)提供電源，這一電源被稱(chēng)為廠外優(yōu)先電源。220kV開(kāi)關(guān)站作為另一路廠外電源，主要為機(jī)組提供檢修電源，當(dāng)500 kV電源不可用時(shí)，則由220kV開(kāi)關(guān)站取得電源，經(jīng)高壓備用變壓器為廠內(nèi)主交流系統(tǒng)提供電源。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，500kV和220kV電源必須同時(shí)處于可用狀態(tài)。

作為核電廠縱深防御安全體系的重要支持系統(tǒng)之一，同時(shí)保障機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，廠外電氣系統(tǒng)雖然不需要具有安全性，但其運(yùn)行的可用性和可靠性還是有很高的要求的。

2.2 廠內(nèi)電氣系統(tǒng)

2.2.1 主發(fā)電系統(tǒng)

主發(fā)電系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)出口斷路器、發(fā)電機(jī)離相封閉母線、主變壓器、高壓廠用變壓器等設(shè)備組成。主發(fā)電系統(tǒng)采用發(fā)電機(jī)－變壓器組接線形式，經(jīng)主變壓器升壓后接入廠內(nèi)500kV開(kāi)關(guān)站系統(tǒng)；發(fā)電機(jī)和主變壓器之間裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器（GCB）；發(fā)電機(jī)引出線采用離相封閉母線與主變壓器低壓側(cè)相連，在發(fā)電機(jī)和GCB之間T接勵(lì)磁電源，在GCB和主變壓器低壓側(cè)之間T接高壓廠用變壓器電源。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)采用經(jīng)接地變壓器的高電阻接地方式，主變壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)采用直接接地方式，高壓廠用變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)接地電阻接地。

2.2.2 勵(lì)磁和電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)

勵(lì)磁和電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功能是保證發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，建立轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前，調(diào)節(jié)同步所需的空載電壓；發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，調(diào)節(jié)與電網(wǎng)交換的無(wú)功功率；當(dāng)外部電網(wǎng)發(fā)生突然短路或負(fù)荷突變、甩負(fù)荷時(shí)，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)行勵(lì)磁或強(qiáng)行減磁，以提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性；當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)短路故障時(shí)，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行滅磁，以避免事故擴(kuò)大。此外還監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子的運(yùn)行電氣參數(shù)，用于報(bào)警和保護(hù)。

2.2.3 主交流電系統(tǒng)

AP1000主交流電系統(tǒng)（ECS）的功能是為機(jī)組的正常運(yùn)行、啟動(dòng)以及順序停堆提供電源，并具備向非1E交流電源提供縱深防御功能，用于核島在冷停堆和裝料運(yùn)行模式中反應(yīng)堆冷卻措施減弱期間，保證裂變產(chǎn)生的熱量能夠被帶走。

主交流電系統(tǒng)電壓等級(jí)采用10kV和0.4kV，主要由10kV中壓交流配電系統(tǒng)、380V低壓負(fù)荷中心、380V低壓電動(dòng)機(jī)控制中心組成。主交流系統(tǒng)接線如圖1所示。

按照供電負(fù)荷安全性的重要程度，10kV中壓交流配電系統(tǒng)分為兩個(gè)供電層次。圖1中的ES1、ES2配電裝置為一個(gè)供電層次，布置在核島附屬建筑物內(nèi)，主要為核電廠永久性非安全級(jí)重要負(fù)荷供電，由于其特殊功能通常需要一直保持運(yùn)行，即使機(jī)組停運(yùn)時(shí)；ES1、ES2所接負(fù)荷互為冗余，每段都有3個(gè)電源，正常電源來(lái)自每臺(tái)機(jī)組的高壓廠用變壓器（UAT），當(dāng)高壓廠用變壓器不可用時(shí)，由備用變壓器（AT）供電；當(dāng)這2個(gè)電源都不可用時(shí)，則由備用柴油發(fā)電機(jī)組（DG）供電。ES3、ES4、ES5、ES6配電裝置為另一個(gè)供電層次，布置在常規(guī)島汽機(jī)房?jī)?nèi)，主要為機(jī)組的單元負(fù)荷及BOP（輔助車(chē)間控制系統(tǒng)）負(fù)荷供電，反應(yīng)堆4臺(tái)主冷卻劑泵分別接在一段上，每段都有2個(gè)電源，正常電源來(lái)自每臺(tái)機(jī)組的高壓廠用變壓器，當(dāng)高壓廠用變壓器不可用時(shí)，由備用變壓器供電。

圖1 主交流系統(tǒng)接線圖

380V低壓負(fù)荷中心共有2個(gè)，一個(gè)布置在常規(guī)島汽機(jī)房?jī)?nèi)，主要為汽機(jī)廠房75kW以上電動(dòng)機(jī)、動(dòng)力設(shè)備和低壓電動(dòng)機(jī)控制中心供電，共有4段，由4臺(tái)容量為2000kVA的低壓廠用變壓器供電，4臺(tái)低廠變分別由中壓母線ES3、ES4、ES5、ES6段供電；另一個(gè)低壓負(fù)荷中心布置在核島附屬?gòu)S房?jī)?nèi)，主要為核島及其附屬低壓設(shè)備供電。

380V低壓電動(dòng)機(jī)控制中心按照盡量靠近負(fù)荷中心原則布置，常規(guī)島廠房及核島廠房均有多個(gè)低壓電動(dòng)機(jī)控制中心，為75kW以下電動(dòng)機(jī)和動(dòng)力設(shè)備供電。

2.2.4 備用電源系統(tǒng)

AP1000站內(nèi)備用電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要為啟動(dòng)給水系統(tǒng)和正常余熱排出系統(tǒng)及其支持系統(tǒng)供電，起到縱深防御的作用，并用于事故后監(jiān)測(cè)和為1E級(jí)直流蓄電池充電器供電；當(dāng)電站處于冷停堆狀態(tài)，主交流電系統(tǒng)檢修期間，本系統(tǒng)也可以提供部分廠用電負(fù)荷。

每臺(tái)AP1000機(jī)組配置2套備用柴油發(fā)電機(jī)及其附屬設(shè)備，分別接在ES1、ES2供電層次上。在正常電源、廠外優(yōu)先電源均不可用時(shí)，即全廠失去交流電源時(shí)，由備用柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)給選定的負(fù)荷供電，選定的負(fù)荷主要用于執(zhí)行反應(yīng)堆縱深防御功能，不需要本系統(tǒng)的操作去減緩非能動(dòng)安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件，因此，不同于傳統(tǒng)的二代核電機(jī)組，AP1000的備用柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)被劃定為非1E級(jí)。

3 直流系統(tǒng)

3.11 E級(jí)直流系統(tǒng)和UPS

1E級(jí)的直流系統(tǒng)和UPS為廠內(nèi)與安全相關(guān)的儀表、控制、檢測(cè)和其他停機(jī)時(shí)需要的重要設(shè)備提供可靠電源；另外，1E級(jí)的直流系統(tǒng)和UPS為主控室和遠(yuǎn)方停機(jī)工作站內(nèi)的正常和應(yīng)急照明供電。

當(dāng)發(fā)生與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)事故一致的失去所有交流電源、沒(méi)有電池充電器支持的情況下，1E級(jí)的直流系統(tǒng)和UPS能夠?yàn)殡姀S的安全停機(jī)提供可靠的電源。該直流系統(tǒng)和UPS能夠滿(mǎn)足單一故障，不會(huì)影響電廠的安全停機(jī)。

1E級(jí)直流系統(tǒng)由4套相互獨(dú)立的直流電源系統(tǒng)組成，4套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電氣隔離和物理隔離。其中2套直流電源系統(tǒng)分別由1個(gè)蓄電池組、1套開(kāi)關(guān)柜和1套充電器組成，分別與1E級(jí)直流配電盤(pán)連接；當(dāng)發(fā)生與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故一致的失去全廠交流電源故障時(shí)，為第1個(gè)24h所需的安全停堆負(fù)荷供電；另2套直流電源系統(tǒng)則分別由2個(gè)蓄電池組、2套開(kāi)關(guān)柜和2套充電器組成，為失去全廠交流電源故障時(shí)72h所需的安全停堆負(fù)荷供電。1E級(jí)UPS的設(shè)計(jì)與1E級(jí)直流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相同，也為4套，供電方式同1E級(jí)直流系統(tǒng)。

3.2 非1E級(jí)直流系統(tǒng)和UPS

非1E級(jí)直流系統(tǒng)和UPS為對(duì)電廠運(yùn)行、投資保護(hù)非常重要的非1E級(jí)控制和儀表直流、交流負(fù)荷和安全殼內(nèi)的氫氣燃燒器及非安全相關(guān)的多樣化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供直流電源和不間斷交流電源。非1E級(jí)直流系統(tǒng)和UPS由分別代表兩個(gè)獨(dú)立電源通道的子系統(tǒng)組成，這兩個(gè)子系統(tǒng)分別位于核島輔助廠房?jī)?nèi)獨(dú)立的房間中。

4 結(jié)束語(yǔ)

作為三代核電技術(shù)，與二代如 M310、WWER核電技術(shù)相比較，AP1000的設(shè)計(jì)更加追求安全性和經(jīng)濟(jì)性，為實(shí)現(xiàn)這個(gè)設(shè)計(jì)理念，AP1000的系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)一步簡(jiǎn)化，如反應(yīng)堆采用雙環(huán)路設(shè)計(jì)，采用非能動(dòng)安全設(shè)施設(shè)計(jì)，采用模塊化設(shè)計(jì)，采用單堆布置等。從主要電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特征來(lái)看，由于采用了非能動(dòng)的安全設(shè)施用于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故工況下的堆芯和安全殼冷卻，不需要廠內(nèi)主交流電源系統(tǒng)執(zhí)行安全功能，降低了對(duì)交流供電系統(tǒng)高可靠性的要求，因此廠外電氣系統(tǒng)不再要求2路獨(dú)立的優(yōu)先電源設(shè)計(jì)，廠內(nèi)主交流系統(tǒng)和備用電源系統(tǒng)不需要安全級(jí)設(shè)備和系統(tǒng)；直流系統(tǒng)相對(duì)二代核電來(lái)說(shuō)，由于要承擔(dān)核島反應(yīng)堆安全相關(guān)負(fù)荷供電，因此設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。

［1］林誠(chéng)格.非能動(dòng)安全先進(jìn)核電廠AP1000［M］.北京：原子能出版社，2008.