一次調(diào)頻對(duì)核電廠運(yùn)行影響的簡(jiǎn)要分析

董恩興

摘要：現(xiàn)階段，核電廠運(yùn)行過程中，需根據(jù)電網(wǎng)要求投入核電機(jī)組的一次調(diào)頻功能，合理控制電網(wǎng)的電壓和頻率的波動(dòng)。但由于核電廠本身的特殊性，還應(yīng)在電網(wǎng)頻率、電壓改變時(shí)，重視一次調(diào)頻動(dòng)作后對(duì)核電廠內(nèi)關(guān)鍵系統(tǒng)參數(shù)變化的影響。因此，本文目的是討論一次調(diào)頻對(duì)核電廠運(yùn)行的影響，并對(duì)調(diào)頻后核電廠內(nèi)關(guān)鍵系統(tǒng)的參數(shù)的變化進(jìn)行分析，確保核電廠在參與一次調(diào)頻后的安全。

關(guān)鍵詞：核電廠;一次調(diào)頻;核電機(jī)組

引言：核電廠運(yùn)行過程中，會(huì)存在明顯的放射性安全隱患，所以在核電機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作產(chǎn)生后，應(yīng)通過研究核電廠系統(tǒng)參數(shù)變化，判斷一次調(diào)頻對(duì)核電廠運(yùn)行的影響。從而在核電廠運(yùn)行過程中，科學(xué)應(yīng)用核電機(jī)組調(diào)頻能力，減少核電廠安全事故風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)核電廠的運(yùn)行穩(wěn)定性及安全性能。

一、核電廠安全運(yùn)行的基本要求

其一，合理控制核電廠動(dòng)力機(jī)組內(nèi)反應(yīng)堆熱功率。核電廠運(yùn)行期間，若核電機(jī)組處于持續(xù)運(yùn)行狀態(tài)中，堆芯穩(wěn)態(tài)功率應(yīng)小于2895MW。具體實(shí)現(xiàn)方法為將堆芯熱功率控制在小于102%Pn，同時(shí)在任何一個(gè)運(yùn)行值班的8小時(shí)內(nèi)，堆芯的熱功率平均值不超過100%Pn。堆芯功率水平在102%Pn水平的累計(jì)運(yùn)行事件不超過15分鐘。超過101%Pn的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間不超過30分鐘，超過100.5%Pn的累計(jì)運(yùn)行事件不超過60分鐘。究其原因，在于核電廠安全事故分析中，如果反應(yīng)堆熱功率超出額定值，使得反應(yīng)堆概率安全值降低，安全性能難以保障，甚至造成嚴(yán)重的核事故。

其二，將反應(yīng)堆功率升速率限制在穩(wěn)定范圍內(nèi)。核電廠運(yùn)行中，為避免包殼、燃料芯塊出現(xiàn)相互作用現(xiàn)象，運(yùn)行人員需嚴(yán)格遵守技術(shù)規(guī)范限制來(lái)控制反應(yīng)堆功率變化，以免在反應(yīng)堆超過當(dāng)前功率水平后，功率提升速率變化過快導(dǎo)致反應(yīng)堆內(nèi)包殼、燃料芯塊和包殼間隙變化，產(chǎn)生相互作用，對(duì)燃料包殼造成損傷，甚至導(dǎo)致包殼破裂。除此之外，核電廠一次調(diào)頻動(dòng)作速率要求高，若核電網(wǎng)因調(diào)頻導(dǎo)致堆芯功率產(chǎn)生較大波動(dòng)，將影響核電廠穩(wěn)定、安全運(yùn)行[1]。

二、一次調(diào)頻對(duì)核電廠運(yùn)行影響分析

一次調(diào)頻對(duì)核電廠運(yùn)行的影響，主要是在電網(wǎng)電壓下降或線路故障等問題產(chǎn)生后，核電廠一次調(diào)頻動(dòng)作、核電機(jī)組會(huì)瞬間提高出力，使電網(wǎng)電壓保持在額定水平。但是在一次調(diào)頻動(dòng)作產(chǎn)生后，核電廠內(nèi)蒸汽流量、堆芯功率水平都會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)變化。

（一）電網(wǎng)頻率

一次調(diào)頻后，核電廠電網(wǎng)頻率會(huì)逐漸降低，且核電廠汽機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度同步下降，導(dǎo)致核電廠內(nèi)發(fā)電機(jī)有功功率增加。而發(fā)電機(jī)在一次調(diào)頻瞬間中，有功功率數(shù)值在瞬間增大后，會(huì)超出核電廠汽機(jī)負(fù)荷范圍，使得汽機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將調(diào)門關(guān)小，之后，發(fā)電機(jī)功率會(huì)迅速降低。由于電網(wǎng)容量較大，核電機(jī)組在并網(wǎng)狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)因汽機(jī)調(diào)節(jié)而功率迅速降低后，汽機(jī)頻率、發(fā)電機(jī)電壓將同時(shí)小于初始值。汽機(jī)轉(zhuǎn)速、電網(wǎng)頻率降低后，一次調(diào)頻動(dòng)作會(huì)增加核電機(jī)組負(fù)荷，其所增加的機(jī)組負(fù)荷由汽機(jī)調(diào)差系數(shù)決定。該系數(shù)是在核電機(jī)組運(yùn)行過程中，根據(jù)核電網(wǎng)基本要求確定。汽機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心作用，就在于電網(wǎng)頻率改變后，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)功率、補(bǔ)償電網(wǎng)所需功率，使核電網(wǎng)處于穩(wěn)定狀態(tài)[2]。

（二）蒸汽流量

一次調(diào)頻對(duì)核電廠的影響，同樣體現(xiàn)在蒸汽流量中。具體來(lái)說(shuō)，一次調(diào)頻動(dòng)作產(chǎn)生后，汽機(jī)負(fù)荷隨著增加、核電機(jī)組內(nèi)部蒸汽流量在汽機(jī)調(diào)門變大后增加，最終會(huì)導(dǎo)致核電廠蒸汽系統(tǒng)出現(xiàn)較多參數(shù)變化。第一，蒸汽流量增加后，核電廠蒸汽發(fā)生器在給水流量與蒸汽流量變化匹配度降低，導(dǎo)致蒸發(fā)器本身水位降低。直到蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)，利用主給水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)功能將蒸發(fā)器給水調(diào)整在正常范圍值數(shù)內(nèi)，才能使蒸汽流量恢復(fù)穩(wěn)定。

第二，蒸汽流量值數(shù)變大后，二回路所帶走的熱量變多，會(huì)造成核電廠內(nèi)主冷卻劑系統(tǒng)溫度降低。而在實(shí)測(cè)平均溫度與參考平均溫度差大于溫度控制棒組動(dòng)作定值后，R棒提升并引入正反應(yīng)性，堆芯功率提升。如果一二回路負(fù)荷不匹配，核功率變化則很可能會(huì)觸發(fā)反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作[3]。

第三，基于熱脹冷縮原理，反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)內(nèi)部溫度變化，會(huì)改變機(jī)組穩(wěn)壓器的壓力、水位，使得穩(wěn)壓器內(nèi)部溫度、壓力產(chǎn)生波動(dòng)。但在穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用下，上充流量會(huì)增加、電加熱器功率也會(huì)隨之增加，直到各項(xiàng)指標(biāo)恢復(fù)到正常設(shè)定值范圍中。

（三）機(jī)組整體

一次調(diào)頻對(duì)核電廠運(yùn)行的影響，主要集中在核電機(jī)組安全方面。一方面，一次調(diào)頻后，電網(wǎng)電壓頻率下降，核電廠內(nèi)主冷卻泵流量、轉(zhuǎn)速降低。若電網(wǎng)頻率下降范圍大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，核電機(jī)組可能會(huì)甩廠用電，并進(jìn)入“孤島運(yùn)行狀態(tài)”。另一方面，一次調(diào)頻在設(shè)置死區(qū)時(shí)，要求技術(shù)人員嚴(yán)格控制死區(qū)大小，若死區(qū)設(shè)置較小，會(huì)導(dǎo)致核反應(yīng)堆安全性難以保障。比如一次調(diào)頻死區(qū)較小時(shí)，其功率會(huì)頻繁波動(dòng)，并且在汽輪機(jī)、反應(yīng)堆功率同步波動(dòng)時(shí)，反應(yīng)堆堆芯會(huì)因控制棒的頻繁動(dòng)作，而出現(xiàn)堆芯分布畸變現(xiàn)象，在堆芯局部區(qū)域因畸變形成熱點(diǎn)，導(dǎo)致局部過熱將直接超過燃燒棒功率，使得堆芯局部產(chǎn)生泡核沸騰情況。該情況產(chǎn)生后，核電廠會(huì)存在包殼、燃料損壞風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)誘發(fā)核事故。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)核電機(jī)組正在陸續(xù)建設(shè)中，且核電機(jī)組的數(shù)量和、發(fā)電量占比也隨之增加。與此同時(shí)，核電廠調(diào)峰任務(wù)也愈發(fā)嚴(yán)峻，需憑借核電機(jī)組本身的抗干擾、一次調(diào)頻作用，合理控制電網(wǎng)頻率變化。同時(shí)由于一次調(diào)頻動(dòng)作后，機(jī)組各系統(tǒng)參數(shù)也會(huì)產(chǎn)生變化，存在安全事故風(fēng)險(xiǎn)。為此，核電廠還需科學(xué)地制定一次調(diào)頻死區(qū)，以優(yōu)化核電機(jī)組一次調(diào)頻功能，規(guī)范其調(diào)頻流程，以保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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[2]楊東升，溫慶邦.某核電廠一次調(diào)頻功能優(yōu)化及試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)分析[J].電工技術(shù)，2019（15）：66-67.

[3]方朝雄，李旭東，林章歲等.核電機(jī)組對(duì)電力系統(tǒng)一次調(diào)頻性能影響仿真分析[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2019（5）：55-60.