海南昌江核电厂内电源优化分析

赵 龙

（海南核电有限公司 海南昌江）

核电厂既是发电单位也是用电单位，2013年处于建设中期的海南昌江核电的年施工用电量就超过了2500万千瓦时，而运行投产后两台机组的厂用电量最高负荷可达10万千伏安。核电厂占地面积大、建设周期长、用电分散且多变，例如，某核电项目，厂区占地0.79 km2，建有100多个正式子项，还有分散在全厂各处的机加工车间、仓库、混凝土搅拌站、办公和宿舍楼等多个临建子项。在2年的前期准备、5年的建设周期以及长达40年的设计寿命中，各个临建子项的用电负荷又是不断变化的。因此合理的分配和使用厂内电源并对其优化是十分必要的。

一、厂内电源介绍

1.厂用电源

发电机出口的20 kV电源经高压厂用变压器引至常规岛6 kV厂用电系统（LGA/LGB）与核岛6 kV厂用电系统（LGC/LGD），然后引至厂区6 kV用电系统（LGI及LGS/LGT等）以及其他用电系统，为厂区内水泵、锅炉、风机、空调、行车、照明、通讯、火警和仪控等各种用电设备供电。LGS/LGT还为厂前区与现场服务区提供生活与办公用电。为保证供电可靠性，厂用电源可通过多个系统来提供，主要有220 kV主电源、220 kV辅助电源、柴油发电机和蓄电池等。

2.施工电源

核电建设需要大量电力，为保证主体工程的建设进度，对施工电源要求较高。如果中断供电将影响用电单位的正常工作，特别是一些重要部门，可能在经济上造成较大损失，属于二级负荷。根据参考电站的建设经验，施工用电高峰期的负荷将达8000 kV·A，已满足海南电网规划原则中“电力二级设备，且报装容量＞6300 kV·A时，应建专用变电站”的要求。故海南昌江核电新建了35 kV施工变电站（SD）。该电源分别引自35 kV南石变与35 kV昌城变两处电站，经SD内变压器降压至10 kV母线。为保证施工用电的可靠性并考虑施工阶段用电量的不确定因素，厂区内施工用电主要采用10 kV简单手拉手环网供电方式，其中两段10 kV母线各引出两回出线为核岛施工区、混凝土搅拌站区及施工生活临建区的10/0.4 kV箱式变压器供电；另外，由其中一段母线引出两回出线为生产临建区、集装箱办公区供电，另一段母线引出一回出线为仓库区供电。

二、厂前区与现场服务区临时电源优化分析

1.厂前区与现场服务区和厂用电源的制约关系

LGS/LGT各引两路出线分别共给厂前区与现场服务区的10 kV母线，为8台变压器供电。其中厂前区办公楼10/0.4 kV变电所内有2台干式变压器（均为2000 kV·A），现场服务区10/0.4 kV变电所内有6台干式变压器（2台1250 kV·A、2台1000 kV·A、2台 630 kV·A）。

厂前区与现场服务区的竣工投运必须保证电源可用，根据厂前区、现场服务区电源和厂用电源的结构可以看出，若使厂前区和现场服务区竣工则需使厂用电源系统先竣工。由于厂区配电站以及常规岛、核岛、主开关站和辅助开关站等子项的施工逻辑靠后，使LGS/LGT以及其上游的LGI/LGC/LGD等厂用电源系统无法在厂前区与现场服务区竣工前竣工，而造成一种僵局。由于存在各工作内容建设进度的差异，应根据当前环境确定代价最小的临时方案，以确保工程建设顺利进行。

2.厂前区与现场服务区临时电源方案

厂前区与现场服务区附近的电源有施工电源10 kV混凝土搅拌站回路的18#、19#箱式变压器，以及核岛回路的7#箱式变压器。混凝土搅拌站回路与核岛回路上游10 kV母线开关均为1250 A，电缆均为YJV22-8.7/10 kV 2(3×185)（考虑极端情况：铜芯交联聚乙烯电缆双拼平面排列直埋两端接地，载流量为390×1.7=663 A）， 根据S=√ (3)UIcosφ， 回路最大负载为 9186 kV·A(φ取0.8)。混凝土搅拌站回路变压器容量为3800 kV·A，核岛回路变压器容量为5820 kV·A。考虑同时系数0.8，则混凝土搅拌站回路最大负荷为3040 kV·A，核岛回路最大负荷为4656 kV·A。

厂前区与现场服务区变压器总容量为7760 kV·A（留有较大的冗余度）。但由于办公用电和生活用电基本上是分时进行的，若考虑同时系数为0.6，则总负荷为4656 kV·A。则核岛、混凝土搅拌站回路接入厂前区与现场服务区后的最大负荷分别为9312 kV·A、7696 kV·A（ 如表 1）。在实际的运行过程中，发现混凝土搅拌站负荷率一直较低，通过测量，实际最高运行负荷仅为1000 kV·A（设计容量3040 kV·A）。又因核岛回路是现场保电的重要用户，且核岛回路至厂前区与现场服务区的电缆通道受后续综合工艺廊道、厂区室外管线和厂区道路等施工的影响，不利于厂前区与现场服务区电源的安全稳定运行，故选择混凝土搅拌站回路作为电源接口。

表1 厂前区与现场服务区临时电源负荷计算

分析厂前区与现场服务区配电设计：厂前区设计两段10 kV母线，分别设置进线柜1台、PT柜1台、计量柜1台、出线柜1台；现场服务区设计两段10 kV母线，分别设置进线柜1台、PT柜1台、计量柜1台、出线柜3台（两台供现有现场服务区子项使用，一台预留后续发展用地使用）。考虑厂前区与现场服务区正式电源均为厂用电，属于内部计量，且上游各级开关均带有检测、计量功能，同时根据参考电站经验，为保证后续发展提供电源接口，要求设计取消计量柜并增设出线柜。

厂前区与现场服务区设计为分段独立运行，而施工电源混凝土搅拌站回路为简单手拉手环网供电（SD内两段10 kV母线仅一端闭合，另一端常开），故应在距现场服务区最近的18#、19#箱进行解环，将现场服务区内两段10 kV母线接入环网，将现场服务区两备用出线开关用电缆连接以完成环网，同时将厂前区10 kV进线开关分别接入现场服务区剩余两备用出线开关，采用这种临时方案后，目前已安全运行2年。

三、厂用电源优化分析

1.厂用电源向施工电源反向输电优化方案

随着昌江核电主电源倒送电的顺利实现，厂用电源均已投用，厂前区与现场服务区即恢复正式电源。由于厂前区与现场服务区临时用电方案已将现场服务区与施工电源混凝土搅拌站回路连通，待昌江核电投产运行后，可以考虑将半永久子项通过此线路改用厂用电源。

（1）方案内容。35 kV施工变电站两段10 kV母线分别对应一台10 000 kV·A变压器（一用一冷备），两段母线以母线桥连接。由于同时系数较小以及设计冗余度较大的原因，使各回出线的最高负荷均远低于设计容量，详细运行统计数据见表2。随着工程建设不断深入，大量施工临时用电将转为正式电源，因此施工用电负荷将进一步降低。

表2 施工电源实际最高运行负荷统计表

LGS、LGT分别由6 kV母线LGIA、LGIB经过2台6/10 kV升压式变压器供电，其进出线开关均为630 A，根据S=√(3)UIcosφ， 开关最大负载为8730 kV·A(φ取 0.8)。 又由于 LGS、LGT进线变压器容量均为5000 kV·A，故LGS、LGT回路最大负载均为5000 kV·A。其中除为厂前区、现场服务区供电外，LGS还为 EC1提供 1000 kV·A电源，LGT还为 EM提供 500 kV·A电源。由于厂前区与现场服务区总负荷计算为4656 kV·A，故LGS、LGT分别为厂前区与现场服务区提供2328 kA·V电源，LGS、LGT 分别剩余 1672 kV·A、2172 kV·A 容量。

通过调整各级开关定值参数，将半永久子项切换为厂用电源：将混凝土搅拌站回路中16#、17#、18#箱式变压器通过现场服务区10 kV一段连接至LGS回路，将19#箱式变压器通过现场服务区10 kV二段连接至LGT回路，断开SD内10 kV二段与塘兴变2#主变、10 kV一段的连接，通过19#箱式变压器使35 kV施工变电站10 kV二段母线带电，将施工生活临建区回路和仓库区回路连接至10 kV二段母线上，将剩余的核岛回路、生产临建区回路和集装箱办公区回路连接至10 kV一段母线。

（2）经济性分析。目前海南电网虽然整体缺电，但在海南昌江核电并网运行后将大大超出电网需求，在海底电缆二回反向输电项目投产之前，海南电网目前要求海南昌江核电在并网后降功率运行，这将降低核电厂的效益。这是因为降功率运行与否，都需要相同的操作费用、相同的设备折旧和相同的核燃料成本。若在上网电量不变的同时提升运行功率、增加厂用电量，可降低施工电源电费成本，增加核电厂综合效益。

即使海南昌江核电满功率运行，由于上网电价依然远低于施工电源的工业用电价，使用厂用电源代替施工电源仍然是经济的，将来进行二期扩建工程同样也可以借鉴。据统计，2013年仅施工生活临建区与搅拌站回路共用电约685万千瓦时，若运行后改用厂用电源每年可节省410万元。

2.施工电源为厂用电源提供备用电源优化方案

由于部分子项电源需求较高，故考虑在运行投产后将施工电源作为备用电源。网控楼（TC）是主电源、辅助电源的控制中心，其低压380 V电源LKT/LKR取自LGR。在LGR失电时将导致TC失电，若不能使LGR及时恢复，将严重影响TC的稳定运行，导致“跳机”风险。淡水厂（OF）是现场供水的源头，其低压 380 V电源 LKO/LKP取自 LGI（LKO/LKP有母线联接）。OF是保证厂房水源供给的关键环节，在事故情况下也需优先确保其电源。在LKT、LKR和LKO增设进线开关柜，由附近的15#箱式变压器、仓库区变电所和22#箱式变压器各引出一路电缆分别接入LKT、LKR和LKO新增进线开关，作为备用电源。

3.弃土场太阳能光伏发电方案

弃土场占地0.38 km2，年平均太阳总辐射量为5948 MJ/m2·年，可建设装机容量15 MW的光伏发电项目。在未来可建设1座35 kV开关站，将光伏阵列电源由架空线接入SD，利用已有的35 kV输电线路向电网供电。从而达到合理利用弃土场，为电网提供绿色能源的效果。

四、结论

在建安阶段，施工组织设计中应重点考虑各种临时方案，保证需提前完成的系统可以调试运行。设计部门应考虑不同阶段的用电规律，将半永久子项合理的划分至厂用电源范围内，以节约大量电费。对于重要子项和系统，应考虑多路电源，保证核电厂安全运行。应针对不同项目的特点，制定专项方案，合理的利用厂区土地水文资源。