大型壓水堆核電站接入電網(wǎng)的理論和技術(shù)解析

任校江

中圖分類(lèi)號(hào)：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)：A 文章編號(hào)：1674-1145（2020）05-131-01

摘 要 核電入網(wǎng)后一般在滿載狀態(tài)下運(yùn)行，以期達(dá)到最大的生產(chǎn)效率，但當(dāng)裝機(jī)容量占電網(wǎng)比例達(dá)到一定程度后，核電入網(wǎng)即可能對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定造成負(fù)面影響。為此本文分析大型壓水堆核電站接入電網(wǎng)的理論和技術(shù)，嚴(yán)格監(jiān)控核電站入網(wǎng)后的運(yùn)行狀態(tài)，為相關(guān)研究的開(kāi)展提供理論參考。

關(guān)鍵詞 壓水堆核電站 接入電網(wǎng) 裝機(jī)容量占比

近年來(lái)，能源緊缺形勢(shì)日益嚴(yán)峻，能源結(jié)構(gòu)多元化調(diào)整成為穩(wěn)定能源供應(yīng)狀態(tài)的重要途徑。核能因其受外部環(huán)境影響程度低、生產(chǎn)效率高、無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)，在電網(wǎng)中的占比逐漸提高。相較于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)核電領(lǐng)域還存在較大的發(fā)展空間，有必要對(duì)其入網(wǎng)理論及技術(shù)進(jìn)行分析。

一、大型壓水堆核電站入網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響

（一）潮流分布及短路電流

大型壓水堆核電站入網(wǎng)后，核電站本身負(fù)責(zé)電能的輸出，同時(shí)也以電網(wǎng)作為能源獲取渠道，該關(guān)系使得核電站與電網(wǎng)之間相互依賴，并對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行暫態(tài)造成一定影響。在潮流分布及短路電流方面，核電機(jī)組入網(wǎng)后電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行階段，其對(duì)潮流分布及短路電流的影響與同等裝機(jī)容量水平下的火電機(jī)組和水電機(jī)組大致相同，在此不做過(guò)多闡述。

（二）機(jī)組甩負(fù)荷

核電站發(fā)生運(yùn)行故障后，其運(yùn)行動(dòng)態(tài)會(huì)發(fā)生明顯變化，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)反應(yīng)堆急停的現(xiàn)象。而電網(wǎng)故障是促使反應(yīng)堆急停的一大原因之一，若電網(wǎng)與核電機(jī)組間的運(yùn)行發(fā)生錯(cuò)位或?qū)嶋H電壓、功率波動(dòng)超出合理范圍，則可能導(dǎo)致反應(yīng)堆急停。

例如，有實(shí)驗(yàn)研究核電站入網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行5s后主變壓器高壓側(cè)突然中斷時(shí)，核電機(jī)組與電網(wǎng)之間的動(dòng)態(tài)響應(yīng)關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，核電機(jī)組在帶負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，汽輪機(jī)負(fù)荷驟降至5%時(shí)，汽輪機(jī)旁路開(kāi)啟，調(diào)節(jié)系統(tǒng)將反應(yīng)堆功率穩(wěn)定在30%左右，并由旁路負(fù)責(zé)補(bǔ)償剩余功率。核電機(jī)組維持該運(yùn)行狀態(tài)至24h左右需重新并網(wǎng)，或依照有關(guān)技術(shù)要求調(diào)節(jié)至備用狀態(tài)。核電站入網(wǎng)后的電網(wǎng)多配置柴油發(fā)電機(jī)組，以保證輔助電源失效后系統(tǒng)穩(wěn)定供能，為提高電網(wǎng)故障過(guò)程中的自我恢復(fù)能力，建議為核電站入網(wǎng)電網(wǎng)配備足夠的可調(diào)無(wú)功電源。

（三）系統(tǒng)故障特點(diǎn)

若電網(wǎng)發(fā)生運(yùn)行故障，其與核電機(jī)組之間將產(chǎn)生相互作用。例如當(dāng)核電機(jī)組的輸出線路發(fā)生故障后，機(jī)組實(shí)時(shí)電壓、功率均會(huì)出現(xiàn)一定程度的波動(dòng)，其很快即可自行恢復(fù)。該波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)主汽門(mén)的開(kāi)啟程度降低，發(fā)生器出口處的蒸汽壓力及冷卻劑的溫度發(fā)生小幅度變動(dòng)，在60s以內(nèi)均可自行恢復(fù)?？梢耘袛嗪穗姀S內(nèi)反應(yīng)堆及相關(guān)動(dòng)力設(shè)備的響應(yīng)速度較低，若能在故障發(fā)生后及時(shí)將其排除，可最小化故障對(duì)電廠運(yùn)行穩(wěn)定的影響。

總結(jié)來(lái)講，大型壓水堆核電站接入電網(wǎng)后的系統(tǒng)故障表現(xiàn)出如下特點(diǎn)：第一，電網(wǎng)突發(fā)故障后，核電站機(jī)端電壓、功率及母線頻率均會(huì)發(fā)生明顯波動(dòng)，當(dāng)故障被切除后，可恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)電網(wǎng)對(duì)核電站的影響程度非常有限。第二，電網(wǎng)故障與核電機(jī)組間的影響關(guān)系與擾動(dòng)位置、時(shí)間、強(qiáng)度等因素有關(guān)，同時(shí)也與機(jī)組運(yùn)行參數(shù)相關(guān)。故障發(fā)生后，三相短路故障對(duì)核電站運(yùn)行穩(wěn)定程度的影響最大。第三，當(dāng)電網(wǎng)裝機(jī)容量較高時(shí)，調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)一臺(tái)或多臺(tái)大容量機(jī)組對(duì)核電站運(yùn)行狀態(tài)的影響非常有限。

二、大型壓水堆核電站接入電網(wǎng)的意見(jiàn)分析

（一）對(duì)電網(wǎng)影響問(wèn)題的解決

核電站入網(wǎng)后其潮流與火電及水電機(jī)組相類(lèi)似，因此在消除潮流對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定的影響時(shí)，可參考火電機(jī)組進(jìn)行。核電站入網(wǎng)后，電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償會(huì)受到顯著影響，為確保電網(wǎng)運(yùn)行安全，可在入網(wǎng)過(guò)程中增設(shè)無(wú)功靜止補(bǔ)償裝置，以提高系統(tǒng)對(duì)電壓變化的靈敏度，在沖擊風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生時(shí)，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整以穩(wěn)定母線電壓。此外，大型壓水堆核電站入網(wǎng)后會(huì)改變?cè)械碾娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)，若單機(jī)容量較高，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)頻率下降，進(jìn)而在外部干擾的作用下產(chǎn)生振蕩，影響相關(guān)設(shè)備的使用壽命[1]。因此在核電站入網(wǎng)過(guò)程中，需重點(diǎn)分析軸系扭振特性，對(duì)同步振蕩問(wèn)題進(jìn)行預(yù)防。

（二）提高核電站入網(wǎng)規(guī)范性

核電站在規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、安裝調(diào)試等階段，均需嚴(yán)格依照有關(guān)安全管理要求規(guī)范化進(jìn)行，確保接入電網(wǎng)的核電站有足夠的靈活性，同時(shí)對(duì)入網(wǎng)后電網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷、調(diào)峰調(diào)頻等做實(shí)時(shí)監(jiān)督，以及時(shí)調(diào)整核電站的運(yùn)行參數(shù)。

（三）優(yōu)化選取核電運(yùn)行方式

核電站入網(wǎng)后運(yùn)行方式的選擇需滿足國(guó)家相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，且要求運(yùn)行方式與核電站自身特點(diǎn)相適應(yīng)。結(jié)合電網(wǎng)潮流分配、短路電流、無(wú)功功率配置等，設(shè)計(jì)最佳的核電入網(wǎng)方案。在運(yùn)行階段，應(yīng)逐步完善電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化方案，盡可能降低核電站對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的干擾。同時(shí)加強(qiáng)核電站運(yùn)維檢修工作，確保其安全運(yùn)行。

三、結(jié)語(yǔ)

核電站入網(wǎng)成為電網(wǎng)發(fā)展建設(shè)的重要趨勢(shì)，在入網(wǎng)之前，需重點(diǎn)關(guān)注核電站與電網(wǎng)之間的相互影響關(guān)系，制定最佳的入網(wǎng)方案，并通過(guò)后期嚴(yán)格的運(yùn)行管理及系統(tǒng)維護(hù)，提高核電運(yùn)行穩(wěn)定性，以最大化核電入網(wǎng)綜合效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐倩，沈旭，姚興武，等.地區(qū)電網(wǎng)清潔能源發(fā)電接納能力分析研究[J].電工技術(shù)，2019（22）：143-144.