第 1 章 绪 论
1.1 发展核电的重要意义
核电作为一种安全、清洁的能源，在我国日益严重的环境问题以及能源压力下，稳步推进核电建设，是我国能源建设的一项重要政策。随着我国经济的不断发展，面对日益严峻的环境形势，发展核电对于满足我国日益增长的能源需求，实现能源结构的优化与可持续发展，同时提升我国的电力发展水平以及综合实力，都具有重要意义。(一)有利于保障能源供应，夯实经济发展基础核能作为一种清洁能源，近几十年在国际和国内社会所占的能源比重不断增大。我国国土面积辽阔，但是人均资源分布不均匀，且占有率不高，煤炭资源等不可再生资源可持续发展压力较大，为保证能源长期稳定供应，核能发展必不可少。发展核电对于改善能源分布结构，保障国家能源供应安全，以及适应经济发展需要具有重要意义。(二)有利于缓解环境问题，优化能源结构近些年，我国一次能源基本以煤电为主，煤电发电量占我国总发电量的 80%以上。大量发展燃煤电厂带来的后果是，给我国的煤炭生产、交通运输以及环境保护带来巨大压力。随着经济不断发展，电力需求也不断增长，由此带来对环境的影响也越来越大，近年来伴随雾霾等环境问题的突出体现，民众对于环境问题的重视更是上升到前所未有的程度。在这种情况下，国家暂停或缓建了一批火电厂，以便应对日益严重的环境问题。在这种背景下，大力发展清洁能源，是我国解决环境问题所必须做出的重要选择。核电作为技术成熟的清洁能源，与火电厂相比，不会释放出二氧化硫、粉尘、氮氧化物以及二氧化碳等污染物，能够有效减小电力工业减排污染物。且与光伏发电、风电相比，不受气候环境的依赖，容量也远大于这两种类型，因此，发展核电对于缓解环境问题、优化能源结构具有积极意义。(三)有利于提高设备制造水平，提升科技水平核电工业涉及上下游几十个行业，核电设备作为影响核电运行的关键部件，其设计与制造不仅技术含量和质量要求较高，且产业涉及面很广，直接影响我国制造业等产业水平。加快核电自主化建设的步伐，有利于促进技术创新，推广应用高新技术，对提高我国制造业整体加工水平、材料和工艺起着重要作用。
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1.2 中国核电发展简述
目前，在我国核电发电量占比不到 3%，远低于世界平均水平 10.2%，因此，核电站在我国有较大的发展空间。截至目前，我国正在运营的核电站场址有 11 个，包括广东大亚湾核电站、田湾核电站、岭澳核电站等；在建核电站有 11 个，包括浙江三门、山东海阳、山东国核压水堆示范电站以及福建福清等；正在筹建中的核电站有 25 个，包括辽宁徐大堡核电站、华能栖霞核电站和广西白龙核电站等。从 20 世纪 70 年代初，我国核电开始起步。经过近几十年的发展，目前我国在运行核电机组约 22 台，总装机容量约为 2010 万千瓦。按照我国核电“十三五”规划，预计2030 年核电装机容量将达 1.2～1.5 亿千瓦。由此可见，核电在我国发展潜力巨大。目前，我国发展的核电技术主要以第三代核电技术，即从美国引进的 AP1000 技术以及我国自主研发的“华龙一号”堆型为主。AP1000 技术主要由国家核电技术公司负责引进、消化、吸收，在经过再创新后，形成我国自主产权的 CAP1400 技术，目前即为山东国核压水堆示范工程所建设的两台机组。“华龙一号”堆型由中核和中广核联合开发，是具有我国自主知识产权的三代核电技术，目前首堆在福清 5 号机组开工建设。
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第 2 章 高压配电装置接线的可靠性研究
在核电站投入电网的正常运行中，外界电网作为核电站电力输送的目的地，同时也是核电站的厂用外部电源，这种双重作用使两者相互依存、互相影响。电网的事故可能造成核电站与电网失去稳定同步运行甚至解列，或者虽不解列但核电站端的频率、电压波动明显超过核电站设备最大允许的范围，这些严重后果统称外部电网失效或称失去外部电源。如果发生这种严重情况，220kV 备用外部电源可自动合入，以取代 500kV 主电源，如继续失效，则核电站紧急启动应急电源系统。核电站发生运行事故，可能会影响电能供应，调度部门需跳开核电站的开关设备，更改供电来源，缩小故障范围。根据法国 EDF 的经验，核电站厂用电源的可靠性设计必须满足以下两个指标：一是确定性指标，即核电站必须有两个完全独立的外部电源(允许是同一路径中的两条线路);二是概率性指标，即核电站的外部电源和站内的厂用电系统的总体可靠性必须达到10-6以上等级[5]。
2.1 核电厂简述
某核电厂规划 6×1250MW 压水堆核电机组，分三期工程建设，一期建设2×1250MWe 工程，远景规划共 6 台，预计 2025 年达规划规模。核电厂 1～6 号机组分别通过至线路Ⅰ、线路Ⅱ、线路Ⅲ各 2 回接入系统，电厂电气主接线为双母线三分段设备配置。核电厂包括 500kV 配电装置和 220kV 配置装置。在该电厂中高压配电装置的运行工况和性能如下所示：电厂机组启动期间，在合上发电机出口断路器之前，优先采用厂外电力系统经500kV 高压配电装置、主变压器及高压厂用变压器为厂内提供交流电源。也可以由220kV 电源经 220kV 高压配电装置、辅助变为厂内提供交流电源。本期电厂正常运行期间，500kV 母联、分段断路器闭合，500kV 高压配电装置按双母线方式运行，开关站将发电机发出的电能送入系统，并保证将电能 100％送出。此时220kV 开关站为备用状态。电厂机组正常停机时，发电机出口断路器断开，500kV 高压配电装置将优先电源由主变压器、高压厂用变压器倒送回厂内，为机组停机过程中和停机后的厂用负荷供电。此种工况也可以由 220kV 开关站将 220kV 电源经辅助变倒送回厂内。
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2.2 核电厂失去厂外电源概率分析
本课题以此核电厂为例，假设远景 6 台机组时，依然是通过至线路Ⅰ、线路Ⅱ、线路Ⅲ各 2 回接入系统，电厂电气主接线为双母线三分段设备配置，当全部核电机组故障时，计算出核电厂失去厂外电源的概率。通过对本核电厂的 500kV 及 220kV 主接线进行建模计算，算出全厂停电指标，即核电厂丧失厂外电源的概率。由于电力系统是由多种设备组成的，而每个设备又具有自己的特性，且相互之间存在联锁等关系，因此对其可靠性的评价非常复杂。近些年来，全世界一直在探索更加贴近实际的评估方法。总体而言，主要分为解析法和模拟法两大类。解析法的主要优点在于：物理概念清楚、模型精度高。它的缺点在于：其计算量与系统规模直接相关，规模越大计算量增加越多。模拟法的主要优点在于：其计算与系统规模并无直接关系，利于处理按时间顺序操作的系统。其主要缺点在于：对于元件比较复杂，并且互相之间联系比较紧密的系统并不适用。另外，通过模拟法进行计算需要的时间较长。发电厂电气主接线涉及元件种类较多，且相关电气设备之间的关联性非常紧密，若采用模拟法，很有可能模拟计算了相当一段时间，但是并未采集出所需系统状态的情况，可见发电厂主接线可靠性评估并不适合于用模拟法来分析。因此，评估电力系统的可靠性时选用解析法会更为有效。解析法根据求解方法不同，分为两种：网络法和状态空间法，分别以求解逻辑网络和求解状态空间模型为基础。网络法和状态空间法两种计算方法各有侧重。其中网络法主要侧重于研究系统的连通性，但是计算结果并不体现连通的具体状态，优点在于分析效率较高。状态空间法弥补了网络法的缺点，对于系统的各种状态进行了详细分析。但是随着系统规模变大，其计算复杂性也相应变大，计算过程繁琐且时间变长，可行性变低。当前国内外主要通过网络法进行主接线的可靠性研究计算。对于电气主接线来说，由于包含大量设备及元件，此方法相对简单，易于实现，但是由于电气主接线的元件之间以及元件本身包括了若干种工作状态，其分析的结果并不能有效模拟主接线状态，因此可信度有限。本文希望通过研究，建立不同设备的数学模型，提高系统模型模拟的真实性，由此提升可靠性计算的可信度。
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第 3 章 高压配电装置型式的研究 ...............25
3.1 配电装置的设计原则 ...............25
3.2 不同型式配电装置的比较 .......28
3.3 不同型式配电装置在本工程的适用性............29
3.4 本章小结 ...........30
第 4 章 预防和控制措施 .....31
4.1 控制 .......31
4.2 联锁 .......35
4.3 设置在线监测报警设备和气体回收装置 .......37
4.4 设置气体监测系统 .......37
4.5 本章小结 ...........38
第 5 章 结论与展望 ...............39
第 4 章 预防和控制措施
为了使高压配电装置能够安全可靠运行，在充分考虑接线型式以及选型的可靠性以外，采取有效的控制及预防措施能够减小故障发生几率，降低误操作与误动作的故障概率。因此，通过研究，希望通过配置合理有效的测量与控制设施，间接提高运行可靠性，主要措施如下。
4.1 控制
核电厂高压配电装置的运行、监控公用一套网络微机监控系统（NCS）来完成，信息交换通过网络通信实现。NCS 系统包含硬件和软件两部分，分别如下：计算机监控系统采用标准的、网络的、分布功能和系统化的开放式的硬件结构。计算机的存储和处理能力满足本开关站的远景要求，输入输出设备及 I/O数据测控单元满足本期工程要求，并考虑扩建需要。NCS 系统设备由以下几部分组成：(1) 主机。用作站控层数据收集、处理、存储及网络管理的中心。主机双重化配置，同时运行，互为热备用。(2) 操作员工作站。操作员工作站是站内监控系统的主要人机界面，用于图形及报表显示、事件记录及报警状态显示和查询，设备状态和参数的查询，操作指导，操作控制命令的解释和下达等等。运行人员可通过运行工作站对开关站各一次及二次设备进行运行监测和操作控制。操作员站为双机冗余配置。(3) 一台工程师工作站。用于整个监控系统的维护、管理，可完成数据库的定义、修改，系统参数的定义、修改，报表的制作、修改，以及网络维护、系统诊断等工作。对监控系统的维护仅允许在工程师站上进行，并需有可靠的登录保护。
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结论
通过上述分析研究，可以了解保证核电厂高压配电装置可靠运行的一系列因素，为保障核电厂厂用电源的可靠性以及核电厂安全运行具有深远意义，同时希望能给后续核电厂设计提供些许指导意义。（1）本文通过对核电厂厂用电的分类介绍，确定核电厂厂外电源，并通过对核电厂高压配电装置的各元件进行状态分析并建模，对不同故障形式进行了分类，建立了较为切合实际的可靠性分析模型。通过采用 SSRE－TH 主接线可靠性计算分析软件对核电厂的主接线形式进行建模计算，得出代表安全可靠性的一系列数据，结果证明本核电厂失去厂外电源的概率为 0。本课题局限于主接线可靠性分析，但是对于主网稳定、地震以及飙风等因素并未考虑，下一步将综合考虑上述因素，对核电厂失去厂外电源的概率进行修正。（2）在研究了高压配电装置接线型式的可靠性基础上，通过对核电厂几种高压配电装置的设备型式进行研究，推荐可靠性最高的配电装置型式。希望对于后续核电厂设备选型具有借鉴意义。（3）针对已经选定的配电装置，通过设置适当的控制和预防措施，最大限度的减小事故发生几率。但是，此类控制和预防措施并不能避免设备本身故障所引起的事故，因此下步有必要对设备的状态进行监测，提前确定检修计划，使设备随时处于良好工作状态，避免设备故障，有待于研究。
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参考文献（略）