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秦山核电二期扩建厂电气厂房系统与功能简介

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摘要:作为核岛控制性厂房,电气厂房在电站正常运行和事故状态下为厂用设备分配电能,并为核岛的一系列安全控制和辅助控制提供了可能,是核岛电源系统的心脏部分。目前国内运行的核电机组多为二代机组,本文谨以秦山二期扩建核电厂为例,介绍了核岛电气厂房的布置及功能,归纳总结了主要工艺和电气系统,阐述了厂用电配电系统的安全策略和切换方式。

关键词:秦山二扩;电气厂房;配电系统

1 电气厂房内部结构及作用简介

秦山核电二期扩建工程中,电气和连接厂房(LX-WX)是指电气厂房(LX)和连接厂房(WX)靠近电气厂房一侧的部分。厂房分为九层,标高分别为:-7.60m,-3.40m,±0.00m,+3.80m,+7.00m,+11.50m,+15.50m,+19.40m,+24.50m。电气厂房(LX)由三个独立结构部分组成,即3LX、4LX、8LX,每一部分是一自成体系具有分隔基础的钢筋混凝土结构厂房,厂房之间有5cm变形缝,墙上在通道处开孔使三个部分之间相互连通。电气-连接厂房(LX-WX)用于集中布置核岛电气与仪控设备,其中电力配电设备、仪表和控制设备按楼层分别布置在:+3.80m蓄电池间、+7.00m配电盘间、+11.50m继电器间和+15.50m控制柜间,主控室位于8LX+19.40m层。

1 电气厂房的主要作用

(1)为核电站用电设备供应和分配电能,通过纵深防御和多重保护策略确保核电站在正常运行时厂用负荷有效运转,在失去主电源情况下后备电源能够及时启动,维持事故状态下核安全级设备的可靠投用;

(2)布置于电气厂房+15.50m的控制柜和+19.40m的主控室可实现核岛安全级设备的监测及控制功能,如应急停堆盘等;

(3)为核岛其他厂房和汽轮发电机厂房以及BOP相关提供设备和管线接口。

2 电气厂房工艺及电仪布置

2.1 电气厂房总体布置

电气厂房位于反应堆厂房与汽轮机厂房之间,以利于电气厂房与汽轮机厂房、反应堆厂房和核辅助厂房之间的连接。这种布置能使电气设备集中布置在一些专门的房间内,从而具有容易运行、便于实现保护、有效地防御外部灾害的优点。

2.2 主要工艺系统

主要工艺系统包括:辅助给水系统、主蒸汽/主给水系统(VVP/ARE)、电气厂房冷冻水系统(DEL)、应急压缩空气生产系统(SAP)等。

2.3 主要电气设备及系统

2.3.1 棒控电源系统 该系统布置于电气厂房+0.00m,通过两套带飞轮的电动发电机组来确保对控制棒驱动机构的线圈连续供电。上述线圈一旦失电,则驱动杆和控制棒将依靠自身的重力落入堆芯,使反应堆停堆。由于电动机带有堕走飞轮,因此该系统与核电厂电源的任何暂态扰动无关,具有一定的独立性。

2.3.2 直流及交流不间断电源系统 直流电源系统向所有的控制、信号和保护系统供电,并向提供220V交流不间断电源的DC/AC逆变器供电,涵盖不同电压等级(220V、110V、48V)、不同系列(A系列和B系列)。每组直流电源系统包括:一组铅酸蓄电池;一台或两台蓄电池充电器,确保蓄电池组充电和向负载正常供电;一组带进出线断路器和开关的配电装置。

蓄电池组安装在连接厂房内+3.80m层,两机组共用的直流电源系统的蓄电池组安装在电气厂房+3.80m标高层上;充电器及直流配电盘安装在连接厂房内+7.00m及+15.50m层,两机组共用的直流电源系统的充电器及直流配电盘安装在电气厂房+7.00m标高层上的L410房间内。

220V交流不间断电源,为稳定且连续可靠的电源系统,包括LNA、LNB、LNC、LND、LNE、及LNP、9LNF系统。

2.3.3 中压配电系统

6kV厂用电系统设如下母线段:LGA、LGB、LGC及LGD四段正常厂用母线;8LGIA、8LGIB两段共用厂用母线;LHA、LHB两段应急母线。其中LGC、LGD、8LGIA、8LGIB、LHA、LHB均位于电气厂房+7.00m层。核岛的厂用电设备接于LGC、LGD两段母线上;向8LGIA、8LGIB供电的馈出线也分别接于1、2单元机组的LGC、LGD母线上。A系列和B系列的应急厂用设备分别接于LHA、LHB两段应急母线上。8LGIA由3LGD或4LGC母线供电,8LGIB由4LGD或3LGC母线供电,两个单元机组共用以及厂区用电设备接于这两段母线上。正常运行情况下,8LGIA由3LGD供电,8LGIB由4LGD供电。当3LGD(或4LGD)母线的电源丧失时,手动分断由其向8LGIA(或8LGIB)供电的出线断路器,然后手动关合8LGIA(或8LGIB)由4LGC(或3LGC)供电的断路器。

3 核电站厂用电原则及纵深防御策略

核电站的主要电源系统为:厂外主电源(引自500kV市电)、厂外辅助电源(引自220kV市电)、厂内应急电源(每台机组两台柴油发电机,一用一备)、蓄电池组、附加电源(第五台柴油发电机)。为了保证核电站运行的高度安全性,核电厂设计安全规定要求,当厂外主、辅电源和应急电源三者之一失去时,电厂立即进入退防状态。退防次序如下:

a) 500kV外电网故障时,电站与电网解列,转入带厂用电运行,等待外电网恢复;

b) 500kV外电网故障并且带厂用电运行不成功时,电厂切换至220kV辅助电网供电,维持热停堆;

c) 厂外主、辅两个电源都失去时,应急柴油发电机投入工作,电厂进入冷停堆。

失去一个机组的全部电源时,首先利用水压试验泵专用汽轮发电机供电系统在短时间内向水压试验泵及为其他安全相关传动装置提供电能。然后尽可能按照以下优先级别恢复供电:(1)由外电网恢复供电;(2)由另一个单元机组通过电网恢复供电;(3)由本单元机组的柴油发电机组供电。

4 小结

本文以秦山二扩核电工程为例,介绍了核岛电气厂房的内部结构、工艺系统及电气系统布置,阐述了核电站厂用电配电方式、切换原则及退防策略。作为核电站配电中心,电气厂房在核岛的安全运行方面起到了不可或缺的作用。核电站设计应以安全可靠为首要宗旨,在今后其他电站的设计工作中,要进一步领会核电站多重电源、逐级设防的意图,合理设计,确保电源系统在各种极端工况下的有效启动,使核电站更为安全、可控。