CN109494869A - 一种核动力船舶电力系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种核动力船舶电力系统，该系统中；汽轮发电机组通过断路器与汽轮发电机组出口母线电性连接，辅助柴油发电机组通过断路器与辅助柴油发电机组出口母线电性连接，且汽轮发电机组出口母线和辅助柴油发电机组出口母线均分别通过断路器与二回路中压母线电性连接；二回路中压母线通过断路器与一回路中压母线电性连接，一回路中压母线依次通过断路器、变压器与一回路低压母线电性连接；应急柴油发电机组通过自启动开关与一回路低压母线电性连接；一回路中压母线和一回路低压母线上均电性连接有设定的重要设备。本发明可以满足核动力船舶需要保证重要负荷的连续供电的安全性要求。

Description

一种核动力船舶电力系统

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种核动力船舶电力系统。

背景技术

图1为目前主流的电力推进船舶电力系统示意图。

全船的电力系统由电源、配电板、推进系统、其它船用负载、日用负载组成。电源向全船配电系统供电，配电板根据船舶的工况统一调配全船电力。

航行工况：岸电开关19和停泊发电机组开关断开，主发电机组开关17闭合。主发电机组1给配电系统10供电。整流装置4和5将配电系统10的交流电整为直流，逆变器6再将直流逆变为交流电供推进电机来拖动推进器7，制动单元9将电机减速时多余动能消耗掉。

停泊工况：主发电机组1和推进系统不起动，且不易接入岸电3时，停泊发电机组给船上停泊负载供电。航行时主发电机组1给配电系统10供电，整流装置4和5整流后，逆变器6再将直流变为交流电推进电机来拖动推进器或桨。制动单元9将电机减速时多余动能消耗掉。主发电机组1和推进系统不起动，且不易接入岸电3时，停泊发电机组给船上停泊负载供电。

现代主流综合电力推进船电力系统方案中发电机组多余的能量无法储存，停泊时要起动停泊发电机组，形成能源浪费，废气污染；另外噪音影响船员和内河两岸居民的休息。

现有的电力推进船舶电力系统具有下述缺点：

1)在目前电力推进船舶电力系统设计中，主发电机组故障后，船上的重要设备与推进装置由于电源容量不足，需要切除部分重要用电设备，这不满足核动力船舶需要保证重要负荷的连续供电的安全性要求。

2)目前的船舶电力系统设计中，与发电机组直接连接的母线采用单母线分裂运行，系统同步性差，抗干扰能力较弱，负荷的调整可能引起主发电机组出力调整，对于主发电机组的一次调频能力有较高的要求，增加一回路的设计难度与汽轮机的设备要求。

3)现有方案在引入储能装置组后可将航行时多余能量储存后在停泊时使用。但是需额外增加变频电源支路，会增加设备体积和成本，变频电源支路控制系统也需单独配置，增加系统建造成本。

本发明充分考虑了上述船舶电力系统的技术缺陷，以及系统设计时对重要核级设备连续供电的要求，采用辅助柴油发电机、储能装置组、功率变换装置，通过AC/DC变换对重要核级设备连续可靠的供电，通过采用多级备用的电源策略，增加了船舶电力系统的稳定性与可靠性，丰富了系统的运行工况，降低了由于辐射状供电网络的电源节点的凝聚度高而带来的风险，使系统配电设计变得简单。

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电力系统，可以满足核动力船舶需要保证重要负荷的连续供电的安全性要求。

本发明提供的一种核动力船舶电力系统，包括：汽轮发电机组、辅助柴油发电机组、应急柴油发电机组、二回路中压母线、一回路中压母线、一回路低压母线；

所述汽轮发电机组通过断路器与汽轮发电机组出口母线电性连接，辅助柴油发电机组通过断路器与辅助柴油发电机组出口母线电性连接，且所述汽轮发电机组出口母线和所述辅助柴油发电机组出口母线均分别通过断路器与所述二回路中压母线电性连接；

所述二回路中压母线通过断路器与所述一回路中压母线电性连接，所述一回路中压母线依次通过断路器、变压器与所述一回路低压母线电性连接；

所述应急柴油发电机组通过自启动开关与所述一回路低压母线电性连接；

所述一回路中压母线和所述一回路低压母线上均电性连接有设定的重要设备。

优选地，还包括SBO柴油发电机组，所述SBO柴油发电机组的输出端通过断路器与所述一回路低压母线电性连接。

优选地，当所述汽轮发电机组和/或所述辅助柴油发电机组处于正常运行状态时，所述应急柴油发电机组处于热备用状态。

优选地，所述核动力船舶电力系统包含有两台所述汽轮发电机组、至少两台所述辅助柴油发电机组、两台所述应急柴油发电机组、两条所述二回路中压母线、两条所述一回路中压母线、两条所述一回路低压母线；

其中，第一汽轮发电机组的输出端通过断路器与第一条二回路中压母线电性连接，所述第一条二回路中压母线通过断路器与第一条一回路中压母线电性连接，所述第一条一回路中压母线依次通过断路器、变压器与第一条一回路低压母线电性连接；

第二汽轮发电机组的输出端通过断路器与第二条二回路中压母线电性连接，所述第二条二回路中压母线通过断路器与第二条一回路中压母线电性连接，所述第二条一回路中压母线依次通过断路器、变压器与第二条一回路低压母线电性连接；

所述第一条二回路中压母线通过母联开关与所述第二条二回路中压母线电性连接；

所述第一条一回路中压母线通过母联开关与所述第二条一回路中压母线电性连接；

第一辅助柴油发电机组的输出端通过断路器与第一辅助柴油发电机组出口母线电性连接；第二辅助柴油发电机组的输出端通过断路器与第二辅助柴油发电机组出口母线电性连接；所述第一辅助柴油发电机组出口母线通过母联开关与所述第二辅助柴油发电机组出口母线直接电性连接，或者所述第一辅助柴油发电机组出口母线与所述第二辅助柴油发电机组出口母线之间还分别通过母联开关与连接有至少一个辅助柴油发电机组的出口母线电性连接；

所述第一辅助柴油发电机组出口母线还通过断路器与所述第一条二回路中压母线电性连接，所述第二辅助柴油发电机组出口母线还通过断路器与所述第二条二回路中压母线电性连接。

优选地，所述第一条二回路中压母线和所述第二条二回路中压母线上均分别电性连接有一个岸电接口。

优选地，还包括：第一变压器、第二变压器、第一开关站以及第二开关站；

所述第一汽轮发电机组的输出端还通过断路器与所述第一变压器的一侧电性连接，所述第一变压器的另一侧通过所述第一开关站接入外电网；

所述第二汽轮发电机组的输出端还通过断路器与所述第二变压器的一侧电性连接，所述第二变压器的另一侧通过所述第二开关站接入外电网。

优选地，还包括第一AC/DC装置、第二AC/DC装置、第一储能装置、第二储能装置；

所述第一条一回路中压母线通过所述第一AC/DC装置与所述第一储能装置电性连接，所述第一AC/DC装置用于将来自所述第一条一回路中压母线的交流电转化为直流电，并利用转化得到的直流电给所述第一储能装置充电；

所述第一储能装置，用于在所述第一条一回路中压母线失电后，输出直流电至所述第一AC/DC装置；

所述第一AC/DC装置，还用于将来自所述第一储能装置的直流电转化为交流电，并将转化得到的交流电输出至所述第一条一回路中压母线，为所述第一条一回路中压母线上的负荷供电；

所述第二条一回路中压母线通过所述第二AC/DC装置与所述第二储能装置电性连接，所述第二AC/DC装置用于将来自所述第二条一回路中压母线的交流电转化为直流电，并利用转化得到的直流电给所述第二储能装置充电；

所述第二储能装置，用于在所述第二条一回路中压母线失电后，输出直流电至所述第二AC/DC装置；

所述第二AC/DC装置，还用于将来自所述第二储能装置的直流电转化为交流电，并将转化得到的交流电输出至所述第二条一回路中压母线，为所述第二条一回路中压母线上的负荷供电。

优选地，所述汽轮发电机组与所述辅助柴油发电机组的额定电压均相同。

实施本发明，具有如下有益效果：当作为主发电机的汽轮发电机组出现故障后，可以由辅助柴油发电机继续供电，可以维持核动力船舶上的重要设备与推进装置的供电，不需要切除重要用电设备，可以满足核动力船舶重要负荷的连续供电的安全性要求。并且，当辅助柴油发电机发生故障之后，还有应急柴油发电机可以工作，为一回路母线的重要设备进行供电，保证一回路母线上的重要设备能够继续供电，保证核动力船舶的安全。

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是本发明提供的目前主流的电力推进船舶电力系统示意图。

图2是本发明提供的核动力船舶电力系统的示意图。

图3是本发明提供的核动力船舶电力系统由岸电起动汽轮发电机组的示意图。

图4是本发明提供的核动力船舶电力系统中辅助柴油发电机组起动汽轮发电机组的示意图。

图5是本发明提供的核动力船舶电力系统中已运行汽轮发电机组起动的示意图。

图6是本发明提供的核动力船舶电力系统中单台汽轮发电机组正常运行供电的示意图。

图7是本发明提供的核动力船舶电力系统中两台汽轮发电机组正常运行供电的示意图。

图8是本发明提供的核动力船舶电力系统中单台汽轮发电机组出现故障后电力系统供电的示意图。

图9是本发明提供的核动力船舶电力系统中两台汽轮发电机组均出现故障后电力系统供电的示意图。

图10是本发明提供的核动力船舶电力系统中汽轮发电机组和辅助柴油发电机组都失去后电力系统供电的示意图。

图11是本发明提供的核动力船舶电力系统中汽轮发电机组、辅助柴油发电机组和应急柴油发电机组均失去后电力系统供电的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种核动力船舶电力系统，其包括：汽轮发电机组、辅助柴油发电机组、应急柴油发电机组、二回路中压母线、一回路中压母线、一回路低压母线。

汽轮发电机组通过断路器与汽轮发电机组出口母线电性连接，且汽轮发电机组出口母线通过断路器与二回路中压母线电性连接。

辅助柴油发电机组通过断路器与辅助柴油发电机组出口母线电性连接，且辅助柴油发电机组出口母线通过断路器与二回路中压母线电性连接。

二回路中压母线通过断路器与一回路中压母线电性连接，一回路中压母线依次通过断路器、变压器与一回路低压母线电性连接。

应急柴油发电机组通过自启动开关与一回路低压母线电性连接。一回路中压母线和一回路低压母线上均电性连接有设定的重要设备。

具体的，如图2所示，核动力船舶电力系统包含有两台汽轮发电机组11、12、至少两台辅助柴油发电机组(例如可以是三台辅助柴油发电机组13、14、15)、两台应急柴油发电机组16、17、两条二回路中压母线21、22(均为10.5kV母线)、两条一回路中压母线23、24、两条一回路低压母线25、26。

其中，第一汽轮发电机组11的输出端通过断路器与第一条二回路中压母线21电性连接，第一条二回路中压母线21通过断路器与第一条一回路中压母线23电性连接，第一条一回路中压母线23依次通过断路器、变压器与第一条一回路低压母线25电性连接。

第二汽轮发电机组12的输出端通过断路器与第二条二回路中压母线22电性连接，第二条二回路中压母线22通过断路器与第二条一回路中压母线24电性连接，第二条一回路中压母线24依次通过断路器、变压器与第二条一回路低压母线26电性连接。

第一条二回路中压母线21通过母联开关与第二条二回路中压母线22电性连接。第一条一回路中压母线23通过母联开关与第二条一回路中压母线24电性连接。

第一辅助柴油发电机组13的输出端通过断路器与第一辅助柴油发电机组13出口母线电性连接；第二辅助柴油发电机组15的输出端通过断路器与第二辅助柴油发电机组15出口母线电性连接；第一辅助柴油发电机组13出口母线通过母联开关与第二辅助柴油发电机组15出口母线直接电性连接，或者第一辅助柴油发电机组13出口母线与第二辅助柴油发电机组15出口母线之间还分别通过母联开关与连接有至少一个辅助柴油发电机组的出口母线电性连接。

第一辅助柴油发电机组13出口母线还通过断路器与第一条二回路中压母线21电性连接，第二辅助柴油发电机组15出口母线还通过断路器与第二条二回路中压母线22电性连接。

图2中的标号41、42、43、44均为重要设备。

进一步地，核动力船舶电力系统还包括SBO(全平台断电)柴油发电机组9，SBO柴油发电机组9的输出端通过断路器与一回路低压母线25、26电性连接。

当作为主发电机的汽轮发电机组11、12出现故障后，可以由辅助柴油发电机继续供电，可以维持核动力船舶上的重要设备与推进装置的供电，不需要切除重要用电设备，可以满足核动力船舶重要负荷的连续供电的安全性要求。

进一步地，当汽轮发电机组11、12和/或辅助柴油发电机组13、14、15处于正常运行状态时，应急柴油发电机组16、17处于热备用状态。

进一步地，第一条二回路中压母线21上电性连接有推进系统用电设备81、日常负载82、船用负载83，第二条二回路中压母线22上电性连接有推进系统用电设备84、日常负载85、船用负载86。每一条二回路中压母线及其上连接的推进系统用电设备、日常负载、船用负载构成船用中压交流系统。

由于二回路中压母线采用两条并列运行，电力系统的同步性增加，对于小扰动的耐受性增加，增强了抗干扰能力，使船舶电力系统的供电可靠性增加，提高核动力船舶的安全性。

两台汽轮发电机组11、12构成主交流电源系统，其中每一台汽轮发电机组的额定电压为10.5V，额定容量为25MW，主交流电源系统采用中性点经高阻接地方式，以抑制三次谐波，限制单相接地故障电流，以及在单相接地故障情况下，允许主交流电源系统在限定时间内连续运行。

汽轮发电机组一方面通过断路器连接至主变压器低压侧，一方面与二回路中压母线连接。主交流电源系统为电厂的运行提供交流电源，主交流电源系统仅执行非安全相关功能。

例如，三台辅助柴油发电机组构成厂内辅助电源系统，每一台辅助柴油发电机组的额定电压为10.5kV，额定容量为5MW，厂内辅助电源系统作为交流辅助电源(具体使用辅助柴油发电机组的数量可根据厂内辅助电源系统用电容量进行计算调整)。第一辅助柴油发电机组经10.5kV电缆连接至第一条二回路中压母线，第二辅助柴油发电机组经10.5kV电缆连接至第二条二回路中压母线，三台辅助柴油发电机组出口母线通过断路器相连，可以同时对第一条二回路中压母线和第二条二回路中压母线供电或者对两条二回路中压母线中的任意一条中压母线进行供电。厂内辅助电源系统为海上堆的起动、停堆提供交流电源，在舰船高速前进时可以为推进装置提供电源，当汽轮发电机组不可用时，厂内辅助电源系统向二回路中压母线供电的功能，执行如下功能：反应性控制、余热排除、放射性物质的包容性。

两台应急柴油发电机组构成厂内应急电源系统，每一台应急柴油发电机组的额定电压为380V，额定容量为2.5MW，厂内应急电源系统作为交流应急电源，两台应急柴油发电机组分别经自启动开关连接至安全级低压交流配电盘(即连接至第一条一回路低压母线和第二条一回路低压母线)。

厂内应急电源系统在应急工况下，分别向核岛低压应急交流母线(即第一条一回路低压母线和第二条一回路低压母线)供电。

厂内应急电源系统为设备冷却水系统、重要厂用水系统、安全壳隔离阀(电动)、给水管线隔离阀、反应堆冷却剂系统、换料系统、安全注入系统、二次侧余热排出系统、安全壳抑压系统、反应堆紧急停堆系统、安全壳隔离阀等设备供电，提供反应性控制、预热排除以及放射性包容等功能。

在电厂正常运行工况期间，应急柴油发电机组处于长期热备用状态，此时核岛低压应急交流母线由核岛中压应急母线(第一条一回路中压母线和第二条一回路中压母线)经变压器供电。

中压交流系统进线柜为10kV开关柜，通过进线柜实现汽轮发电机组、辅助柴油发电机组向二回路中压母线供电，汽轮发电机组和辅助柴油发电机组均发生故障时，断开进线柜，切换厂用电。

中压交流系统母联柜为10kV开关柜，当一台汽轮发电机组故障时，另一台汽轮发电机组通过母联柜向故障发电机组的中压母线供电。

中压交流系统出线柜为10kV开关柜，通过出线柜的分合闸实现中压交流系统下游负荷的投切。

汽轮发电机组、辅助柴油发电机组以及二回路中压母线之间采用中压配电盘的设计，使得电厂电路上任何导致短路的电气故障除直接受到故障影响的设备外不会引起其它任何设备的损坏。所有故障在尽可能短的时间内通过具有选择性的继电保护装置(即断路器)切除。10kV配电装置可共设4条单母线，两台汽轮发电机组经断路器分别连接至第一条二回路中压母线和第二条二回路中压母线，且第一条二回路中压母线和第二条二回路中压母线之间经母联开关连接。

正常运行时，汽轮发电机组可以满足全船用电设备的供电需求，且可以安全稳定的对外输出电能。在失去汽轮发电机组后，辅助柴油发电机组投入运行，可以使全船用电设备供电连续性得到很好的保证，对于核级设备以及其他对电能质量敏感的用电设备提供良好的用电环境。辅助柴油发电机组失去之后，由应急柴油发电机组对核岛及一回路用电设备进行供电，保证一回路重要设备的连续供电，保证反应堆的安全稳定。

进一步地，第一条二回路中压母线21上连接有一个岸电接口31，第二条二回路中压母线22上连接有一个岸电接口32。

进一步地，核动力船舶电力系统还包括：第一变压器101、第二变压器102、第一开关站71以及第二开关站72。第一变压器101、第二变压器102也即是主变压器。

第一汽轮发电机组11的输出端还通过断路器与第一变压器101的一侧电性连接，第一变压器101的另一侧通过第一开关站71接入外电网。

第二汽轮发电机组12的输出端还通过断路器与第二变压器102的一侧电性连接，第二变压器102的另一侧通过第二开关站72接入外电网。

进一步地，核动力船舶电力系统还包括第一AC/DC装置51、第二AC/DC装置52、第一储能装置61、第二储能装置62。

第一条一回路中压母线23通过第一AC/DC装置51与第一储能装置61电性连接，第一AC/DC装置51用于将来自第一条一回路中压母线23的交流电转化为直流电，并利用转化得到的直流电给第一储能装置61充电。

第一储能装置61用于在第一条一回路中压母线23失电后，输出直流电至第一AC/DC装置51。

第一AC/DC装置51还可用于将来自第一储能装置61的直流电转化为交流电，并将转化得到的交流电输送至第一条一回路中压母线23，为第一条一回路中压母线23上的负荷供电。

第二条一回路中压母线24通过第二AC/DC装置52与第二储能装置62电性连接，第二AC/DC装置52用于将来自第二条一回路中压母线24的交流电转化为直流电，并利用转化得到的直流电给第二储能装置62充电。

第二储能装置62用于在第二条一回路中压母线24失电后，输出直流电至第二AC/DC装置52。

第二AC/DC装置52还可用于将来自第二储能装置62的直流电转化为交流电，并将转化得到的交流电输送至第二条一回路中压母线24，为第二条一回路中压母线24上的负荷供电。

通过储能装置可将航行时多余能量储存，并在停泊时使用，也不需要额外增加变频电源支路，因此不会增加系统建造成本。

这里，第一储能装置和第二储能装置供电无需考虑变频装置，使系统设计变得简单。并且，由于储能装置优良的充放电特性，不仅对系统内的小扰动有双倍的调节能力，还具有较快的调节速度。

进一步地，每台汽轮发电机组的额定电压与每台辅助柴油发电机组的额定电压均相同。

本发明提供的核动力船舶电力系统，运行方式如下：

核动力船舶的起动分为三种：由岸电起动、由辅助中压柴油发电机组起动和由已运行发电机组起动另一发电机组。当岸上交流电源可正常使用时，由岸上交流电源经断路器向厂用中压交流系统供电，使机组起动，如图3所示。

当岸上交流电源不可用或在海上起动汽轮发电机组时，10.5kV辅助柴油发电机组可正常运行时，由10.5kV辅助柴油发电机组经断路器向厂用中压交流系统供电，使机组起动。随着汽轮发电机组依次起动，柴油发电机组依次退出，如图4所示。

当一台汽轮发电机组已经正常运行时，则开始起动另一台汽轮发电机组。由已经起动的汽轮发电机组与一台10.5kV辅助柴油发电机组共同为全部厂用电中压交流系统供电，使另一台汽轮发电机组起动，如图5所示。

正常运行方式可分为两种运行方式：单机正常运行、双机正常运行。

单机正常运行：当汽轮发电机组达到并网前所要求的电压、频率时，闭合汽轮发电机组出口断路器，使汽轮发电机组与电网并联运行，厂用电中压交流系统全部由正常运行的汽轮发电机组供电。当汽轮发电机组的容量不够时，加一台10.5kV的辅助柴油发电机组，但考虑油量安全裕量，一般辅助柴油机最多运行几小时后停机，厂用电中压交流系统全部由正常运行的汽轮发电机组供电，如图6所示。

双机正常运行：当两台汽轮发电机组均正常运行时，一台汽轮发电机组先并网，待已并网的汽轮发电机组稳定运行后，另一台汽轮发电机组再并网。此过程中两台汽轮发电机组共同为厂用中压交流系统供电，如图7所示。

核动力船舶电力系统故障模式分为三种：单台汽轮发电机组故障、两台汽轮发电机组故障、辅助柴油发电机组故障、应急柴油发电机组故障。

两台汽轮发电机组运行时，当出现单台汽轮发电机组故障，此时由正常运行的另一台汽轮发电机组向厂用电中压交流系统供电，若容量不够则起动一台10.5kV辅助柴油发电机组，正常运行的汽轮发电机组和辅助柴油发电机组共同向厂用电中压交流系统供电，如图8所示。

两台汽轮发电机组均出现故障时，将汽轮发电机组出口断路器断开，同时使汽轮发电机组灭磁。10.5kV辅助柴油发电机组可正常运行时，由10.5kV辅助柴油发电机组向厂用电中压交流系统供电。

若10.5kV辅助柴油发电机组均不可用，两台应急柴油机是唯一可用的厂用电源，经自动起动后，分别为0.4kV的一回路低压母线供电。每一台应急柴油发电机组的容量可以承担一个安全系列的所有厂用设备的用电，包括核安全级设备(即保证主设备安全的厂用设备的用电)。如图10所示，若应急柴油发电机组失效，则起动SBO柴油发电机组为必要厂用设备供电，供电路径如图11所示。

核动力船舶电力系统设计方案主要特征及功能如下所示：

a)接于汽轮发电机组与主变压器之间的发电机组出口断路器使汽轮发电机组同步并网，并能切断故障电流。

b)在事故情况下，出现故障的汽轮发电机组必须能对事故作出反应，而无须考虑其他发电机组的状况。

c)配置三台辅助柴油发电机组作为汽轮发电机组的后备电源。

d)实验堆平台设有两台独立的应急柴油发电机组作为平台应急交流电源，在事故工况下，应急柴油发电机组向平台内一回路低压母线供电。

e)实验堆平台另设1台独立的SBO柴油发电机组作为全平台断电电源，在全平台断电的情况下向一回路低压母线供电。

f)当一台汽轮发电机组发生故障时，如为机械故障或机组内部电气故障，汽轮发电机组停机，汽轮发电机组出口断路器断开。另一台汽轮发电机组向全部中压交流系统供电。

g)平台用电配电系统采用放射式供电，并采用成熟可靠的保护装置。

重要设备的供电顺序如下所示：

a)对船用平台用电设备的供电：

1)当汽轮发电机组运行时，由汽轮发电机组供电；

2)当汽轮发电机组停运时，船用用电设备停运或由岸电供电。

b)对常备船用设备的供电：

1)当汽轮发电机组运行时，由汽轮发电机组供电；

2)当汽轮发电机组停运时，从辅助柴油发电机组供电或岸电供电。

c)对应急船用设备的供电：

1)当常备应急船用设备配电装置带电时，由其供电；

2)当常备应急船用设备配电装置断电时，由两台应急柴油发电机组供电。两台应急柴油发电机组是自动与应急配电装置(即一回路低压母线)连接的。

两台汽轮发电机组正常运行时，一台汽轮发电机组先并网，待已并网的汽轮发电机组稳定运行后，另一台汽轮发电机组再进行并网。此过程中船用用电设备全部由四段中压母线(两条一回路中压母线和两条二回路中压母线)通过配电装置供电。两条二回路中压母线向常规岛二回路及平台厂用设备供电，两条一回路中压母线向核岛一回路及应急通讯船用设备供电。

在全船断电工况下，应急柴油发电机组为一回路低压母线等应急低压母线供电。

a)汽轮发电机组中的两台汽轮发电机组均正常发电时，由两台汽轮发电机组经发电机组出口断路器、中压母线进线断路器向二回路中压母线和一回路中压母线供电，可以满足全部厂船用设备所需要的全部功率。

b)当汽轮发电机组故障时，由厂内辅助柴油发电机组经辅助柴油发电机组出口断路器，向二回路中压母线和一回路中压母线供电。可以满足全部厂船用设备所需要的全部功率。

c)当船舶停运进港后，厂外电源(岸电)可以通过二回路中压母线接入中压厂用电系统，为厂用电设备供电。

主交流电源系统由两个额定电压为10.5kV，额定容量为25MW的汽轮发电机组构成，通过断路器之后连接至主变压器低压侧和10.5kV的二回路中压母线。主交流电源系统为核电船的运行提供交流电源，且主交流电源系统仅执行非安全相关功能。

厂内辅助电源系统采用额定电压10.5kV，额定容量5MW辅助柴油发电机组，其作为交流辅助电源。辅助柴油发电机组经10.5kV电缆连接至二回路及平台中压母线，三台辅助柴油发电机组的出口母线通过断路器相连，可以同时对两条二回路中压母线供电或者任一条二回路中压母线供电。

厂内辅助电源系统为海上堆的起动、停堆提供交流电源，在舰船高速前进时可以为推进装置提供电源，辅助电源系统提供当汽轮发电机组不可用时，向应急母线供电的功能，执行如下功能：反应性控制、余热排除、放射性物质的包容性。

在起动或正常停运及功率运行期间，辅助柴油发电机组即处于随时可以起动的备用状态，每组应急配电装置是由其相应的正常厂用配电盘供电。

事故工况只要考虑LOOP(厂外电源丧失)状态，及LOOP叠加其它事故情况。此时要求处于备用状态的辅助柴油发电机组可靠起动。

辅助柴油发电机组在收到起动信号后15秒钟内应能建立额定频率和额定电压。并尽快与应急供电系统连接。

瞬态运行定义为辅助柴油发电机组在收到一个在控制室或者应急停堆盘上所发出的自动起动信号或者手动起动信号以后，辅助柴油发电机组的保护使其产生了跳闸。

下列保护会引起柴油发电机组自动地跳闸：

(1)超速保护

如果辅助柴油发电机组或者应急柴油发电机组的引擎速度达到额定转速的115％，那么一台超速保护装置便使该发电机组跳闸。

(2)低电压保护(或差动保护)

如果应急柴油发电机组中有一台应急柴油发电机组失效，2列互为冗余的应急柴油发电机组只要满足1列可用，反应堆即能安全停堆；若两台应急柴油发电机组全部失效，SBO柴油发电机组投入运行，为全厂失电事故后低压安注、监测、主控室可居留等供电。

厂内应急电源系统采用两台380V、2.5MW柴油发电机组作为交流应急电源。两台应急柴油发电机组分别经自启动开关连接至安全级低压交流配电盘(即连接在两条一回路低压母线)。

本发明提供的核动力船舶电力系统具有如下优点：

1)简化核级设备的设计复杂程度。本方案采用多级电源(例如汽轮发电机、辅助柴油发电机、应急柴油发电机、SBO柴油发电机)纵深的策略，大大降低电源切换时间以及平和度，使得用电设备的供电质量得到有效保障，进而降低了核级设备的设计建造成本。

2)对于电力系统扰动的耐受性增强，在发生负荷切除或陡增时，可以通过储能装置对整个电力系统的有功功率和无功功率进行快速的调整，以达到系统安全稳定运行的要求。

3)核动力船舶自身作为一个供电电源，为保证自身安全运行而设计的主网架的多级纵深防御策略，可以很好的保证对外输电的连续性和稳定性，能够充分利用核动力船舶电力系统网架结构的设计，使得在对外输电工况时可以灵活的控制外电网潮流运行方式，丰富外电网的运行方式，提高外电网供电可靠性。

4)核动力船舶网架设计采用双母线并列运行，可以有效保证在电源切换时，提高系统的同步性。

5)本发明中核动力船舶电力系统的网架设计可以灵活的控制船内电力系统运行方式，在不同工况下选择开环或闭环的运行方式，使得核动力船舶既可以作为平衡节点，也可以作为PQ节点接入外部电网。

综上所述，本发明充分考虑了对重要核级设备连续供电的要求，采用辅助柴油机组、储能装置，通过AC/DC变换对重要核级设备连续可靠的供电，通过采用多级备用的电源策略，增加了核动力船舶电力系统的稳定性与可靠性，丰富了系统的运行工况，降低了由于辐射状供电网络的电源节点的凝聚度高而带来的风险，使系统配电设计变得简单。

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 (8)

1.一种核动力船舶电力系统，其特征在于，包括：汽轮发电机组、辅助柴油发电机组、应急柴油发电机组、二回路中压母线、一回路中压母线、一回路低压母线；

所述汽轮发电机组通过断路器与汽轮发电机组出口母线电性连接，辅助柴油发电机组通过断路器与辅助柴油发电机组出口母线电性连接，且所述汽轮发电机组出口母线和所述辅助柴油发电机组出口母线均分别通过断路器与所述二回路中压母线电性连接；

所述二回路中压母线通过断路器与所述一回路中压母线电性连接，所述一回路中压母线依次通过断路器、变压器与所述一回路低压母线电性连接；

所述应急柴油发电机组通过自启动开关与所述一回路低压母线电性连接；

所述一回路中压母线和所述一回路低压母线上均电性连接有设定的重要设备。

2.根据权利要求1所述的核动力船舶电力系统，其特征在于，还包括SBO柴油发电机组，所述SBO柴油发电机组的输出端通过断路器与所述一回路低压母线电性连接。

3.根据权利要求1所述的核动力船舶电力系统，其特征在于，当所述汽轮发电机组和/或所述辅助柴油发电机组处于正常运行状态时，所述应急柴油发电机组处于热备用状态。

4.根据权利要求1所述的核动力船舶电力系统，其特征在于，

所述核动力船舶电力系统包含有两台所述汽轮发电机组、至少两台所述辅助柴油发电机组、两台所述应急柴油发电机组、两条所述二回路中压母线、两条所述一回路中压母线、两条所述一回路低压母线；

其中，第一汽轮发电机组的输出端通过断路器与第一条二回路中压母线电性连接，所述第一条二回路中压母线通过断路器与第一条一回路中压母线电性连接，所述第一条一回路中压母线依次通过断路器、变压器与第一条一回路低压母线电性连接；

第二汽轮发电机组的输出端通过断路器与第二条二回路中压母线电性连接，所述第二条二回路中压母线通过断路器与第二条一回路中压母线电性连接，所述第二条一回路中压母线依次通过断路器、变压器与第二条一回路低压母线电性连接；

所述第一条二回路中压母线通过母联开关与所述第二条二回路中压母线电性连接；

所述第一条一回路中压母线通过母联开关与所述第二条一回路中压母线电性连接；

第一辅助柴油发电机组的输出端通过断路器与第一辅助柴油发电机组出口母线电性连接；第二辅助柴油发电机组的输出端通过断路器与第二辅助柴油发电机组出口母线电性连接；所述第一辅助柴油发电机组出口母线通过母联开关与所述第二辅助柴油发电机组出口母线直接电性连接，或者所述第一辅助柴油发电机组出口母线与所述第二辅助柴油发电机组出口母线之间还分别通过母联开关与连接有至少一个辅助柴油发电机组的出口母线电性连接；

所述第一辅助柴油发电机组出口母线还通过断路器与所述第一条二回路中压母线电性连接，所述第二辅助柴油发电机组出口母线还通过断路器与所述第二条二回路中压母线电性连接。

5.根据权利要求4所述的核动力船舶电力系统，其特征在于，所述第一条二回路中压母线和所述第二条二回路中压母线上均分别电性连接有一个岸电接口。

6.根据权利要求4所述的核动力船舶电力系统，其特征在于，还包括：第一变压器、第二变压器、第一开关站以及第二开关站；

所述第一汽轮发电机组的输出端还通过断路器与所述第一变压器的一侧电性连接，所述第一变压器的另一侧通过所述第一开关站接入外电网；

所述第二汽轮发电机组的输出端还通过断路器与所述第二变压器的一侧电性连接，所述第二变压器的另一侧通过所述第二开关站接入外电网。

7.根据权利要求4所述的核动力船舶电力系统，其特征在于，还包括第一AC/DC装置、第二AC/DC装置、第一储能装置、第二储能装置；

所述第一条一回路中压母线通过所述第一AC/DC装置与所述第一储能装置电性连接，所述第一AC/DC装置用于将来自所述第一条一回路中压母线的交流电转化为直流电，并利用转化得到的直流电给所述第一储能装置充电；

所述第一储能装置，用于在所述第一条一回路中压母线失电后，输出直流电至所述第一AC/DC装置；

所述第一AC/DC装置，还用于将来自所述第一储能装置的直流电转化为交流电，并将转化得到的交流电输出至所述第一条一回路中压母线，为所述第一条一回路中压母线上的负荷供电；

所述第二条一回路中压母线通过所述第二AC/DC装置与所述第二储能装置电性连接，所述第二AC/DC装置用于将来自所述第二条一回路中压母线的交流电转化为直流电，并利用转化得到的直流电给所述第二储能装置充电；

所述第二储能装置，用于在所述第二条一回路中压母线失电后，输出直流电至所述第二AC/DC装置；

所述第二AC/DC装置，还用于将来自所述第二储能装置的直流电转化为交流电，并将转化得到的交流电输出至所述第二条一回路中压母线，为所述第二条一回路中压母线上的负荷供电。

8.根据权利要求4所述的核动力船舶电力系统，其特征在于，所述汽轮发电机组与所述辅助柴油发电机组的额定电压均相同。