一次調(diào)頻對(duì)核電廠運(yùn)行影響的簡要分析

摘 要：近年來核電運(yùn)行及在建機(jī)組逐漸增多，同時(shí)因經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，用電量增長放緩，電網(wǎng)要求核電大容量機(jī)組參與調(diào)頻調(diào)峰；同時(shí)華東電網(wǎng)通過特高壓直流吸納西南水電越來越多，2015年已發(fā)生數(shù)起因特高壓直流誤跳引起華東電網(wǎng)波動(dòng)的事件；而核電由于其潛在的放射性危害，必須時(shí)刻將核安全放在首位，當(dāng)電網(wǎng)因事故導(dǎo)致電壓、頻率發(fā)生波動(dòng)時(shí)，核電站各主要參數(shù)特別是核安全相關(guān)參數(shù)必須限制在允許范圍內(nèi)，因此有必要對(duì)核電機(jī)組在一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)重要系統(tǒng)的響應(yīng)及參數(shù)變化進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：一次調(diào)頻；核電廠；運(yùn)行；影響

1 一次調(diào)頻動(dòng)作對(duì)核電機(jī)組的影響

當(dāng)電網(wǎng)供電側(cè)發(fā)生事故，如特高壓直流線路跳閘，在事故發(fā)生的瞬態(tài)，電網(wǎng)電壓、頻率下降，為維持電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，供電側(cè)各電廠一次調(diào)頻動(dòng)作，機(jī)組增加出力，彌補(bǔ)跳閘線路的缺額，最終使電網(wǎng)電壓頻率穩(wěn)定在額定運(yùn)行水平。在這一短暫的瞬態(tài)過程中，核電廠各主要系統(tǒng)的響應(yīng)如下：

（1）電網(wǎng)頻率突降，而汽機(jī)轉(zhuǎn)速在瞬態(tài)開始時(shí)未下降，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)功角δ變大，有功功率P開始上升（P=EUsinδ/Xd）。

（2）發(fā)電機(jī)有功功率在事故瞬態(tài)時(shí)突然增加，超出汽機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)定的負(fù)荷目標(biāo)值，調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)作使汽機(jī)調(diào)門開始關(guān)小，發(fā)電機(jī)功率迅速下降。

（3）因電網(wǎng)容量非常大，機(jī)組在并網(wǎng)情況下發(fā)電機(jī)電壓、頻率很快下降到與電網(wǎng)一致（視事故大小及電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力而定），汽機(jī)轉(zhuǎn)速隨電網(wǎng)頻率下降而降低，汽機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)速設(shè)定值，機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作，在頻差（δf）作用下，機(jī)組負(fù)荷開始增加，增加的負(fù)荷為Kδf（K值為調(diào)差系數(shù)，它根據(jù)每臺(tái)機(jī)組的實(shí)際情況以及電網(wǎng)要求來確定， K△f的作用就是在電網(wǎng)頻率發(fā)生變化時(shí)，為穩(wěn)定電網(wǎng)回到50Hz而做補(bǔ)償或者稱為貢獻(xiàn)）。

（4）在電網(wǎng)頻率恢復(fù)到額定水平（50Hz）且未進(jìn)入機(jī)組頻差動(dòng)作死區(qū)前，Kδf會(huì)持續(xù)作用，機(jī)組負(fù)荷維持在一個(gè)較高的水平上，直至電網(wǎng)頻率、汽機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)到額定水平。

（5）由于汽機(jī)負(fù)荷增加，汽機(jī)調(diào)門開大，機(jī)組蒸汽流量增加，從而引起NSSS（核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)）一系列參數(shù)變化及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)：

a.蒸汽流量增加，蒸發(fā)器給水與蒸汽流量不匹配，蒸發(fā)器水位下降，在蒸發(fā)器水位控制系統(tǒng)及主給水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)共同作用下逐漸恢復(fù)到正常值。

b.蒸汽流量增加，二回路從一回路帶走的熱量增加，引起主冷卻劑系統(tǒng)平均溫度下降，當(dāng)實(shí)際平均溫度與參考平均溫度之差大于R棒動(dòng)作值時(shí)，R棒提升，一回路引入正反應(yīng)性，核功率上升，最終與二回路負(fù)荷相匹配，如果在瞬態(tài)之前一回路在滿功率水平，則核功率增加可能觸發(fā)反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作。

c.由于熱脹冷縮，主冷卻劑系統(tǒng)平均溫度的變化會(huì)引起穩(wěn)壓器水位及壓力的變化，穩(wěn)壓器水位在平均溫度下降時(shí)下降，在活塞效應(yīng)下，穩(wěn)壓器壓力下降，穩(wěn)壓器水位及壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)作，上充流量增加，穩(wěn)壓器電加熱器功率增大，正常情況下，水位及壓力能恢復(fù)到額定值。

d.由于電網(wǎng)電壓、頻率下降，廠用電電壓及頻率相應(yīng)降低，主冷卻劑泵轉(zhuǎn)速下降，引起主冷卻劑系統(tǒng)流量降低，如果電網(wǎng)頻率下降過多，可能導(dǎo)致主冷卻劑泵轉(zhuǎn)速低與P7相與動(dòng)作，導(dǎo)致機(jī)組進(jìn)入孤島運(yùn)行。

M310機(jī)組運(yùn)行技術(shù)規(guī)范[1]要求，在機(jī)組連續(xù)運(yùn)行期間，堆芯穩(wěn)態(tài)熱功率不超過100%FP，禁止堆芯熱功率超過102%Pn，在一次調(diào)頻動(dòng)作的瞬態(tài)期間，如果機(jī)組在100%FP運(yùn)行，則機(jī)組一次調(diào)頻能力不應(yīng)超過2%Pn，否則將超出運(yùn)行技術(shù)規(guī)范要求。

2 方家山百萬機(jī)組在電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)主要系統(tǒng)的響應(yīng)

方家山兩臺(tái)機(jī)組是額定功率1089MWe的百萬千瓦級(jí)M310壓水堆核電機(jī)組，汽機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用ALSTOM公司的P320 TGC控制系統(tǒng)[2]，2015年7月13日及2015年9月19日，兩次由于西南水電至華東電網(wǎng)特高壓直流跳閘，機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作，引起機(jī)組瞬態(tài)。以方家山2#機(jī)組為例，機(jī)組主要調(diào)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)如下：

（1）2015年7月13日19：38分，由于外電網(wǎng)故障，500KV電網(wǎng)電壓由514.8KV突降至512.2KV，2#機(jī)組發(fā)電機(jī)頻率由49.94突降至49.78HZ，發(fā)電機(jī)功率由1059MWe突升至1074MWe左右，立即手動(dòng)降功率至1040MWe，后又自動(dòng)突升至1057MWe，手動(dòng)降功率至1040MWe，后由于一次調(diào)頻頻繁動(dòng)作，手動(dòng)繼續(xù)降低發(fā)電機(jī)功率，最低降至940MWe，電網(wǎng)及機(jī)組穩(wěn)定后，于20：54分重新升至1059MWe，在瞬態(tài)過程中，KδF值最高至32.6MWe，核功率最高至2912MWt，調(diào)門開度由52%最高開至64.6%，R棒提升兩步，穩(wěn)壓器壓力波動(dòng)最大0.4MPa，蒸發(fā)器水位最大波動(dòng)0.15m。

在機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作后，對(duì)機(jī)組負(fù)荷有較大擾動(dòng)，不利于機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，后對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻邏輯進(jìn)行了優(yōu)化，當(dāng)核功率大于96%后，閉鎖正向調(diào)節(jié)功能。

（2）2015.9.19日21：58：01，2#機(jī)組KIC發(fā)“2KKO002KA機(jī)組故障錄波器啟動(dòng)”、“2RGL021KA1功率偏差”、“2GRE359KA網(wǎng)頻擾動(dòng)——出現(xiàn)”報(bào)警，機(jī)組功率下降至1036MW，頻率最低下降至49.54Hz，汽機(jī)轉(zhuǎn)速最低1490rpm，汽機(jī)MW回路及頻率死區(qū)均退出，檢查各調(diào)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)正常，電網(wǎng)告知系統(tǒng)穩(wěn)定后，投入2GRE400SY及2KCO100SY，升功率至1052MW。在瞬態(tài)過程中，調(diào)門最大開至52.39%，相比7月13日，一次調(diào)頻邏輯優(yōu)化后，機(jī)組重要系統(tǒng)擾動(dòng)明顯變小。

在對(duì)一次調(diào)頻進(jìn)行優(yōu)化后，閉鎖了機(jī)組正向調(diào)節(jié)功能，因此機(jī)組功率波動(dòng)較小。

3 結(jié)束語

隨著核電機(jī)組裝機(jī)容量越來越大，核電將承擔(dān)越來越多的調(diào)峰任務(wù)；同時(shí)由于國家宏觀經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整，用電需求增速變緩，水電、風(fēng)電的發(fā)展及西電東送等因素影響，華東電網(wǎng)供需矛盾日益突出，電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)核電機(jī)組影響可能會(huì)越來越頻繁，通過對(duì)方家山2#機(jī)組的實(shí)例分析可見，核電機(jī)組具備一定的調(diào)頻及抗電網(wǎng)擾動(dòng)能力，當(dāng)電網(wǎng)頻率在較小范圍波動(dòng)時(shí)，機(jī)組各重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)能及時(shí)正確的響應(yīng)；同時(shí)從核安全角度考慮，應(yīng)對(duì)核電機(jī)組的一次調(diào)頻能力進(jìn)行限制，避免超出運(yùn)行技術(shù)規(guī)范的要求，從而保證核安全。

參考文獻(xiàn)

[1]中核核電運(yùn)行管理有限公司.方家山核電廠運(yùn)行技術(shù)規(guī)范D版[S].2015-1-14.

[2]中核核電運(yùn)行管理有限公司.一廠方家山1、2號(hào)機(jī)組高級(jí)運(yùn)行培訓(xùn)教材[Z].2013-4.