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核電機組220kV安全電源設(shè)計

文檔作者：周志貴，盧忠斌，池闖正，朱志飛文檔來源：中核國電漳州能源有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月17日
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核電研發(fā)
核電機組2 2 0 kV安全
電源設(shè)計
周志貴，盧忠斌，池闖正，朱志飛
(中核國電漳州能源有限公司，福建漳州363300)
摘要：安全電源的設(shè)計是核電前期工作必須優(yōu)先考慮的內(nèi)容之一，文章針對漳州核電廠址的自身特
點和AP1000核電機組的技術(shù)要求，通過理論分析和模型計算，確定了漳州核電220 kV安全電源的設(shè)
計容量和最優(yōu)接入方案，論述了漳州核電AP1000機組220 kV安全電源設(shè)計方案在可靠性、安全陛方
面滿足APlO00核電機組廠用電和安全電源的功能要求。
關(guān)鍵詞：AP1000；漳州核電；220 kV安全電源
中圖分類號：TM623 文獻標志碼：A 文章編號：1674—1617(2015)03—0196—06
Analysis of 220 kV Safety Power Design for Nuclear
Power Project
ZHOU Zhi-gui，LU Zhong-bin，CHI Chuang-zheng，ZHU Zhi-fei
(Zhonghe Guodian Zhangzhou Energy Co．，Ltd．Zhangzhou of FujJan Prov．
363300，China)
Abstract：Safety power dean is one of the most important tasks which should be performed
preferentially in the early nudear power construction．According to the technical requirement of
AP1000 and the site feature of Zhfln~ ou nuclear power plant，the design capadty and the op—
t[mal co- on to the arid are decided after theoretical armlysis and emulation．Moreover，the
safety and reliability of 220 kV safety power in Z~ Igzhou nuclear power plant is discussed to
meet the functional requirement of AP1000 in both service power and safety power．
Key words：AP1000；ZhangZh 01】Nuclear Power；220 kv safety power
CLC number：TM623 Article character：A Article ID：1674-1617(2015)03-0196-06
在核電前期階段，深入分析全廠的220 kV
安全電源需求、結(jié)合廠址所在地區(qū)電網(wǎng)的現(xiàn)狀及
發(fā)展規(guī)劃，確定合適、可靠的安全電源接入點、
最終確定與本廠機組技術(shù)特點相適應(yīng)的接入方案
和主接線形式，對核電廠的最終安全、穩(wěn)定運行
都具有非常重要的意義。漳州核電從2012年開始
進行220 kV安全電源的分析和論證工作，目前，
220 kV安全電源接入方案已經(jīng)通過了國網(wǎng)福建省
電力公司組織的評審，后續(xù)將根據(jù)通過的接入方
案，進行相關(guān)的詳細設(shè)計和施工。漳州核電規(guī)劃
容量為6臺AP1000機組，分兩期建設(shè)，一期工程建
設(shè)4臺1 250 MW級核電機組，計~2016年開工，
瓣 寨 ≥ 等領(lǐng)域的礁
2021年底第l臺機組投產(chǎn)，一期4臺機組預(yù)計2024
年前全部建成投產(chǎn)。
1 AP1000~J[組對安傘電源的要求
根據(jù)AP1000的用戶要求文件(U RD)和設(shè)
計控制文件(DCD)，AP1000堆型核電廠需要兩
路外部電源，其中與500 kV電網(wǎng)連接的外部電源
被稱作優(yōu)先電源，另一路220 kV電源則被稱作安
全電源或輔助電源。這一點與M3 1 0及其改進型機
組的要求基本相同，由于AP1000與M31oR其改
進型機組在設(shè)計理念的差異， 國內(nèi)同行有一種觀
點認為，AP1000對電源的配置要求沒有M310的
高，因此對相關(guān)系統(tǒng)在電源的配置上產(chǎn)生了不同
的看法，這一點非常正常，AP1000本身就是一個
消化和吸收的過程。需要說明的是，AP1000在嚴
重事故情況下，可以不依靠外部動力(電源)，
僅依靠自身配置的非能動系統(tǒng)就可以緩解嚴重事
故的進程，防止堆芯熔化和放射性物質(zhì)外泄。但
是在正常運行情況下，它對外部動力和電源的要
求可以說和M310是一致的，甚至高于M3l0，從
AP1000廠用電冗余度的配置和可靠性上就能明顯
體現(xiàn)這一點。
APl000堆型核電機組采用了非能動的安全
設(shè)計理念，降低了全廠斷電事件導(dǎo)致堆芯熔化事
故的概率，但為保證機組安全、經(jīng)濟運行，特別
是事故72 h后廠外交流電源的恢復(fù)供電，為反應(yīng)
堆安全停堆提供充足的輔助電源仍然是十分必要
的。AP1000堆型核電廠對安全電源的要求具有容
量大、電能質(zhì)量高等特點，每臺機組設(shè)置2臺輔助
變壓器，單臺輔助變壓器容量為88 MVA。深入
分析220 kV安全電源的可靠性和安全性，不僅能
為核電廠前期安全電源建設(shè)提供設(shè)計依據(jù)，也為
后期核電機組的安全運行、停堆檢修等提供了可
靠的電源保障。
2 漳州電網(wǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展規(guī)劃
2．1 漳州電網(wǎng)現(xiàn)狀
漳州電網(wǎng)位于福建電網(wǎng)最南端，截至2013
年底，漳州電網(wǎng)共有電源裝機5 625．2 M W ，
除接人5 0 0 k V的省網(wǎng)主力電源后石電廠
CHINA NUC中LEA國R P核OWE電R 麓
第8卷第3期201 5年9月‘譬
(7 X 600 MW)以及古雷開發(fā)區(qū)220 kV接入的騰
龍自備熱電(100 MW)，還有中小電源裝機約
l 325．2 MW，其中水電裝機容量約821．8 Mw，
但多為徑流式開發(fā)，調(diào)節(jié)性能較差。
漳州電網(wǎng)現(xiàn)有漳州變(2 X 1 000 MV A)和
五峰變(1 X 1 000 MVA)兩座500 kV變電站，
220 kV變電站18座，變電總?cè)萘? 140 MVA。漳
州北部220 kV電網(wǎng)形成以漳州變?yōu)橹行牡碾p回路
環(huán)網(wǎng)(局部單回)，南部形成漳州變往南三回路
環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。此外，漳州電網(wǎng)還分別通過四回和六
回220 kV線路與廈門、龍巖電網(wǎng)連接。漳州核電
所處云霄縣位于漳州市南部，目前主要由220 kV
莆美變(240 MVA)供電，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較薄弱。
2．2 漳州地區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃
根據(jù)漳州500 kV電網(wǎng)規(guī)劃，2015年將在漳
浦縣盤陀鎮(zhèn)東林村建設(shè)500 kV東林變，一期規(guī)
模為l×1 000 MV， 由漳州500 kV變電站單回
500 kV線路供電。2019年擴建500 kV東林變二期
(1×l 000 MVA)，配套將漳州一東林220 kV
線路升壓形成漳州一東林500 kV-~回線路。
2015年配套500 kV東林變的建設(shè)，將天福一
莆美雙回及漳州一奇材220 k V線路開斷接人東林
變，同時新建東林一莆美三回線路。20l4—2018
年期間漳州南部規(guī)劃新建油田、水晶、詔安3座
220 kV變電站，擴建奇材、紅旗2座220 kV變電
站，新建東林一奇材第二回220 kV線路，并對漳
州一天福雙回線路進行增容改造。其中220 kV水
晶變距漳州核電廠址最近，其推薦站址位于漳州
核電西北部約l1 km的三東村附近，規(guī)劃于2017
年6月投運，一期規(guī)模為l×240 MVA，配套將
莆美一紅旗220 k V線路開斷接入水晶變，并將東
林一莆美一回220 kV線路脫開，莆美變改接入水
晶變。
3 線路容請分析及確定
根據(jù)漳州核電總體設(shè)計，每臺機組設(shè)置2臺
88 MVA輔助變壓器，單臺機組正常運行時的最
大設(shè)計備用容量為2 X 88=176 MVA，每臺機組停
堆所需的安全負荷為l 407×2％=28．14 MVA。其
中單臺核電機組的視載功率為1 407 MVA， 單臺
197
核電研發(fā)
核電機組的安全停堆負荷按機組容量的2％計算。
按照漳州核電的分期建設(shè)情況，220 kV備用(安
全)電源容量按照下述幾種情況進行分析：
1)2臺機組時，220 kV備用電源容量是按
照1臺機組備用變帶廠用負荷為機組容量的7％，
另1臺機組冷停堆，備用容量為單臺機組容量的
2％計算，即2臺機組需要的備用電源容量為：
1 407×7％+1 407×2％=126．6 M VA。
2)4臺機組時，220 kV備用電源容量按照
1臺機組廠用負荷由備用變提供，容量為2臺備
用變壓器的容量，即2×88 MVA；另3臺機組中
1臺機組正常運行，1臺機組計劃停堆，1臺機組
非計劃停堆。4臺機組需要的備用電源容量為：
2×88+2 X 1 407×2％=232 MVA。
3)6臺機組時，由于采用群堆運行，廠用電
和備用電源運行方式相對比較靈活，5、6號機組
調(diào)試和運行時廠用電基本考慮用500 kV倒送電的
方式來解決(500 kV開關(guān)站及出線的設(shè)計具有極
高的可靠性)。終期負荷按照2臺機組正常運行，
2臺機組快切、1臺計劃停堆、1臺非計劃停堆，此
時備用電源容量為提供2臺機組廠用電和2臺機組
停堆檢修的電源容量。具體為：2×1 407X 7％+2×
1 407×2％=253．26 MVA。
4)由于漳州核電建有專門的35 kV施工電
源，所以機組建設(shè)期間的負荷不需要220 kV系統(tǒng)
承擔(dān)。
根據(jù)以上分析，漳州核電安全電源正常情況
下兩回線路分列運行，每回線路輸送容量按滿足
安全電源可能發(fā)生的最大供電容量253．26 MVA
來考慮。
4 安 電源接入系統(tǒng)方案分析
根據(jù)前述分析確定的漳州核電安全電源供
電容量，結(jié)合廠內(nèi)初步設(shè)計方案，漳州核電安全
電源接入電壓等級采用220 kV。安全電源考慮
以兩回220 kV線路接入漳州電網(wǎng)，每回線路輸
送容量按滿足安全電源可能發(fā)生的最大供電容量
253．26 MVA來考慮，導(dǎo)線截面采用400 mm ，持
續(xù)極限輸送容量為278 MVA (環(huán)溫40℃，線溫
80℃)。
1 98
依據(jù)漳州電網(wǎng)現(xiàn)狀及規(guī)劃，201 8年漳州南
部電網(wǎng)可供核電安全電源接入的變電站主要有東
林變、水晶變、奇材變、天福變、油田變，其中
2017年投運的220 kV水晶變是漳州電網(wǎng)距核電廠
址最近的一座220 kV變電站，直線距離僅1l k1"i3
左右，線路路徑不需跨越漳江和既有線路，根據(jù)
電網(wǎng)規(guī)劃，水晶變是漳州南部220 kV環(huán)網(wǎng)的重要
節(jié)點，2020年后即直接由東林500 kV變雙回線路
供電，近期及遠景供電可靠性均較高，且水晶變
220 kV出線遠景八回，2025年前僅使用四回，可
滿足核電安全電源的接人需求，因此考慮將水晶
變作為漳州核電安全電源的優(yōu)先接入點。
基于上述分析，綜合考慮漳州電網(wǎng)現(xiàn)狀及規(guī)
劃情況后，對下述的4個備選方案進行技術(shù)可靠性
和經(jīng)濟性分析：
方案一：核電安全電源各以一回220 kV線路
分別接入220 kV水晶變和天福變。
該方案可靠性最高， 即使東林變?nèi)就ｋ姡?
核電安全電源仍可通過天福變供電，但由于天福
變目前220 kV間隔已全部使用，需拆除變電站
東側(cè)圍墻以擴建一個220 kV間隔，另外天福變
220 kV出線走廊也較為困難，天?！穗娋€路籽
與多回220 kV線路交叉，一定程度上增加了公用
線路的運行和維護風(fēng)險。如果天福變220 kV出線
采用電纜出線，可以解決上述問題。
方案二：核電安全電源各以一回220 kV線路
分別接人220 kV水晶變和500 kV東林變。
該方案接線模式簡單，潮流方向明確，且
安全電源可全部由東林變直接供電，對漳州南部
220 kV供電通道的影響相對較小，但從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
來看，一旦東林變?nèi)就ｋ?如地質(zhì)災(zāi)害等原因
造成)，核電安全電源將完全失電，且500 kV變
電站220 kV間隔資源較為寶貴。
方案三：核電安全電源各以一回220 kV線路
分別接入220 kV水晶變和220 kV油田變。
該方案可靠性高于方案二， 即使東林變?nèi)?
站停電，核電安全電源仍可通過油田變供電，但
此方案新建線路最長，且大部分線路走廊接近海
邊，污穢等級較高，相應(yīng)的線路絕緣水平也需大
大提高，運行維護費用也較高，從而導(dǎo)致工程總
投資最高，此外，油田一林倉段線路所在區(qū)域為
填海形成，結(jié)合古雷開發(fā)區(qū)建設(shè)進度來看，該區(qū)
域填海工作于近期完成的難度極大，難以滿足核
電安全電源供電線路的工期要求。
方案四：核電安全電源各以一回220 kV線路
分別接入220 kV水晶變和220 kV奇材變。
該方案新建線路最短，且不需跨越漳江人海
口，但核電安全電源完全依靠漳州南部220 kV電
網(wǎng)進行供電，加重了漳州南部220 kV供電通道的
供電壓力，且核電一奇材線路需跨越多條220 kV
公用線路，施工難度較大， 同時也增加了電網(wǎng)線
路的運行和維護風(fēng)險，此外，同方案二一樣，東
林變?nèi)就ｋ姇r核電安全電源也將完全失電。
綜合技術(shù)、經(jīng)濟比較結(jié)果，方案二經(jīng)濟性
居中，對漳州南部220 kV電網(wǎng)的影響最小，但供
電可靠性不如方案一，一旦東林變?nèi)就ｋ?，?
電安全電源將完全失電。方案三新建線路最長，
且線路I臨近海邊，線路造價及運維成本較高，經(jīng)
濟性最差，同時難以滿足工期要求，而方案四雖
然經(jīng)濟性最優(yōu)，但大大增加了漳州電網(wǎng)的運行和
維護風(fēng)險，且東林變?nèi)就ｋ娨矊?dǎo)致核電安全
中國核電
CHlNA NUCLEAR POW ER
第8卷第3期201 5年9月
電源完全失電。方案一經(jīng)濟性居中，供電可靠性
最高， 即使東林變?nèi)就ｋ姡穗姲踩娫慈钥?
通過天福變供電，因此確定方案一作為漳州核電
220 kV安全電源接人系統(tǒng)方案，即漳州核電安全
電源各以一回220 kV線路分別接入220 kV水晶
變~N220 kV天福變，水晶變和天福變各擴建一個
220 kV間隔線路，核電一水晶、核電一天福線
路長度分別約11 km、48 km，導(dǎo)線截面均采用
400 IYl m 。漳州核電安全電源接人方案示意圖如圖l
所示。
5 接入系統(tǒng) 案潮流 算
由于存在漳州核電安全電源滿負荷供電與地
區(qū)最高負荷同時發(fā)生的可能性，選擇漳州核電第
l臺機組投運后的2021年以及輔助變壓器全部投運
后的2025年枯水期高峰方式(此方式下網(wǎng)供負荷
最大)作為計算方式。2021年、2025年核電安全
電源供電負荷分別按176 MW和253 MW考慮，功
率因數(shù)取0．95。正常運行時核電安全電源兩回進
圖1漳州核電安全電源接入系統(tǒng)方案接線示意圖
Fig·1 Schem atic of safe~ power connection to the grid of Zhangzhou nuclear power plant
1 99
核
電
研
發(fā)
核I 研發(fā)
圖2 2025年枯水期高峰方式漳州南部220 kV電網(wǎng)潮流圖
(核電一天福線路N-1)
Fig．2 Peak pow er flow of south Zhangzhou 220 kV grid in low water period in 2025
(Lines between the plant and Tianfu station in the mode of N一1)
線分列運行，在其中一回進線停運時，另一回進
線供電安全電源全部負荷。
計算結(jié)果表明：2021年、2025年正常及
“N一1”運行方式下，電網(wǎng)潮流分布合理，電壓
均在正常范圍內(nèi)。天福變現(xiàn)有220 kV母線載流能
力可以滿足漳州核電安全電源的接人，無需進行
改造。在漳州電網(wǎng)出現(xiàn)N-2故障(東林一水晶雙
回線路全停)，由于220 kV開關(guān)站母聯(lián)開關(guān)斷
開，開關(guān)站無穿越功率，不會導(dǎo)致核電一天福線
路過載。
2025年枯水期高峰方式漳州南部220 kV電網(wǎng)
潮流圖如圖2所示。
6 2120 kV GIsl乜氣 接線
漳州核電安全電源設(shè)置220 kV開關(guān)站，每
臺機組的2臺輔助變壓器合用一路220 kV電纜進
線，即每臺機組需一回220 kV進線。一期4臺機
200
組共四回進線，遠景六臺機組共六回進線。漳州
核電安全電源開關(guān)站本期進出線共六回，遠景進
出線共八回，本期及遠景均采用雙母線接線即可
滿足要求。根據(jù)潮流計算結(jié)果，正常運行及電網(wǎng)
N一1情況下核電安全電源均為受電端，無穿越功
率，在漳州電網(wǎng)出現(xiàn)N一2故障(東林一水晶雙回
線路全停)也不會導(dǎo)致核電一天福線路過載，所
以漳州核電正常運行時，220 kV母聯(lián)開關(guān)打開，
兩回220 kV進線分列運行，一回進線停運時，另
一回進線供電安全電源全部負荷。
7 220 kv安 電源|l1『錐性分析
7．1 220 kV接入方案及開關(guān)站布置分析
該接入方案的兩個接入點取自漳州電網(wǎng)不同
的220 kV系統(tǒng)支撐點，即使一個支撐點故障，并
不影響漳州核電安全電源的可靠性和安全性，所
以從接人方案來分析，漳州核電的安全電源在源
頭上是可靠和安全的。
另外按照漳州核電總平面設(shè)計，220 kV開
關(guān)站采用屋內(nèi)GIS設(shè)備，屋內(nèi)GIS在設(shè)備可靠性、
運行維護等方面均有較明顯的優(yōu)勢，尤其是漳州
核電地處東南沿海，220 kV GIS暴露在戶外，受
外界影響較多，如鹽污、臺風(fēng)等，可靠性相應(yīng)降
低，因此漳州核電220 kV配電裝置采用屋內(nèi)GIs
對安全電源的可靠性也具有十分重要的意義。
7．2 220 kV主接線方式分析
220 kV開關(guān)站主接線采用雙母線接線，兩條
母線設(shè)置母聯(lián)斷路器。正常運行時，兩組母線分
列運行，在l號機組裝料前，兩回線路可以考慮一
用一備，1號機組裝料后，兩回線路正常情況下
全部投入運行。在雙母線加母聯(lián)開關(guān)的接線方式
中，一條母線故障，并不影響漳州核電安全電源
的可靠性和安全性，系統(tǒng)仍舊可以通過另一條母
線向廠內(nèi)安全負荷供電，運行方式相當(dāng)靈活。兩
條母線同時故障的概率極小，可以不予考慮。從
核安全角度來分析，即使兩條母線同時故障，廠
內(nèi)安全負荷可以通過廠內(nèi)備用柴油發(fā)電機電源系
統(tǒng)(ZOS)來供電。對于APIO00核電機組，即使
廠內(nèi)、外交流電源全部失去，依靠APIO00自身的
非能動安全系統(tǒng)，也可以完全使核安全三要素得
到保障，使反應(yīng)堆的三道安全屏障完整。
7．3 系統(tǒng)主設(shè)備配置分析
在漳州核電的220 kV安全電源系統(tǒng)中，每臺
機組配置容量完全相同的兩臺輔助變壓器。在主
發(fā)電機及500 kV優(yōu)先電源均不可用時，或者當(dāng)主
變壓器、廠用變壓器、離相封閉母線故障，或者
10 kV共箱母線及其他相關(guān)電氣設(shè)備處發(fā)生故障
而導(dǎo)致正常電源和優(yōu)先電源都不可用時，l0 kV
母線快切裝置動作將負荷切換到由220 kV安全電
源供電的輔助變壓器上，再由輔助變壓器的兩個
低壓繞組向不同的l0 kV母線分別供電，這種運
行方式相對比較獨立，也比較可靠，可以使一回
路反應(yīng)堆不停堆。在故障排除后，可以使故障機
組快速恢復(fù)到功率運行狀態(tài)。單元機組的1臺輔助
變壓器故障或者檢修時，可以通過機組另外l臺輔
助變壓器為機組的安全負荷供電，確保滿足機組
安全負荷的正常運轉(zhuǎn)要求。
CHINA NUC中LEA國R P核OWE電R 篋
第8卷第3期2Ol 5：tf_9~
8 結(jié)論
1)漳州核電安全電源各以一回220 kV線路分
別接入220 kV水晶變和220 kV天福變，水晶變和
天福變各擴建1個220 kV間隔線路。該設(shè)計方案
符合APIO00核電機組的技術(shù)要求和漳州電網(wǎng)的現(xiàn)
狀及未來規(guī)劃，是最優(yōu)和最可靠的技術(shù)方案。
2)核電一水晶、核電一天福線路導(dǎo)線截面均
采用400 mm ，持續(xù)極限輸送容量278 MVA滿足
漳州核電安全電源容量需求。
3)漳州核電安全電源220 kV線路采用雙回供
電，220 kV開關(guān)站電氣主接線采用雙母線加母聯(lián)
開關(guān)的接線方式，提高了安全電源的可靠性。
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