CN109004738B - 一种核动力船舶一回路应急供电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种核动力船舶一回路应急供电系统，该系统包括冗余配置的两路供电装置，每一路供电装置包含有：低压交流电源模块、直流电源模块、第一不间断电源模块、第二不间断电源模块、SBO电源模块；低压交流电源模块、直流电源模块以及第一不间断电源模块为安全级系统供电；SBO电源模块包含有第二柴油发电机；第二柴油发电机用于核动力船舶在发生第一设计扩展工况时为第一设计扩展工况的应急设备供电；第二不间断电源模块包含有第二蓄电池、第一整流充电器、第一逆变器；第二蓄电池和第一逆变器在核动力船舶发生第二设计扩展工况时，为第二设计扩展工况的应急设备供电。本发明可以减小发电机的质量和体积，降低船舶空间和负重的需求，还进一步提高了电气系统的可靠性。

Description

一种核动力船舶一回路应急供电系统及方法

技术领域

本发明涉及核动力船舶中的电力技术领域，尤其涉及一种核动力船舶一回路应急供电系统及方法。

背景技术

在第一篇专利(专利名称：向核电站提供应急动力电源的方法和系统，专利授权公告号：CN 102255377A)中，介绍下述内容：

核动力与核发电船舶属于我国核电行业新的发展方向，目前尚无成熟产品及运行案例。与核动力与核发电船舶最为接近的现有基数当属目前广泛商运的二代核电厂。

在二代核电设计中，电源作为核电站运行的动力源，无论是设置上还是运行上，都应体现纵深防御的理念。为实现核电站电源系统的高可靠性，对某些特别重要的用电设备或特殊要求的设备均应备有应急电源，同时进行多重性、独立性地设置，以避免发生共因故障导致应急电源不可用。

核电站的应急电源系统和正常电源系统一起，共同构成厂用电系统，为厂内所有的用电设备提供安全可靠的供电。应急电源必须保证在正常运行工况、事故工况期间或事故工况后为核电站的应急安全设备提供电源，以执行安全功能。

核电站设置有多道冗余电源，包括厂外主电源、厂外辅助电源和应急柴油发电机等专用应急电源，不仅形式多样，而且层层设置，多重冗余，最大限度为核电站提供可靠的供电。

目前，核电站的厂用电系统供电方式如下：

1)在正常运行条件下，整个厂用设备的配电系统由机组的26kV母线经高压厂用变压器供电；

2)当机组运行时，26kV母线由主发电机供电；

3)发电机停机时，则由400/500kV电网经主变压器向26kV母线倒送电；

4)当26kV母线失电或高压厂用变压器失效，即失去厂外主电源时，220kV电网经辅助变压器向必须运行的安全辅助设施供电，使反应堆维持在热停堆状态；

5)如果厂外主电源和厂外辅助电源均失效，则由应急柴油发电机组通过10kV中压应急母线向执行安全功能的设备供电，使反应堆进入冷停堆状态；

6)当核电机组的任何一台应急柴油发电机组不可用时，则由隔壁机组的应急柴油发电机或附近的应急柴油发电机组取代，执行应急柴油发电机组的功能。

7)当所有柴油发电机均失效时，通过设置的蓄电池蓄能系统，经10kV中压应急母线，向核电站提供应急动力电源。

在第二篇专利(专利名称：一种核电站非能动系统相关的应急供电系统及供电方法，专利授权公告号：CN 103441567 B)中，介绍了下述内容：

核电厂非能动系统相关的部分阀门、主控室的应急照明和事故后的DCS机柜需要应急电源供电，应急供电系统根据供电负荷分为互为冗余的A、B系列，每个系列由直流部分和交流部分构成，直流部分包括两台充电器、一组蓄电池以及一组直流配电柜，交流部分包括逆变器、调压变压器、静态开关和交流配电柜；直流部分的两台充电器和一组蓄电池分别与直流配电柜相连接，直流配电柜与交流部分的逆变器相连接，逆变器和调压变压器分别通过静态开关与交流配电柜相连接；所述的两台充电器中的一台充电器与核电站内应急380V交流电源相连接，另一台充电器与SBO(全厂断电)柴油发电机供电的380V交流电源相连接；所述的调压变压器与380V交流配电盘相连接。

正常情况下，一台充电器由核电站内应急380V交流电源供电，该充电器带负荷运行的同时为蓄电池组充电；当全厂断电事故发生后，蓄电池组放电至少72小时为负荷供电；在蓄电池放电期间，SBO柴油发电机起动，为另一台充电器开始供电，该充电器带负荷运行的同时为蓄电池组充电，逆变器作为一个直流负荷在72小时内不断电；在逆变器发生故障的情况下，静态开关自动切换到调压变压器上，保证交流负荷不间断供电。

这种供电方案，充分保证了在核电厂发生严重事故时，如果需要起动非能动的安全设施，其非能动及相关系统的电源至少在72小时内可用，消除了福岛事故中柴油发电机失电后的隐患。

第一篇专利中因采用核电站应急动力电源，向安全级能动设备供电，新增蓄电池蓄能系统，需提供较大能量。因此该设计具有以下缺点：

1)蓄电池储能系统的体积大，占用大量空间，不适宜用于布置空间有限制的场合；

2)蓄电池储能系统的重量大，不适宜放置于船舶等海上平台；

3)蓄电池储能系统中的大批量蓄电池设置提高了对暖通设计的要求，增加了氢爆风险。

并且在第一篇专利中，百万千瓦级核电站所设置的10kV应急柴油发电机组，功率均在5000kW以上，其体积与质量较大，不适用于50MW级小型核电船舶平台。

第二篇专利的技术方案存在下述缺陷：

针对非能动系统相关的部分阀门等无需不间断供电的负荷，正常情况下，若由该专利所示UPS(不间断电源)供电方案进行供电，将增大系统容量，相应的充电器、逆变器、旁路变压器、配电柜及蓄电池组的容量、体积与质量都将变大，增加了对船舶空间与负重的需求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种核动力船舶一回路应急供电系统及方法，可以减小发电机的质量和体积，降低船舶空间和负重的需求，还进一步提高了电气系统的可靠性。

本发明提供的一种核动力船舶一回路应急供电系统，包括冗余配置的两路供电装置，每一路供电装置包含有：低压交流电源模块、直流电源模块、第一不间断电源模块、第二不间断电源模块、SBO电源模块；

所述低压交流电源模块包含有第一柴油发电机和第一变压器；所述第一柴油发电机用于生成第一低压交流电输出至所述直流电源模块；所述第一变压器用于将核动力船舶一回路的中压交流电转化为第一低压交流电输出至所述直流电源模块；且所述第一变压器和所述第一柴油发电机输出的第一低压交流电还用于给核动力船舶的安全级系统供电；

所述直流电源模块包含有第一蓄电池，所述直流电源模块用于将所述第一低压交流电转换为第一低压直流电输出，通过所述第一低压直流电为所述安全级系统供电，还通过所述第一低压直流电给所述第一蓄电池进行充电，所述第一蓄电池在放电时输出第一低压直流电；

所述第一不间断电源模块，用于将来自所述直流电源模块的第一低压直流电进行逆变处理得到第二低压交流电输出，为所述安全级系统供电；

所述SBO电源模块包含有第二柴油发电机；所述第二柴油发电机用于核动力船舶在发生第一设计扩展工况时，生成第三低压交流电为核动力船舶的第一设计扩展工况的应急设备供电；所述SBO电源模块还用于将来自所述第二柴油发电机的第三低压交流电分别转换为第二低压直流电和第四低压交流电为所述第一设计扩展工况的应急设备供电；

所述第二不间断电源模块包含有第二蓄电池、第一整流充电器、第一逆变器；所述第一整流充电器用于将来自所述第二柴油发电机的第三低压交流电转换为第三低压直流电输出至所述第二蓄电池，为所述第二蓄电池充电，所述第二蓄电池在核动力船舶发生第二设计扩展工况时，放电输出第三低压直流电；所述第一逆变器用于将来自所述第二蓄电池的第三低压直流电转换为第五低压交流电；所述第二蓄电池还通过所述第三低压直流电为第二设计扩展工况的应急设备供电，所述第一逆变器还通过所述第五低压交流电为所述第二设计扩展工况的应急设备供电。

优选地，所述直流电源模块还包含有第二整流充电器和第三整流充电器；

所述第二整流充电器的输入端、所述第一柴油发电机的输出端以及所述第一变压器的输出端连接在核动力船舶的第一低压交流母线上，所述第三整流充电器的输入端连接在核动力船舶的第六低压交流母线上；

所述第二整流充电器的输出端和所述第三整流充电器的输出以及所述第一蓄电池连接在所述安全级系统的第一低压直流母线上，所述第二整流充电器用于将所述第一低压交流电转换为第一低压直流电输出，所述第三整流充电器用于将来自所述第六低压交流母线上的第六低压交流电转化为第一低压直流电输出；

其中，所述第一低压交流母线为核动力船舶安全级系统的交流母线，所述第六低压交流母线为核动力船舶非安全级系统的交流母线。

优选地，所述第一不间断电源模块包含有第二逆变器、第二变压器以及第一静态切换开关；

所述第二逆变器的输入端连接在所述第一低压直流母线上，所述第二变压器的输入端连接在所述第六低压交流母线上，所述第二逆变器的输出端和所述第二变压器的输出端均与所述第一静态切换开关的输入端电性连接，所述第一静态切换开关的输出端连接到所述核动力船舶的第二低压交流母线上；所述第二低压交流母线为核动力船舶安全级系统的交流母线。

优选地，在所述两路供电装置中的任意一路供电装置中，所述第一不间断电源模块还包含有第四整流充电器、第三蓄电池、第三逆变器、第三变压器以及第二静态切换开关；

所述第四整流充电器的输入端连接在所述第一低压交流母线上，所述第四整流充电器的输出端与所述第三蓄电池以及所述第三逆变器的输入端电性连接，所述第三变压器的输入端连接在所述第六低压交流母线上；

所述第三逆变器的输出端和所述第三变压器的输出端均与所述第二静态切换开关的输入端电性连接，所述第二静态切换开关的输出端连接到核动力船舶的第七低压交流母线上；所述第七低压交流母线为核动力船舶安全级系统的低压交流母线。

优选地，所述第一低压交流母线为所述安全级系统的380V交流母线，所述第一低压直流母线为所述安全级系统的220V直流母线，所述第二低压交流母线和所述第七低压交流母线均为所述安全级系统的220V交流母线，所述第六低压交流母线为380V交流母线；

所述第一柴油发电机的输出端、所述第一变压器的输出端、所述第二整流充电器的输入端以及所述第四整流充电器的输入端均通过开关连接到所述第一低压交流母线上；

所述第二整流充电器的输出端、所述第三整流充电器的输出端、所述第一蓄电池、所述第二逆变器的输入端均通过开关连接到所述第一低压直流母线上；

所述第二逆变器的输出端通过开关连接到所述第二低压交流母线上。

优选地，所述SBO电源模块还包含有第五整流充电器和第四变压器；

所述第五整流充电器的输入端、所述第四变压器的输入端以及所述第二柴油发电机的输出端连接到核动力船舶的第三低压交流母线上；

所述第五整流充电器的输出端以及所述第四变压器的输出端，分别与核动力船舶的第二低压直流母线以及核动力船舶的第四低压交流母线电性连接；

其中，所述第二低压直流母线为连接有第一设计扩展工况的应急设备的低压直流母线，所述第四低压交流母线为连接有第一设计扩展工况的应急设备的低压交流母线。

优选地，所述第二不间断电源模块还包含有第三静态切换开关以及第五变压器；

所述第一整流充电器的输入端连接到所述第三低压交流母线上，所述第一整流充电器的输出端、所述第二蓄电池以及所述第一逆变器的输入端均与核动力船舶的第三低压直流母线电性连接，所述第五变压器的输入端连接到所述第三低压交流母线上；

所述第一逆变器的输出端以及所述第五变压器的输出端均与所述第三静态切换开关的输入端电性连接，所述第三静态切换开关的输出端与核动力船舶的第五低压交流母线电性连接；

其中，所述第三低压直流母线为连接有第二设计扩展工况的应急设备的低压直流母线，所述第五低压交流母线为连接有第二设计扩展工况的应急设备的低压交流母线。

优选地，所述第三低压交流母线为所述第一低压交流母线的子配电盘，所述第四低压交流母线和所述第二低压直流母线分别为220V交流母线和220V直流母线；

所述第一整流充电器的输入端通过开关连接到所述第三低压交流母线上，所述第二蓄电池、所述第一整流充电器的输出端以及所述第一逆变器的输入端均分别通过开关与所述第三低压直流母线电性连接，所述第三静态切换开关的输出端通过开关与所述第五低压交流母线电性连接；

所述第五整流充电器的输入端、所述第四变压器的输入端以及所述第二柴油发电机的输出端均通过开关连接到所述第三低压交流母线上；

所述第五整流充电器的输出端通过开关与所述第二低压直流母线电性连接，所述第四变压器的输出端通过开关与所述第四低压交流母线电性连接。

本发明还提供一种核动力船舶一回路应急供电方法，应用于上述的核动力船舶一回路应急供电系统中，其特征在于，包括下述步骤：

当低压交流电源模块可以正常输出第一低压交流电时，通过所述低压交流电源输出所述第一低压交流电至核动力船舶的安全级系统，给所述安全级系统供电，还将所述第一低压交流电输送至直流电源模块以及第一不间断电源模块；

所述直流电源模块将所述第一低压交流电转换为第一低压直流电输出，通过所述第一低压直流电为所述安全级系统供电，还通过所述第一低压直流电给第一蓄电池进行充电；

第一不间断电源模块将来自所述直流电源模块的第一低压直流电进行逆变处理得到第二低压交流电输出，为所述安全级系统供电；

所述第二不间断电源模块中的第一整流充电器将来自所述低压交流电源模块的第一低压交流电转换为第三低压直流电输出至第二蓄电池，为所述第二蓄电池浮充电；

核动力船舶发生第一设计扩展工况时，SBO电源模块中的第二柴油发电机生成第三低压交流电为核动力船舶的第一设计扩展工况的应急设备供电，所述SBO电源模块还将来自所述第二柴油发电机的第三低压交流电分别转换为第二低压直流电和第四低压交流电为所述第一设计扩展工况的应急设备供电，而且所述第二柴油发电机还将所述第三低压交流电输送至所述第一整流充电器，通过所述第一整流充电器为所述第二蓄电池充电；

核动力船舶发生第二设计扩展工况时，所述第二蓄电池放电输出第三低压直流电，通过所述第三低压直流电为第二设计扩展工况的应急设备供电，第一逆变器将来自所述第二蓄电池的第三低压直流电转换为第五低压交流电，通过所述第五低压交流电为所述第二设计扩展工况的应急设备供电。

优选地，低压交流电源模块可以正常输出第一低压交流电，具体包括：

当核动力船舶一回路可以正常输出中压交流电时，通过第一变压器生成所述第一低压交流电输出；

当核动力船舶一回路不能正常输出中压交流电时，通过第一柴油发电机生成所述第一低压交流电输出。

实施本发明，具有如下有益效果：本发明采用低压的第一柴油发电机作为应急柴油发电机，使得发电机的质量和体积大大缩小。本发明不采用输出电压为10kV的蓄电池蓄能系统作为应急柴油发电机的后备电源，转而以低压的第二柴油发电机和第二不间断电源系统中的第二蓄电池代替，不仅更适用50MW级小型核电船舶平台，而且由于增加了电源层次，从而进一步提高了电气系统可靠性。本发明对第二不间断电源模块进行了优化设计，仅设置1个充电器(即第一整流充电器)，在完成功能且保证安全可靠性的前提下，节省了空间，提高了经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的核动力船舶一回路应急供电系统中供电装置的电路示意图；

其中，1：低压交流电源模块，2：直流电源模块，3：第一不间断电源模块，4：SBO电源模块，5：第二不间断电源模块，11：第一柴油发电机，12：第一变压器，21：第一蓄电池，22：第二整流充电器，23：第三整流充电器，31：第二逆变器，32：第二变压器，33：第四整流充电器，34：第三蓄电池，35：第三逆变器，36：第三变压器，37：第一静态切换开关，38：第二静态切换开关，41：第二柴油发电机，42：第四变压器，43：第五整流充电器，51：第二蓄电池，52：第一整流充电器，53：第一逆变器，54：第五变压器，55：第三静态切换开关；

B：第一低压交流母线，C：第六低压交流母线，D：第一低压直流母线，E：第二低压交流母线，F：第七低压交流母线，B-1：第三低压交流母线，H-1：第三低压直流母线，H-2：第五低压交流母线，G-1：第二低压直流母线，G-2：第四低压交流母线。

具体实施方式

本发明提供一种核动力船舶一回路应急供电系统，该供电系统包括冗余配置的两路供电装置，每一路供电装置包含有图1所示的：低压交流电源模块1、直流电源模块2、第一不间断电源模块3、第二不间断电源模块5、SBO(全平台断电，即汽轮机发电机组、辅助柴油发电机组以及供电系统中的两台第一柴油发电机11全部丧失功能)电源模块4。其中，低压交流电源模块1、直流电源模块2以及第一不间断电源模块3均布置在电气装置集中的区域内，而第二不间断电源模块5以及SBO电源模块4均布置在船舶主甲板上。低压交流电源模块1、直流电源模块2以及第一不间断电源模块3均作为正常运行、预计运行事件以及设计基准事故时的电源系统，第二不间断电源模块5以及SBO电源模块4均作为设计扩展工况的电源系统，这样两类电源系统实现实体隔离，可防止共因故障发生。同时，由于主甲板水淹可能性较小，提高了设计扩展工况的电源系统的可靠性。

这里，正常运行，是指核动力船舶在规定的运行限值和条件范围内的运行。预计运行事件，是指在核动力船舶运行寿期内预计至少发生一次的偏离正常运行的各种运行过程，由于设计中已采取相应措施，这类事件不至于引起安全重要物项的严重损坏，也不至于导致事故工况。事故工况，是指偏离正常运行，比预计运行事件发生频率低但更严重的工况。事故工况包括设计基准事故和设计扩展工况。其中设计基准事故，是指导致核动力船舶事故工况的假设事故，这些事故的放射性物质释放在可接受限值以内；设计扩展工况，是指不在设计基准事故考虑范围的事故工况，在设计过程中应该按最佳估算方法加以考虑，并且该事故工况的放射性物质释放在可接受限值以内。设计扩展工况包括没有造成堆芯明显损伤的工况和堆芯熔化(严重事故)工况。

低压交流电源模块1包含有第一柴油发电机11和第一变压器12；第一柴油发电机11用于生成第一低压交流电输出至直流电源模块2；第一变压器12用于将核动力船舶一回路的中压交流电转化为第一低压交流电输出至直流电源模块2；且第一变压器12和第一柴油发电机11输出的第一低压交流电还用于给核动力船舶的安全级系统供电。安全级系统是指安全上重要的系统，用于保证反应堆安全停堆、从堆芯排出余热或限制预计运行事件和设计基准事故的后果。非安全级系统则不具备以上功能。

低压交流电源模块1采用380/220V三相三线制，在第一变压器12中性点处不接地。这里，中压交流电是指1kV到20kV之间的交流电，在核动力船舶一回路的中压交流电一般是10KV的交流电。低压交流电是1KV以下的交流电，一般为380V或者220V的交流电。从图1中可以看出，第一变压器12的输入端通过开关连接到一回路的中压交流母线A上。

由于与核安全相关的设备为A/B列冗余设置，因此本发明的供电系统包含有冗余配置的两路供电装置。两路供电装置分别设置在不同的舱室。并且，两路供电装置中的第一柴油发电机11均为380V安全级应急柴油发电机，两个安全级应急柴油发电机之间实体隔离。每一路供电装置中的安全级应急柴油发电机及其辅助设备布置在同一隔离区内，确保在其中一台安全级应急柴油发电机发生火灾时，不影响另一台安全级应急柴油发电机的性能。且每台安全级应急柴油发电机的配置和布置应允许在日常维护和其他活动时，不影响另一台安全级应急柴油发电机的可操作性。

在核动力船舶的汽轮发电机组正常运行时，即一回路上的中压交流电正常，两路供电装置中的两台应急柴油发电机均处于热机备用状态。当核动力船舶发生汽轮发电机跳闸和失去厂外电源(若有厂外电源)，同时失去其他10kV辅助电源的情况下，安全级应急柴油机可保证安全级系统负荷的正常运行，以维持核反应堆处于安全状态。

直流电源模块2包含有第一蓄电池21，直流电源模块2用于将第一低压交流电转换为第一低压直流电输出，通过第一低压直流电为安全级系统供电，还通过第一低压直流电给第一蓄电池21进行充电，第一蓄电池21在放电时输出第一低压直流电。这里，第一蓄电池21为不接地的固定式铅酸蓄电池。直流电源模块2为2小时安全级直流电源模块2，也即是第一蓄电池21充满电后可以提供2小时的第一低压直流电。

当发生SBO(全平台断电)工况(也即是第一设计扩展工况)，直流电源模块2丧失上游的第一低压交流电，第一蓄电池21可以对下游负荷继续供电2小时。

第一不间断电源模块3用于将来自直流电源模块2的第一低压直流电进行逆变处理得到第二低压交流电输出，为安全级系统供电。

SBO电源模块4包含有第二柴油发电机41；第二柴油发电机41用于核动力船舶在发生第一设计扩展工况时，生成第三低压交流电为第一设计扩展工况的应急设备(用于第一设计扩展工况下，事故监测与缓解的设备)供电；SBO电源模块4还用于将来自第二柴油发电机41的第三低压交流电分别转换为第二低压直流电和第四低压交流电为核动力船舶的第一设计扩展工况的应急设备供电。

为提高核动力船舶的安全运行水平，增加应对全平台断电的能力，根据纵深防御的原则，在第一设计扩展工况(DEC-A)期间，为核动力船舶配置1台380V的第二柴油发电机41，向全平台断电的第一设计扩展工况下需要运行的设备提供电源。

第二柴油发电机41可以应对SBO叠加一回路破口事故工况下的供电需求，第二柴油发电机41的储油量满足96小时满功率运行的要求。为满足电源的多样性要求，第二柴油发电机41与第一柴油发电机11应分别选择不同厂家的产品，避免增加两台柴油发电机同时出现故障的概率。

第二柴油发电机41的功能定位如下：

1)SBO工况(也即是第一设计扩展工况)下，提供必须的事故缓解手段，即供电96小时，为必要的设备供电；

2)对放射性的释放进行监测；

第二柴油发电机41的起动不需要外部电源，起动顺序如下：

如图1所示：

a)断开母线B与其子配电盘B-1之间的连接，切断所有负荷，起动第二柴油发电机41。

b)第二柴油发电机41达到正常转速和电压时，闭合发电机断路器，将第二柴油发电机41接入380V子配电盘B-1，按照SBO加载程序对下游负荷进行供电，向下游负荷提供380V电源。

第二不间断电源模块5包含有第二蓄电池51、第一整流充电器52、第一逆变器53；第一整流充电器52用于将来自低压交流电源模块1的第一低压交流电或者来自第二柴油发电机41的第三低压交流电转换为第三低压直流电输出至第二蓄电池51，为第二蓄电池51充电，第二蓄电池51在核动力船舶发生第二设计扩展工况时，放电输出第三低压直流电；第一逆变器53用于将来自第二蓄电池51的第三低压直流电转换为第五低压交流电；第二蓄电池51还通过第三低压直流电为第二设计扩展工况的应急设备(用于第二设计扩展工况下，事故监测与缓解的设备)供电，第一逆变器53还通过第五低压交流电为第二设计扩展工况的应急设备供电。

第二不间断电源模块5用于应对第二设计扩展工况(DEC-B)，其可以在第一柴油发电机11和第二柴油发电机41均失效的情况下，为必要的事故缓解设备(阀门)、监测仪表设备及主控室照明等提供72小时不间断电源。第二不间断电源模块5还可以包含有若干交流、直流配电柜。

在核动力船舶正常运行时，第二不间断电源模块5不运行，仅第二蓄电池51处于浮充电状态，在SBO工况下，第二柴油发电机41起动时，由第二柴油发电机41对需运行负荷供电，第二不间断电源模块5依然不投入运行。在第二设计扩展工况下，第二柴油发电机41失效，第二不间断电源模块5的第二蓄电池51仍可以为严重事故缓解以及事故后实现监视功能的负荷提供72小时的电源。

进一步地，直流电源模块2还包含有第二整流充电器22和第三整流充电器23。

第二整流充电器22的输入端、第一柴油发电机11的输出端以及第一变压器12的输出端连接在核动力船舶的第一低压交流母线(图1中所示的母线B)上，第三整流充电器23的输入端连接在核动力船舶的第六低压交流母线(图1中所示的母线C)上，第六低压交流母线也即是正常母线。

第二整流充电器22的输出端和第三整流充电器23的输出以及第一蓄电池21连接在安全级系统的第一低压直流母线(图1中所示的母线D)上，第二整流充电器22用于将第一低压交流电转换为第一低压直流电输出，第三整流充电器23用于将来自第六低压交流母线上的第六低压交流电转化为第一低压直流电输出。

其中，第一低压交流母线为核动力船舶安全级系统的交流母线，第六低压交流母线为核动力船舶非安全级系统的交流母线。

正常运行时，直流电源模块2的第二整流充电器22由对应列的380正常交流电源和380V应急交流电源供电，其中380V正常交流电源为第一变压器12输出380V的交流电，380V应急交流电源为第一柴油发电机11输出380V的交流电。第二整流充电器22和第三整流充电器23可以向第一蓄电池21进行浮充电，同时在电压规定范围内保证向所有直流负荷供电。此时，无法在线检修第一蓄电池21，第二整流充电器22和第三整理充电器并列运行，同时承担下游负荷容量。当第二整流充电器22和第三整流充电器23中有一台整流充电器出现故障时，另一台整流充电器自动承担100％的负荷容量。

当发生事故导致第二整流充电器22和第三整流充电器23不能继续输出第一低压直流电时，第一蓄电池21的容量能保证在设计基准工况下持续供电2小时。

第一蓄电池21的自动充电模式按照以下步骤进行：

1)第一蓄电池21处于浮充状态；

2)第一蓄电池21在经历事故放电后，当第二整流充电器22和第三整流充电器23恢复输出第一低压直流电时，第一蓄电池21处于在线充电状态，充电完成之后转至浮充电状态；

3)此后，第一蓄电池21自动地置于浮充电压下，以保证处于浮充电状态。

每个直流电源模块2还可以配置监控装置，该监控装置由两部分组成：一是各整流充电器、馈线屏内置的监控回路，负责对自身状态进行监控和报警；二是对整个直流电源模块2的监控，包括直流母线电压、第一蓄电池21电压、整流充电器输出电流、第一蓄电池21电流以及各种故障和报警信号、系统工作状态信号等。

直流电源模块2按列布置在对应的电气舱室，并进行有效的电气隔离和实体隔离。

进一步地，第一不间断电源模块3包含有第二逆变器31、第二变压器32以及第一静态切换开关37。第二变压器32为380V/220V变压器。图1中所示的STS均为静态切换开关。

第二逆变器31的输入端连接在第一低压直流母线上，第二变压器32的输入端连接在第六低压交流母线上，第二逆变器31的输出端和第二变压器32的输出端均与第一静态切换开关37的输入端电性连接，第一静态切换开关37的输出端连接到核动力船舶的第二低压交流母线(图1所示的母线E)上；第二低压交流母线为核动力船舶安全级系统的交流母线。第一静态切换开关37优先接通第二逆变器31，当第二逆变器31不能正常输出第二低压交流电时，第一静态切换开关37再将第二变压器32接通。在发生SBO工况时，第一蓄电池21继续放电2小时，第二逆变器31因而可以持续输出第二低压交流电2小时，为事故缓解和监测功能的负荷供电。

在两路供电装置中的任意一路供电装置中，第一不间断电源模块3还包含有第四整流充电器33、第三蓄电池34、第三逆变器35、第三变压器36以及第二静态切换开关38。

第四整流充电器33的输入端连接在第一低压交流母线上，第四整流充电器33的输出端与第三蓄电池34以及第三逆变器35的输入端电性连接，第三变压器36的输入端连接在第六低压交流母线上。

第三逆变器35的输出端和第三变压器36的输出端均与第二静态切换开关38的输入端电性连接，第二静态切换开关38的输出端连接到核动力船舶的第七低压交流母线(图1所示的母线F)上；第七低压交流母线为核动力船舶安全级系统的低压交流母线。第二静态切换开关38优先接通第三逆变器35，当第三逆变器35不能正常输出第二低压交流电时，第二静态切换开关38再接通第三变压器36。

第一不间断电源模块3作为反应堆的保护组电源，本发明供电系统的第一不间断电源模块3与反应堆保护系统的3个通道相对应。

另外，针对供电系统中的第一不间断电源模块3设置子配电盘系统，为安全级系统(例如阀门执行机构、调节阀、电磁线圈等)、电站正常照明和主控室应急照明、安全级DCS机柜及辐射检测系统控制柜等安全级负荷供电，为设计基准工况下的各种负荷提供不间断电源。

进一步地，第一低压交流母线为安全级系统的380V交流母线，第一低压直流母线为安全级系统的220V直流母线，第二低压交流母线和第七低压交流母线均为安全级系统的220V交流母线，第六低压交流母线为380V交流母线。

第一柴油发电机11的输出端、第一变压器12的输出端、第二整流充电器22的输入端以及第四整流充电器33的输入端均通过开关连接到第一低压交流母线上。

第二整流充电器22的输出端、第三整流充电器23的输出端、第一蓄电池21、第二逆变器31的输入端均通过开关连接到第一低压直流母线上。从图1中还可以看出母线E通过一个开关与母线E-1连接。

第二逆变器31的输出端通过开关连接到第二低压交流母线上。

进一步地，SBO电源模块4还包含有第五整流充电器43和第四变压器42。

第五整流充电器43的输入端、第四变压器42的输入端以及第二柴油发电机41的输出端连接到核动力船舶的第三低压交流母线(图1中所示的母线B-1，也即是母线B的子配电盘)上。

第五整流充电器43的输出端以及第四变压器42的输出端，分别与核动力船舶的第二低压直流母线以及核动力船舶的第四低压交流母线电性连接。

第二低压直流母线为连接有第一设计扩展工况的应急设备的220V的低压直流母线(图1中所示的母线G-1)，第四低压交流母线为连接有第一设计扩展工况的应急设备的220V的低压交流母线(图1中所示的母线G-2)电性连接。

进一步地，第二不间断电源模块5还包含有第三静态切换开关55以及第五变压器54。

第一整流充电器52的输入端连接到第三低压交流母线上，第一整流充电器52的输出端、第二蓄电池51以及第一逆变器53的输入端均与第三低压直流母线(图1中所示的母线H-1)电性连接，第五变压器54的输入端连接到第三低压交流母线上。

第一逆变器53的输出端以及第五变压器54的输出端均与第三静态切换开关55的输入端电性连接，第三静态切换开关55的输出端与核动力船舶的第五低压交流母线(图1中所示的母线H-2)电性连接。

第三低压直流母线为连接有第二设计扩展工况的应急设备的低压直流母线，第五低压交流母线为连接有第二设计扩展工况的应急设备的低压交流母线。

其中，第一逆变器53将220V的第三直流电转化为220V的第五低压交流电进行供电，当第一逆变器53不能正常输出第五低压交流电时，第三静态切换开关55再接通第五变压器54，第五变压器54提供220V的低压交流电进行供电。

在第二设计扩展工况下，供电系统的两路供电装置同时运行，两个第二不间断电源模块5同时向下游负荷供电。

第三低压交流母线为第一低压交流母线的子配电盘，第四低压交流母线和第二低压直流母线分别为220V交流母线和220V直流母线。

第一整流充电器52的输入端通过开关连接到第三低压交流母线上，第二蓄电池51、第一整流充电器52的输出端以及第一逆变器53的输入端均分别通过开关与第三低压直流母线电性连接，第三静态切换开关55的输出端通过开关与第五低压交流母线电性连接。

第五整流充电器43的输入端、第四变压器42的输入端以及第二柴油发电机41的输出端均通过开关连接到第三低压交流母线上。

第五整流充电器43的输出端通过开关与第二低压直流母线电性连接，第四变压器42的输出端通过开关与第四低压交流母线电性连接。

本发明还提供一种核动力船舶一回路应急供电方法，该供电方法应用于上述的核动力船舶一回路应急供电系统中，该供电方法包括下述步骤：

当低压交流电源模块1可以正常输出第一低压交流电时，通过低压交流电源输出第一低压交流电至核动力船舶的安全级系统，给安全级系统供电，还将第一低压交流电输送至直流电源模块2以及第一不间断电源模块3；

直流电源模块2将第一低压交流电转换为第一低压直流电输出，通过第一低压直流电为安全级系统供电，还通过第一低压直流电给第一蓄电池21进行充电；

第一不间断电源模块3将来自直流电源模块2的第一低压直流电进行逆变处理得到第二低压交流电输出，为安全级系统供电；

第二不间断电源模块5中的第一整流充电器52将来自低压交流电源模块1的第一低压交流电转换为第三低压直流电输出至第二蓄电池51，为第二蓄电池51浮充电；

核动力船舶发生第一设计扩展工况时，SBO电源模块4中的第二柴油发电机41生成第三低压交流电为第一设计扩展工况的应急设备供电，SBO电源模块4还将来自第二柴油发电机41的第三低压交流电分别转换为第二低压直流电和第四低压交流电为核动力船舶的第一设计扩展工况的应急设备供电，而且第二柴油发电机41还将第三低压交流电输送至第一整流充电器52，通过第一整流充电器52为第二蓄电池51充电；

核动力船舶发生第二设计扩展工况时，第二蓄电池51放电输出第三低压直流电，通过第三低压直流电为第二设计扩展工况的应急设备供电，第一逆变器53将来自第二蓄电池51的第三低压直流电转换为第五低压交流电，通过第五低压交流电为第二设计扩展工况的应急设备供电。

进一步地，低压交流电源模块1可以正常输出第一低压交流电，具体包括：

当核动力船舶一回路可以正常输出中压交流电时，通过第一变压器12生成第一低压交流电输出；

当核动力船舶一回路不能正常输出中压交流电时，通过第一柴油发电机11生成第一低压交流电输出。

综上所述，本发明提供的核动力船舶一回路应急供电系统及方法，具有如下优点：

1.本发明采用低压的第一柴油发电机11(例如380V电压等级的柴油发电机)作为应急柴油发电机，使得发电机的质量和体积大大缩小。

2.本发明不采用输出电压为10kV的蓄电池蓄能系统作为应急柴油发电机的后备电源，转而以低压的第二柴油发电机41和第二不间断电源系统中的第二蓄电池51代替，不仅更适用于50MW级小型核电船舶平台，而且由于增加了电源层次，从而进一步提高了电气系统可靠性。

3.本发明通过将无需不间断供电的负荷从第二不间断电源模块5的下游负荷中移出，降低了负荷容量，减小了电源设备及蓄电池的大小，从而降低了对船舶空间和负重的需求。

4.本发明对第二不间断电源模块5进行了优化设计，仅设置1个充电器(即第一整流充电器52)，在完成功能且保证安全可靠性的前提下，节省了空间，提高了经济性。

除解决了上述现有技术中的问题外，本发明还有以下附加价值：

a)背景技术中第二篇专利所示针对非能动系统的应急供电系统，SBO柴油机与72h蓄电池在同一工况下运行，属于电源纵深防御体系的同一电源层级。本发明将第二不间断电源模块5(对应72h蓄电池)与第二柴油发电机41(对应SBO柴油机)分开作为不同运行工况下的电源系统，第二不间断电源模块5为严重事故工况即第二设计扩展工况下专用电源，丰富了应急电源系统的纵深防御层次，提升了核电船应对严重事故工况的能力。

b)本发明所设计的SBO电源模块4及第二不间断电源模块5与正常及安全级应急电源布置在不同的区域，实现完全实体分隔，保证电源不会因共因故障而失效，提升了电源可靠性。

c)本发明中第二不间断电源模块5中的第二蓄电池51为第二柴油发电机41失效后的第二设计扩展工况下的专用电源，与背景技术中第二篇专利中的全厂断电后即启动72h蓄电池系统相比，可降低第二蓄电池51故障率，延长其使用寿命。

d)因第二柴油发电机41可连续供电96h，第二蓄电池51可不间断供电72h，因此当发生设计扩展工况后，本发明所述的供电系统可提供7天电源供应，保证起严重事故缓解与监测功能的设备运行7天。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种核动力船舶一回路应急供电系统，其特征在于，包括冗余配置的两路供电装置，每一路供电装置包含有：低压交流电源模块、直流电源模块、第一不间断电源模块、第二不间断电源模块、全厂断电SBO电源模块；

所述低压交流电源模块包含有第一柴油发电机和第一变压器；所述第一柴油发电机用于生成第一低压交流电输出至所述直流电源模块；所述第一变压器用于将核动力船舶一回路的中压交流电转化为第一低压交流电输出至所述直流电源模块；且所述第一变压器和所述第一柴油发电机输出的第一低压交流电还用于给核动力船舶的安全级系统供电；

所述直流电源模块包含有第一蓄电池，所述直流电源模块用于将所述第一低压交流电转换为第一低压直流电输出，通过所述第一低压直流电为所述安全级系统供电，还通过所述第一低压直流电给所述第一蓄电池进行充电，所述第一蓄电池在放电时输出第一低压直流电；

所述第一不间断电源模块，用于将来自所述直流电源模块的第一低压直流电进行逆变处理得到第二低压交流电输出，为所述安全级系统供电；

所述SBO电源模块包含有第二柴油发电机；所述第二柴油发电机用于核动力船舶在发生第一设计扩展工况时，生成第三低压交流电为核动力船舶的第一设计扩展工况的应急设备供电；所述SBO电源模块还用于将来自所述第二柴油发电机的第三低压交流电分别转换为第二低压直流电和第四低压交流电为所述第一设计扩展工况的应急设备供电；

所述第二不间断电源模块包含有第二蓄电池、第一整流充电器、第一逆变器；所述第一整流充电器用于将来自所述第二柴油发电机的第三低压交流电转换为第三低压直流电输出至所述第二蓄电池，为所述第二蓄电池充电，所述第二蓄电池在核动力船舶发生第二设计扩展工况时，放电输出第三低压直流电；所述第一逆变器用于将来自所述第二蓄电池的第三低压直流电转换为第五低压交流电；所述第二蓄电池还通过所述第三低压直流电为第二设计扩展工况的应急设备供电，所述第一逆变器还通过所述第五低压交流电为所述第二设计扩展工况的应急设备供电。

2.根据权利要求1所述的核动力船舶一回路应急供电系统，其特征在于，所述直流电源模块还包含有第二整流充电器和第三整流充电器；

所述第二整流充电器的输入端、所述第一柴油发电机的输出端以及所述第一变压器的输出端连接在核动力船舶的第一低压交流母线上，所述第三整流充电器的输入端连接在核动力船舶的第六低压交流母线上；

所述第二整流充电器的输出端和所述第三整流充电器的输出以及所述第一蓄电池连接在所述安全级系统的第一低压直流母线上，所述第二整流充电器用于将所述第一低压交流电转换为第一低压直流电输出，所述第三整流充电器用于将来自所述第六低压交流母线上的第六低压交流电转化为第一低压直流电输出；

其中，所述第一低压交流母线为核动力船舶安全级系统的交流母线，所述第六低压交流母线为核动力船舶非安全级系统的交流母线。

3.根据权利要求2所述的核动力船舶一回路应急供电系统，其特征在于，所述第一不间断电源模块包含有第二逆变器、第二变压器以及第一静态切换开关；

所述第二逆变器的输入端连接在所述第一低压直流母线上，所述第二变压器的输入端连接在所述第六低压交流母线上，所述第二逆变器的输出端和所述第二变压器的输出端均与所述第一静态切换开关的输入端电性连接，所述第一静态切换开关的输出端连接到所述核动力船舶的第二低压交流母线上；所述第二低压交流母线为核动力船舶安全级系统的交流母线。

4.根据权利要求3所述的核动力船舶一回路应急供电系统，其特征在于，在所述两路供电装置中的任意一路供电装置中，所述第一不间断电源模块还包含有第四整流充电器、第三蓄电池、第三逆变器、第三变压器以及第二静态切换开关；

所述第四整流充电器的输入端连接在所述第一低压交流母线上，所述第四整流充电器的输出端与所述第三蓄电池以及所述第三逆变器的输入端电性连接，所述第三变压器的输入端连接在所述第六低压交流母线上；

所述第三逆变器的输出端和所述第三变压器的输出端均与所述第二静态切换开关的输入端电性连接，所述第二静态切换开关的输出端连接到核动力船舶的第七低压交流母线上；所述第七低压交流母线为核动力船舶安全级系统的低压交流母线。

5.根据权利要求4所述的核动力船舶一回路应急供电系统，其特征在于，所述第一低压交流母线为所述安全级系统的380V交流母线，所述第一低压直流母线为所述安全级系统的220V直流母线，所述第二低压交流母线和所述第七低压交流母线均为所述安全级系统的220V交流母线，所述第六低压交流母线为380V交流母线；

所述第一柴油发电机的输出端、所述第一变压器的输出端、所述第二整流充电器的输入端以及所述第四整流充电器的输入端均通过开关连接到所述第一低压交流母线上；

所述第二整流充电器的输出端、所述第三整流充电器的输出端、所述第一蓄电池、所述第二逆变器的输入端均通过开关连接到所述第一低压直流母线上；

所述第二逆变器的输出端通过开关连接到所述第二低压交流母线上。

6.根据权利要求2所述的核动力船舶一回路应急供电系统，其特征在于，所述SBO电源模块还包含有第五整流充电器和第四变压器；

所述第五整流充电器的输入端、所述第四变压器的输入端以及所述第二柴油发电机的输出端连接到核动力船舶的第三低压交流母线上；

所述第五整流充电器的输出端以及所述第四变压器的输出端，分别与核动力船舶的第二低压直流母线以及核动力船舶的第四低压交流母线电性连接；

其中，所述第二低压直流母线为连接有第一设计扩展工况的应急设备的低压直流母线，所述第四低压交流母线为连接有第一设计扩展工况的应急设备的低压交流母线。

7.根据权利要求6所述的核动力船舶一回路应急供电系统，其特征在于，所述第二不间断电源模块还包含有第三静态切换开关以及第五变压器；

所述第一整流充电器的输入端连接到所述第三低压交流母线上，所述第一整流充电器的输出端、所述第二蓄电池以及所述第一逆变器的输入端均与核动力船舶的第三低压直流母线电性连接，所述第五变压器的输入端连接到所述第三低压交流母线上；

所述第一逆变器的输出端以及所述第五变压器的输出端均与所述第三静态切换开关的输入端电性连接，所述第三静态切换开关的输出端与核动力船舶的第五低压交流母线电性连接；

其中，所述第三低压直流母线为连接有第二设计扩展工况的应急设备的低压直流母线，所述第五低压交流母线为连接有第二设计扩展工况的应急设备的低压交流母线。

8.根据权利要求7所述的核动力船舶一回路应急供电系统，其特征在于，所述第三低压交流母线为所述第一低压交流母线的子配电盘，所述第四低压交流母线和所述第二低压直流母线分别为220V交流母线和220V直流母线；

所述第一整流充电器的输入端通过开关连接到所述第三低压交流母线上，所述第二蓄电池、所述第一整流充电器的输出端以及所述第一逆变器的输入端均分别通过开关与所述第三低压直流母线电性连接，所述第三静态切换开关的输出端通过开关与所述第五低压交流母线电性连接；

所述第五整流充电器的输入端、所述第四变压器的输入端以及所述第二柴油发电机的输出端均通过开关连接到所述第三低压交流母线上；

所述第五整流充电器的输出端通过开关与所述第二低压直流母线电性连接，所述第四变压器的输出端通过开关与所述第四低压交流母线电性连接。

9.一种核动力船舶一回路应急供电方法，应用于权利要求1～8任一项所述的核动力船舶一回路应急供电系统中，其特征在于，包括下述步骤：

当低压交流电源模块可以正常输出第一低压交流电时，通过所述低压交流电源输出所述第一低压交流电至核动力船舶的安全级系统，给所述安全级系统供电，还将所述第一低压交流电输送至直流电源模块以及第一不间断电源模块；

所述直流电源模块将所述第一低压交流电转换为第一低压直流电输出，通过所述第一低压直流电为所述安全级系统供电，还通过所述第一低压直流电给第一蓄电池进行充电；

第一不间断电源模块将来自所述直流电源模块的第一低压直流电进行逆变处理得到第二低压交流电输出，为所述安全级系统供电；

所述第二不间断电源模块中的第一整流充电器将来自所述低压交流电源模块的第一低压交流电转换为第三低压直流电输出至第二蓄电池，为所述第二蓄电池浮充电；

核动力船舶发生第一设计扩展工况时，SBO电源模块中的第二柴油发电机生成第三低压交流电为核动力船舶的第一设计扩展工况的应急设备供电，所述SBO电源模块还将来自所述第二柴油发电机的第三低压交流电分别转换为第二低压直流电和第四低压交流电为所述第一设计扩展工况的应急设备供电，而且所述第二柴油发电机还将所述第三低压交流电输送至所述第一整流充电器，通过所述第一整流充电器为所述第二蓄电池充电；

核动力船舶发生第二设计扩展工况时，所述第二蓄电池放电输出第三低压直流电，通过所述第三低压直流电为第二设计扩展工况的应急设备供电，第一逆变器将来自所述第二蓄电池的第三低压直流电转换为第五低压交流电，通过所述第五低压交流电为所述第二设计扩展工况的应急设备供电。

10.根据权利要求9所述的核动力船舶一回路应急供电方法，其特征在于，低压交流电源模块可以正常输出第一低压交流电，具体包括：

当核动力船舶一回路可以正常输出中压交流电时，通过第一变压器生成所述第一低压交流电输出；

当核动力船舶一回路不能正常输出中压交流电时，通过第一柴油发电机生成所述第一低压交流电输出。

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