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電網(wǎng)瞬態(tài)對(duì)壓水堆機(jī)組運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)分析

文檔作者：丁衛(wèi)東，鄭建鋒2 文檔來(lái)源： 1.核動(dòng)力運(yùn)行研究所 2.山東核電有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2023年03月23日
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Nuclear Power Safety
核電安全
電網(wǎng)瞬態(tài)對(duì)壓水堆機(jī)組
運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)分析
丁衛(wèi)東，鄭建鋒2
(1.核動(dòng)力運(yùn)行研究所，湖北武漢430223；2.山東核電有限公司，山東海陽(yáng)265116)
摘要：文章分析了電網(wǎng)瞬態(tài)對(duì)壓水堆機(jī)組運(yùn)行潛在的不利影響，并提出了相應(yīng)的預(yù)案，目的是為了
使反應(yīng)堆操縱員能對(duì)電網(wǎng)瞬態(tài)及時(shí)做出正確的響應(yīng)，并且為操縱員提供足夠的操作指導(dǎo)，保守地監(jiān)
控壓水堆機(jī)組運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：電網(wǎng)瞬態(tài)；壓水堆機(jī)組；處理預(yù)案
中圖分類(lèi)號(hào)：TM623文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1674-1617(2013)03-0268-07
Analysis for the Risk of Grid Transients on PWR Nuclear
Power Plant Operation
DING Wei-dong', ZHENG Jian-feng'
(1. Research Institute of Nuclear Power Operation, Wuhan of Hubei Prov.
430223, China; 2. Shandong Nuclear Power Co., Ltd., Haiyang of
Shandong Prov. 265116, China)
Abstract: An analysis for the potential adverse effects of grid transients on PWR nuclear power
plant operation is performed,and the treatment plan is put forward in this paper,with an
aim to ensure the operators to respond timely and correctly to the grid transients. Sufficient
operation directions are also provided for the operators to conservatively monitor the operation of
PWR nuclear power plant.
Key words: grid transients; PWR nuclear power plant; treatment plan
CLC number: TM623 Article character: A Article ID: 1674-1617(2013)03-0268-07
由于各種復(fù)雜的原因，操縱員的遲疑或誤判
電能的同時(shí)，本身也會(huì)受到電網(wǎng)工況的影響。電
斷可能會(huì)導(dǎo)致核電廠的重大損失，例如三哩島核
網(wǎng)發(fā)生瞬態(tài)時(shí)，核電機(jī)組除了面臨常規(guī)電廠所遇
事故和切爾諾貝利核事故就是這種情況。在極為
到的諸如汽輪發(fā)電機(jī)應(yīng)力等問(wèn)題外，還要面對(duì)核
復(fù)雜和緊張的時(shí)刻，操縱員的冷靜而正確的判斷
安全與運(yùn)行操作上的問(wèn)題。文章主要闡述電網(wǎng)發(fā)
和對(duì)機(jī)組的有效控制是至關(guān)重要的。
生瞬態(tài)時(shí)壓水堆機(jī)組運(yùn)行的特點(diǎn)、不利因素和運(yùn)
核電機(jī)組與其他發(fā)電機(jī)組一樣，向電網(wǎng)提供
行策略。
售日期：2013-03-21
看介：丁衛(wèi)東(1968-)，男，江西萍鄉(xiāng)人，高級(jí)工程師，工學(xué)碩士，從事核電廠操縱人員執(zhí)照考核試題編制和研究，
268
中國(guó)核電
CHINA NUCLEAR POWER
第6卷第3期2013年9月
核電安全
1反應(yīng)堆的運(yùn)行特點(diǎn)
增大，使p將變?yōu)樨?fù)值，P將下降。
反應(yīng)堆是通過(guò)核燃料中的可裂變核素發(fā)生
6)t→∞時(shí)，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)，P1=P2,但此
裂變反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生能量的，由于每次裂變反應(yīng)所放
時(shí)T低于原來(lái)數(shù)值。
出的能量都約為200MeV,所以反應(yīng)堆的功率P
由以上分析可知，二回路功率P(汽輪機(jī)
(堆功率)取決于單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生裂變反應(yīng)的次
加上旁路排放等的負(fù)荷)的變化，會(huì)影響到反
數(shù)，而反應(yīng)次數(shù)又正比于核燃料內(nèi)的可裂變核素
應(yīng)性，從而引起一回路功率P1(反應(yīng)堆功率)
濃度N和中子通量的乘積，即：
的變化。
借助反應(yīng)堆自穩(wěn)性可以使一回路功率等于二
P∝N1·
回路功率，但不能保證使一回路平均溫度等于控
其中，可裂變核素濃度N在核燃料出廠時(shí)已
制方案中的平均溫度整定值，因此還需要設(shè)置其
確定，隨著運(yùn)行時(shí)間的推移而逐漸降低，但下降
他調(diào)節(jié)反應(yīng)性的手段。
速度緩慢，在運(yùn)行瞬變中可以不考慮其影響；實(shí)
核電廠壓水堆在堆芯裝載時(shí)就具有很大的過(guò)
際上我們通過(guò)控制反應(yīng)堆的中子通量來(lái)控制堆
剩正反應(yīng)性，運(yùn)行中用以控制反應(yīng)性的手段一般
功率P。
有控制棒、可溶硼、可燃毒物等，它們都是強(qiáng)中
影響中子通量的因素很多，我們用有效增殖
子吸收體，向堆芯引人反應(yīng)性。此外核燃料的多
系數(shù)K和反應(yīng)性p來(lái)表征諸多因素對(duì)中子通量的
普勒效應(yīng)、慢化劑溫度效應(yīng)、空泡效應(yīng)、毒物濃
綜合影響效果：
度等因素對(duì)反應(yīng)性的影響也很大。
當(dāng)K<1(p<0)時(shí)，說(shuō)明反應(yīng)堆處于次臨
界，和P都在下降；
2核安全對(duì)機(jī)組運(yùn)行控制的限制
當(dāng)K=1(p=0)時(shí)，說(shuō)明反應(yīng)堆處于臨
如前所述，保證核安全是核電廠進(jìn)行一切生
界，和P維持不變；
產(chǎn)運(yùn)行活動(dòng)的前提，為此制定了經(jīng)國(guó)家核安全局
當(dāng)K>1(p>0)時(shí)，說(shuō)明反應(yīng)堆處于超臨
批準(zhǔn)的技術(shù)規(guī)范，規(guī)定了核電機(jī)組正常運(yùn)行期間
界，和P都在上升。
必須采用的技術(shù)規(guī)則。嚴(yán)格遵守技術(shù)規(guī)范能保證
如要增加堆功率時(shí)需引入正反應(yīng)性，反之
在發(fā)生故障或事故時(shí)那些安全重要系統(tǒng)的正確運(yùn)
需引人負(fù)反應(yīng)性，穩(wěn)定堆功率時(shí)則需使反應(yīng)性
行，將事故后果限制在可以接受的范圍內(nèi)。我們
為零。
所討論的電網(wǎng)瞬態(tài)是在必須遵守技術(shù)規(guī)范的前提
反應(yīng)堆功率的變化實(shí)際上是通過(guò)反應(yīng)性的變
下展開(kāi)的。
化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在不進(jìn)行任何其他調(diào)節(jié)的情況下，
為了避免放射性物質(zhì)對(duì)環(huán)境的失控排放，在
二回路功率升高時(shí)，堆芯反應(yīng)性如何使一回路功
設(shè)計(jì)上使用了三道獨(dú)立的實(shí)體屏障來(lái)包容這些放
率升高。
射性物質(zhì)，可以說(shuō)核電廠所設(shè)置的安全設(shè)施都是
1)t=0時(shí)：P10=P20, Tavg-Tavgo, p=0。
為了保障這三道屏障的完整性。核燃料包殼就是
2)t=0+△t時(shí)：P1=P2,T將逐漸下降，這
其中的第一道屏障，它是一層厚度僅為0.57mm
是因?yàn)榉磻?yīng)堆產(chǎn)生的功率小于需求功率，差額表
的鋯-4合金，其完整性取決于多種因素，如熱應(yīng)
現(xiàn)為攝取一回路熱量。因?yàn)橹骼鋮s劑對(duì)反應(yīng)性
力、包殼與燃料元件之間的相互作用、溫度、疲
的溫度系數(shù)是負(fù)的，T降低時(shí)導(dǎo)致反應(yīng)堆超臨
勞損傷等。
界，使P上升。
包殼保護(hù)的最終目標(biāo)是防止其燒毀，即防止
3)t=t1時(shí)：多普勒效應(yīng)產(chǎn)生負(fù)反應(yīng)性，抵消
包殼溫度超過(guò)1204℃。但是，包殼溫度無(wú)法測(cè)
慢化劑的溫度效應(yīng)，總反應(yīng)性將下降。
量，所以必須轉(zhuǎn)而尋找包殼燒毀的原因。研究表
4)t=t時(shí)：由于P增加，使T將回升。
明，下列情況下包殼就要燒毀：
5)t=t時(shí)：P1的數(shù)值超過(guò)P的新值，反應(yīng)性
1)燃料芯部溫度達(dá)到熔點(diǎn)2800℃。
p趨于零。由于多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的負(fù)反應(yīng)性繼續(xù)
2)包殼表面出現(xiàn)沸騰危機(jī)(DNB)現(xiàn)象。
269
Nuclear Power Safety
核電安全
由于上述參數(shù)不可測(cè)量，但可通過(guò)有關(guān)參數(shù)
運(yùn)行規(guī)程沒(méi)有覆蓋的電力系統(tǒng)初始瞬態(tài)有：
計(jì)算后給出超溫△T和超功率△P來(lái)表征。這些參
電網(wǎng)頻率下降或上升，電網(wǎng)自動(dòng)重合閘動(dòng)作成
數(shù)有堆芯進(jìn)出口溫差、熱慣性、主泵轉(zhuǎn)速、中子功
功，自動(dòng)重合閘不成功并造成電網(wǎng)解列，電網(wǎng)低
率軸向偏差、穩(wěn)壓器壓力等。這兩個(gè)保護(hù)是極其
電壓故障等瞬態(tài)。
重要的，它是針對(duì)第一、第二道屏障而設(shè)置的。
文章著重分析運(yùn)行規(guī)程沒(méi)有覆蓋的電力系
統(tǒng)瞬態(tài)對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響，為操縱員提供簡(jiǎn)單明
3研究的參考機(jī)組
了、切實(shí)可行的操作預(yù)案，從而盡量避免忙中出
本文以壓水堆(PWR)M310機(jī)組為例，分
錯(cuò)，減少人因失誤。
析電網(wǎng)瞬態(tài)對(duì)壓水堆機(jī)組運(yùn)行的影響。反應(yīng)堆控
制系統(tǒng)采用G模式，其特點(diǎn)是設(shè)有溫度調(diào)節(jié)棒組
5電網(wǎng)頻率下降或上升
(R棒組)和功率補(bǔ)償棒組(G棒組)，通過(guò)調(diào)節(jié)
電網(wǎng)頻率下降是由于電網(wǎng)內(nèi)部分電廠解列造
R棒組、調(diào)節(jié)G棒組和調(diào)節(jié)硼濃度來(lái)協(xié)調(diào)控制反應(yīng)
成電網(wǎng)內(nèi)其他動(dòng)力設(shè)備負(fù)荷增加，在各機(jī)組出力
性，使電站具有快速跟蹤負(fù)荷變化的能力。
增加后仍然不能滿(mǎn)足電網(wǎng)負(fù)荷的需要時(shí)，頻率就
會(huì)下降。正常情況下調(diào)度會(huì)根據(jù)當(dāng)時(shí)的頻率決定
4電網(wǎng)瞬態(tài)
甩掉一些負(fù)荷以恢復(fù)電網(wǎng)頻率，但不排除頻率不
電力系統(tǒng)瞬態(tài)是指電力系統(tǒng)受到大的擾動(dòng)
能很快恢復(fù)的可能。
時(shí)，表征系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的各種電磁參數(shù)都要發(fā)生
5.1電網(wǎng)頻率下降瞬態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)分析
急劇變化。引起電力系統(tǒng)的擾動(dòng)的原因主要有下
電網(wǎng)頻率下降時(shí)，導(dǎo)致主泵轉(zhuǎn)速下降，一回
列幾種：
路流量下降。
1)負(fù)荷的突然變化，如投入或切除大容量
在一回路流量逐漸下降期間，在這個(gè)瞬態(tài)
的用戶(hù)等；
工況的最初時(shí)刻，由燃料傳送到冷卻劑的熱量、
2)切除或投入系統(tǒng)的主要元件，如發(fā)電
一回路壓力和堆芯入口水溫變化不大。結(jié)果，堆
機(jī)、變壓器及線路等；
芯的人口和出口水的焓差與堆芯冷卻劑流量成反
3)發(fā)生短路故障。
比變化，因?yàn)檎羝可仙?，并且流量下降。?
本文研究的電網(wǎng)瞬態(tài)的選取：有的電力系統(tǒng)
而臨界熱流密度下降。出現(xiàn)膜態(tài)沸騰的概率增大
的擾動(dòng)可能會(huì)觸發(fā)自動(dòng)停機(jī)停堆或?qū)е聶C(jī)組孤島
(燒毀比下降)。于是，就可能出現(xiàn)燃料元件包
運(yùn)行，反應(yīng)堆操縱員就會(huì)根據(jù)運(yùn)行規(guī)程作出迅速
殼破裂事故，并導(dǎo)致放射性產(chǎn)物釋放到一回路冷
反應(yīng)，糾正工況偏離，并采取必要的行動(dòng)來(lái)避免
卻劑中。
或減輕可能產(chǎn)生的后果。有的電力系統(tǒng)的短暫擾
在一回路流量降低速度很快的情況下，在堆
動(dòng)可能不會(huì)立即觸發(fā)自動(dòng)停機(jī)停堆，則故障的正
芯所有最熱的通道將出現(xiàn)沸騰，并引起壓頭損失
確判斷和機(jī)組的控制就顯得尤為重要，否則，有
增大，從而導(dǎo)致通過(guò)堆芯的流量下降速度更快。
可能使機(jī)組偏離技術(shù)要求，進(jìn)而可能導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)
此外，在這些工況下，一回路壓力將迅速上升，
行演變過(guò)程未必與預(yù)定的后續(xù)規(guī)程相符。以下將
這將可能引起一回路機(jī)械損傷。在蒸汽發(fā)生器內(nèi)
對(duì)這兩類(lèi)故障加以區(qū)分。
的傳熱效率下降，將加劇一回路壓力上升。
核電廠運(yùn)行規(guī)程覆蓋了的電力系統(tǒng)瞬態(tài)有：
(1)可能導(dǎo)致C3(偏離泡核沸騰裕量小)信
廠外主電源喪失（進(jìn)入I2.1規(guī)程），廠外電源完
號(hào)產(chǎn)生
全喪失（進(jìn)入I2.2規(guī)程），廠外電源喪失+LHP
電網(wǎng)頻率下降時(shí)，導(dǎo)致主泵轉(zhuǎn)速下降，一回
不可用（進(jìn)人I4.A規(guī)程），廠外電源喪失+LHQ
路流量下降，堆芯冷卻效果不良，可能導(dǎo)致C3
不可用（進(jìn)入I4.B規(guī)程），電網(wǎng)故障引起的機(jī)組
(偏離泡核沸騰裕量小)信號(hào)產(chǎn)生，該信號(hào)是由
甩負(fù)荷后孤島運(yùn)行（進(jìn)入I5規(guī)程）。
一回路冷卻劑熱、冷段溫差超過(guò)超溫△T值時(shí)
產(chǎn)生的，在超溫△T保護(hù)動(dòng)作前1℃時(shí)觸發(fā)，C3
270
中國(guó)核電
CHINA NUCLEAR POWER
第6卷第3期2013年9月
核電安全
信號(hào)閉鎖手動(dòng)和自動(dòng)提控制棒，且觸發(fā)汽輪發(fā)
至1365r/min時(shí)（且P存在時(shí)），導(dǎo)致緊急停
電機(jī)200%P/min的速率自動(dòng)減負(fù)荷，每次持續(xù)
堆。由于汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在頻率下降時(shí)為維持機(jī)
1.5s,兩次中間停28.5s。目的是限制偏離泡核
組額定轉(zhuǎn)速而將汽門(mén)全開(kāi)，孤島運(yùn)行后機(jī)組只帶
沸騰比DNBR過(guò)小。
了約5%的負(fù)荷，汽門(mén)關(guān)小需要時(shí)間，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速
汽輪機(jī)減負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定更不利，
上升，頻率上升，電壓升高，操縱員應(yīng)手動(dòng)減少
但出于對(duì)反應(yīng)堆的保護(hù)考慮，只能閉鎖控制棒提
汽門(mén)開(kāi)度，直到汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常，自動(dòng)勵(lì)磁
升，禁止提棒引入正反應(yīng)性，同時(shí)減少汽輪機(jī)負(fù)
系統(tǒng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓至額定值。此后汽輪機(jī)負(fù)荷
荷以平衡一、二回路功率。
手動(dòng)控制，必須加強(qiáng)對(duì)機(jī)組的監(jiān)視，并聯(lián)系電網(wǎng)
(2)可能觸發(fā)超溫△T保護(hù)
調(diào)度，一旦故障消除，盡快實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，汽輪機(jī)負(fù)
若上述C3信號(hào)未觸發(fā)或通道故障，由于電網(wǎng)
荷自動(dòng)控制。
頻率下降，主回路流量偏低，有觸發(fā)超溫ΔT緊
如果此時(shí)機(jī)組處于壽期末，則氙毒比較大，
急停堆保護(hù)動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)。
而慢化劑溫度效應(yīng)更是壽期初的好幾倍，因此氙
當(dāng)主泵轉(zhuǎn)速下降時(shí)，主回路流量偏低，由超
振蕩特別明顯，△I很難控制，△超出I區(qū)使得
溫△T(與△T,比較)提供緊急停堆保護(hù)，防止
堆芯出現(xiàn)不可控氙振蕩的風(fēng)險(xiǎn)增大，可能導(dǎo)致機(jī)
DNBR下降。這樣就能保證在任何情況下，都能
組的核安全水平嚴(yán)重降低。因此，機(jī)組速降負(fù)荷
保持燃料元件處于合適的發(fā)熱狀態(tài)和包殼與冷卻
至孤島運(yùn)行的過(guò)程中，操縱員應(yīng)該注意遵守技術(shù)
劑之間有良好的熱傳導(dǎo)。
規(guī)范關(guān)于△I的控制。
(3)可能觸發(fā)主泵轉(zhuǎn)速低緊急停堆保護(hù)
(2)電網(wǎng)頻率上升
若上述C3信號(hào)和超溫△T保護(hù)未動(dòng)作，且電
汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)處于自由狀態(tài)時(shí)，由于二
網(wǎng)頻率繼續(xù)下降，導(dǎo)致主泵轉(zhuǎn)速降至1365r/min
回路功率變化大，且主泵轉(zhuǎn)速電網(wǎng)頻率上升而
且P允許信號(hào)同時(shí)存在時(shí)(P即反應(yīng)堆核功率P
上升，操縱員要密切注意一回路溫度變化，多
>10%P),會(huì)觸發(fā)反應(yīng)堆停堆。目的是防止堆
普勒效應(yīng)、慢化劑溫度效應(yīng)可能使反應(yīng)堆核功
芯偏離泡核沸騰。
率上升。
5.2電網(wǎng)頻率上升瞬態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)分析
電網(wǎng)頻率上升時(shí)，導(dǎo)致主泵轉(zhuǎn)速上升，一回
6電網(wǎng)自動(dòng)重合閘動(dòng)作成功
路流量上升，堆芯冷卻效果變好，把超溫△T保
6.1短電網(wǎng)故障瞬態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)分析
護(hù)整定值增加一些，由于溫度效應(yīng)同時(shí)會(huì)給反應(yīng)
電網(wǎng)是將許多個(gè)“節(jié)點(diǎn)”連接起來(lái)構(gòu)成的
堆引入正反應(yīng)性。
一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)電廠和變電站就是其中的“節(jié)
一回路流量上升，堆芯冷卻效果變好，將引
點(diǎn)”，每?jī)蓚€(gè)“節(jié)點(diǎn)”是通過(guò)高壓斷路器連接
起堆內(nèi)中子通量密度上升，它表現(xiàn)為燃料溫度上
的，在這些連接發(fā)生短路或接地時(shí)，兩端的斷路
升。最后，反應(yīng)堆穩(wěn)定在大于初始功率的新的功
器將自動(dòng)斷開(kāi)，保護(hù)電網(wǎng)其他部分不受影響。同
率水平。這個(gè)事件本身并不危險(xiǎn)，但是，在這些
時(shí)，這些斷路器具有自動(dòng)重合閘功能，在其保護(hù)
初始條件下發(fā)生這種事故所造成的后果可能超過(guò)
范圍內(nèi)的線路發(fā)生短路或接地時(shí)斷開(kāi)，隨后進(jìn)行
設(shè)備的設(shè)計(jì)值。
一次自動(dòng)重合閘，如果故障在重合閘期間已經(jīng)消
5.3處理預(yù)案
失（雷擊引起短路），重合閘成功，電網(wǎng)恢復(fù)正
(1)電網(wǎng)頻率下降
常。我們稱(chēng)這種現(xiàn)象為短電網(wǎng)故障。
當(dāng)操縱員發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速及主泵轉(zhuǎn)速下降
短電網(wǎng)故障如果發(fā)生在與機(jī)組相鄰的電網(wǎng)線
時(shí)，應(yīng)聯(lián)系調(diào)度查詢(xún)電網(wǎng)情況，并密切監(jiān)視機(jī)
路上，并且機(jī)組在自動(dòng)負(fù)荷控制情況下，則故障
組，必要時(shí)根據(jù)調(diào)度指示協(xié)助恢復(fù)電網(wǎng)頻率，不
發(fā)生時(shí)，機(jī)組負(fù)荷短時(shí)間內(nèi)將大量減少（視機(jī)組
要擅自開(kāi)大汽輪機(jī)主汽門(mén)。如果頻率不斷下降，
負(fù)荷在各個(gè)電網(wǎng)線路上的分布而定)，C7A將出
操縱員要做好孤島運(yùn)行的準(zhǔn)備，避免主泵轉(zhuǎn)速降
現(xiàn)，GCT-C閥門(mén)會(huì)打開(kāi)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速上升，汽輪
271
Nuclear Power Safety
核電安全
機(jī)調(diào)門(mén)關(guān)小，斷路器自動(dòng)重合閘成功后，機(jī)組重
GCT-C閥門(mén)開(kāi)啟。另外，在控制棒下插、堆功率
新帶上剛才的負(fù)荷，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速下降，GCT-C閥
下降之前，由于汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)作用存
門(mén)關(guān)閉，汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)大。整個(gè)過(guò)程中，均是通
在，雖然汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速（負(fù)荷下降時(shí)）的上升要求
過(guò)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)的。C7A:汽輪
調(diào)門(mén)關(guān)小，但是由于目標(biāo)負(fù)荷較高以及升負(fù)荷速
機(jī)在2min內(nèi)甩負(fù)荷>15%P,允許開(kāi)啟第一、二
率存在，又會(huì)要求調(diào)門(mén)開(kāi)大，因此，調(diào)門(mén)無(wú)法在
組閥。
自動(dòng)的情況下有效調(diào)節(jié)供汽量，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速將不
發(fā)生短電網(wǎng)故障時(shí)，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)關(guān)小
斷上升，有觸發(fā)汽輪機(jī)超速保護(hù)動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)。
汽輪機(jī)調(diào)門(mén)，二回路壓力升高，旁路排放系統(tǒng)按
7.2處理預(yù)案
廠荷工況開(kāi)啟排放閥。如果電網(wǎng)故障排除，汽輪
操縱員應(yīng)利用下位機(jī)手動(dòng)降低汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速
機(jī)調(diào)門(mén)將重新開(kāi)大。由于排放閥關(guān)閉需要一定時(shí)
到3000r/min,然后恢復(fù)上位機(jī)自動(dòng)負(fù)荷控制
間，可能由于蒸汽流量高和二回路蒸汽壓力低，
AUTO/YES(轉(zhuǎn)自動(dòng)時(shí)上位機(jī)自動(dòng)負(fù)荷控制處
有觸發(fā)安注及緊急停堆的風(fēng)險(xiǎn)。
于HOLD狀態(tài))，修改目標(biāo)負(fù)荷與當(dāng)前負(fù)荷一
二回路蒸汽壓力下降且蒸汽流量增加，一
致，按RELEASE/YES投上位機(jī)自動(dòng)負(fù)荷控制，
回路平均溫度下降。由于壓水堆慢化劑的負(fù)溫度
并在GCT-C閥門(mén)關(guān)閉后復(fù)位C7AorC7B信號(hào)。
系數(shù)，冷卻劑溫度的降低便引入了正反應(yīng)性，反
負(fù)荷變化時(shí)利用多種手段協(xié)同控制反應(yīng)性，
應(yīng)堆核功率會(huì)上升。為保證足夠的停堆深度，需
以?xún)?yōu)化△I的控制，使△I盡量沿參考線運(yùn)行。
引人負(fù)反應(yīng)性，故要啟動(dòng)安注且緊急停堆，注入
機(jī)組穩(wěn)定后，操縱員要做的工作是聯(lián)系電網(wǎng)
21000μg/g的高硼水。
調(diào)度詢(xún)問(wèn)電網(wǎng)情況，并在接到電網(wǎng)通知“可以升
6.2處理預(yù)案
負(fù)荷”時(shí)，將機(jī)組負(fù)荷升至要求負(fù)荷。
安注啟動(dòng)后，向一回路注入低溫的濃硼水，
冷卻劑溫度的急劇降低給一回路主設(shè)備的材料帶
8電網(wǎng)電壓下降
來(lái)不利影響。GCT排放系統(tǒng)采取了兩項(xiàng)措施避免
8.1電網(wǎng)電壓下降瞬態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)分析
這種不必要的安注：
1)當(dāng)汽輪機(jī)壓力（代表汽輪機(jī)負(fù)荷）大于
外電網(wǎng)發(fā)生低電壓故障時(shí)，機(jī)組在AER自動(dòng)
50%時(shí)，禁止排放功率較大的第3組排放閥開(kāi)啟：
勵(lì)磁調(diào)節(jié)的情況下，會(huì)自動(dòng)提高勵(lì)磁電流，提高機(jī)
組的無(wú)功輸出，如果操縱員不干預(yù)，將可能會(huì)出
2)電網(wǎng)故障排除后汽輪機(jī)負(fù)荷增加到50%時(shí)
現(xiàn)下列現(xiàn)象：
開(kāi)始的數(shù)秒之內(nèi)，禁止1、2、4組排放閥快開(kāi)。
1)出現(xiàn)“發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行P-Q圖超出運(yùn)行
短電網(wǎng)故障消失后，操縱員要恢復(fù)機(jī)組穩(wěn)
范圍”報(bào)警，其潛在后果是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)熱。
定，確認(rèn)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)正常，轉(zhuǎn)速維持在3000r/
2)發(fā)電機(jī)過(guò)激磁保護(hù)可能會(huì)自動(dòng)動(dòng)作，自
min。如果GCT-C閥門(mén)已關(guān)閉，應(yīng)復(fù)位C7A信
動(dòng)減勵(lì)磁。如果10s后仍然存在過(guò)激磁將產(chǎn)生保
號(hào)。隨后詢(xún)問(wèn)電網(wǎng)調(diào)度，確認(rèn)電網(wǎng)恢復(fù)穩(wěn)定。
護(hù)動(dòng)作既自動(dòng)滅磁的同時(shí)跳開(kāi)發(fā)電機(jī)的負(fù)荷開(kāi)
關(guān)，這樣對(duì)電網(wǎng)來(lái)講是個(gè)惡性循環(huán)，勢(shì)必導(dǎo)致電
7自動(dòng)重合閘不成功并造成電網(wǎng)
網(wǎng)電壓的繼續(xù)下降，有可能造成整個(gè)電網(wǎng)的大范
解裂
圍停電。
7.1自動(dòng)重合閘不成功瞬態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)分析
3)可能出現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻不足報(bào)警，要求
當(dāng)電網(wǎng)某部分發(fā)生故障，造成電網(wǎng)甩掉部分
操縱員降功率。
4)如果電網(wǎng)電壓繼續(xù)下降，發(fā)電機(jī)低電壓一
負(fù)荷時(shí)（斷路器自動(dòng)重合閘不成功），電網(wǎng)就變
段保護(hù)動(dòng)作0.7U延時(shí)2.5s產(chǎn)生發(fā)電機(jī)三級(jí)保
成了“小”電網(wǎng)。在這種情況下，機(jī)組處于自動(dòng)
控制，由于實(shí)際負(fù)荷突然變小，負(fù)荷參考值也變
護(hù)動(dòng)作，機(jī)組進(jìn)入孤島運(yùn)行狀態(tài)。
小，汽輪機(jī)調(diào)門(mén)快速關(guān)小，C7AorC7B出現(xiàn)，
5)由于電網(wǎng)電壓的繼續(xù)下降將有可能產(chǎn)生
272
中國(guó)核電
CHINA NUCLEAR POWER
第6卷第3期2013年9月
核電安全
下列報(bào)警和動(dòng)作。發(fā)電機(jī)低電壓二級(jí)保護(hù)可能動(dòng)
度變小，直到報(bào)警消失或P一Q圖在允許的范圍內(nèi)
作，即在發(fā)電機(jī)低電壓一段保護(hù)不能正確動(dòng)作的
即可，可以連續(xù)的對(duì)主變分接頭進(jìn)行調(diào)整，但是應(yīng)
情況下發(fā)生發(fā)電機(jī)一級(jí)保護(hù)動(dòng)作。
該注意主變分接頭調(diào)整時(shí)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)該派人檢查其三
6)由于電網(wǎng)電壓的下降導(dǎo)致兩臺(tái)反應(yīng)堆
相動(dòng)作的一致，防止發(fā)電機(jī)組負(fù)序保護(hù)動(dòng)作（主
冷卻劑泵轉(zhuǎn)速低+P允許信號(hào)觸發(fā)反應(yīng)堆緊急停
變分接頭差三步就會(huì)引發(fā))。
堆，即機(jī)組功率大于10%P與兩臺(tái)反應(yīng)堆冷卻劑
如果電網(wǎng)電壓仍然持續(xù)下降，在調(diào)整主變分
泵流量低于88.8%。保護(hù)的目的：防止一回路流
接頭已經(jīng)無(wú)效的情況下發(fā)電機(jī)的無(wú)功仍然無(wú)法在
量偏低導(dǎo)致反應(yīng)堆功率不能及時(shí)導(dǎo)出，而引起反
P一Q圖的正常范圍內(nèi)，可以通過(guò)直接減少勵(lì)磁電
應(yīng)堆燃料和包殼溫度上升。
流的方式繼續(xù)將機(jī)組控制在P一Q圖內(nèi)運(yùn)行。這項(xiàng)
7)一臺(tái)反應(yīng)堆冷卻劑泵流量低+P允許信號(hào)
操作的風(fēng)險(xiǎn)有：如果不密切監(jiān)督機(jī)組相關(guān)參數(shù)的
觸發(fā)反應(yīng)堆緊急停堆，即機(jī)組功率大于30%P與
變化趨勢(shì)，可能會(huì)危機(jī)機(jī)組安全運(yùn)行；如果此時(shí)
兩臺(tái)反應(yīng)堆冷卻劑泵流量低于88.8%。保護(hù)的目
電網(wǎng)電壓能夠恢復(fù)還好，如果不能及時(shí)恢復(fù)而機(jī)
的：防止一回路流量偏低導(dǎo)致反應(yīng)堆功率不能及
組出現(xiàn)孤島運(yùn)行情況，發(fā)電機(jī)的出口電壓有可能
時(shí)導(dǎo)出，而引起反應(yīng)堆燃料和包殼溫度上升。
較低，需要手動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。
8)整個(gè)發(fā)電廠所有的異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下
上述操作的目的是盡量穩(wěn)定機(jī)組，避免機(jī)組
降，將產(chǎn)生熱阱冷卻方面的異常，如冷凝器的真
的保護(hù)動(dòng)作，對(duì)電網(wǎng)做一定的貢獻(xiàn)，同時(shí)保護(hù)機(jī)
空，SEC/RRI(重要廠用水系統(tǒng)/設(shè)備冷卻水
組的安全。
系統(tǒng))的出力不足，SRI(常規(guī)島閉路冷卻水系
在執(zhí)行電網(wǎng)電壓恢復(fù)的規(guī)程時(shí)，操縱員應(yīng)
統(tǒng))的流量受影響一系列的問(wèn)題。
該及時(shí)響應(yīng)以避免發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行，此時(shí)通過(guò)調(diào)
9)發(fā)電機(jī)組失步保護(hù)可能動(dòng)作，機(jī)組進(jìn)入
整勵(lì)磁電流是緩慢的效應(yīng)，調(diào)節(jié)主變的分接頭是
孤島運(yùn)行狀態(tài)。在電網(wǎng)電壓恢復(fù)的過(guò)程中，由于
快速的效應(yīng)，可以根據(jù)電壓恢復(fù)的速度進(jìn)行選
事先已經(jīng)做過(guò)干預(yù)，因此在恢復(fù)的過(guò)程中如果不
擇，比較現(xiàn)實(shí)的可能是電壓恢復(fù)極快，那么操
做及時(shí)的干預(yù)將出現(xiàn)機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行，即發(fā)電機(jī)向
縱員將不得不采用調(diào)整主變分接頭的方式來(lái)響
電網(wǎng)吸收無(wú)功，首先這對(duì)大型發(fā)電機(jī)組是不允許
應(yīng)，操作的方法是將主變分接頭朝與此前相反的
的，將出現(xiàn)一個(gè)建議停機(jī)的指令，也有可能造成
方向調(diào)整。
發(fā)電機(jī)組由于滑極（失步）保護(hù)而跳閘。
在恢復(fù)電壓的過(guò)程中不能輕易地將勵(lì)磁調(diào)
在電網(wǎng)電壓下降的情況下，無(wú)論是一個(gè)瞬態(tài)
節(jié)投自動(dòng)，否則可能會(huì)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的
的過(guò)程還是一個(gè)緩慢的過(guò)程都會(huì)引發(fā)“發(fā)電機(jī)組
現(xiàn)象。
的運(yùn)行P一Q圖超出運(yùn)行范圍”這個(gè)報(bào)警，因瞬
以上這些都是我們不希望看到的，因此在
態(tài)引發(fā)報(bào)警的原因是在電力系統(tǒng)穩(wěn)定器投入的情
電網(wǎng)發(fā)生低電壓故障的情況下必須采取必要的
況下會(huì)引起發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)調(diào)節(jié)器AER系統(tǒng)的強(qiáng)
措施：
勵(lì)動(dòng)作，如果電壓下降的幅度已經(jīng)到了相關(guān)保護(hù)
1)在發(fā)電機(jī)組允許的情況下應(yīng)該盡量提高
動(dòng)作，那么機(jī)組已經(jīng)進(jìn)入孤島運(yùn)行狀態(tài)。緩慢的
無(wú)功輸出，以便對(duì)電網(wǎng)電壓的恢復(fù)提供有益的貢
電壓下降會(huì)由于AER自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)的跟蹤逐漸增
獻(xiàn)，這樣做對(duì)電網(wǎng)非常有利，因?yàn)樵谕怆娋W(wǎng)電壓
加發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，由此引起發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行
持續(xù)下降而無(wú)法恢復(fù)的情況下，有可能造成整個(gè)
P一Q圖超出運(yùn)行范圍。
電網(wǎng)的崩潰，核電機(jī)組也不得不進(jìn)入孤島運(yùn)行，甚
8.2處理預(yù)案
至停機(jī)停堆。
根據(jù)報(bào)警卡的要求，操縱員要使主變的分接
2)在提高無(wú)功輸出的同時(shí)監(jiān)視好發(fā)電機(jī)組，
頭朝向上的方向移動(dòng)，（關(guān)于這一點(diǎn)在理論分析
因?yàn)橐坏C(jī)組發(fā)生跳閘，將導(dǎo)致電網(wǎng)電壓下降的惡
與實(shí)際操作上有差別)這樣操作的目的是使主變
性循環(huán)，連累到另1臺(tái)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
的變比減小以期待電網(wǎng)電壓下降對(duì)機(jī)組的影響程
3)適當(dāng)增加另1臺(tái)機(jī)組的無(wú)功輸出再通過(guò)調(diào)
273
Nuclear Power Safety
核電安全
整主變的抽頭來(lái)穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)電壓水平。
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4)對(duì)機(jī)組適當(dāng)進(jìn)行減載操作是有意義的，
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使發(fā)電機(jī)在同樣的定子輸出電流的情況下有效增
[3]大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司培訓(xùn)中心，大亞
灣核電站運(yùn)行教程[M],2008,12.(Thetraining
加無(wú)功部分的分量，不會(huì)因此產(chǎn)生發(fā)電機(jī)出口過(guò)
center of Daya Bay Nuclear Power Operations
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and Management Co., Ltd. Operation tutorial
無(wú)論是在電壓下降還是電壓在恢復(fù)的過(guò)程中
for Daya Bay NPP[M]. 2008,12.)
操縱員都必須在控制臺(tái)上進(jìn)行必要的干預(yù)，否則
[4]
大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司培訓(xùn)中心大亞
都有跳機(jī)跳堆的風(fēng)險(xiǎn)。
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9結(jié)束語(yǔ)
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[5]
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來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)究其實(shí)質(zhì)不過(guò)是可能導(dǎo)致功率失控
[6]
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和堆芯的冷卻能力喪失。電網(wǎng)的某些漸變瞬態(tài)或
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的情形下可能導(dǎo)致操縱員誤判斷，使工況進(jìn)一步
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[8]
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Fundamentals of PWR NPP Operation Physics
或減輕不可預(yù)見(jiàn)的事故后果。
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操縱員分析和處理機(jī)組異常運(yùn)行的能力直
[9]
丁衛(wèi)東.電網(wǎng)低電壓故障對(duì)核電機(jī)組的影響及處理
接關(guān)系到核電廠的安全，這種能力只有通過(guò)不斷
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地培訓(xùn)來(lái)保證和維持，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)操縱員的安全素
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養(yǎng)培訓(xùn)、心理培訓(xùn)和技術(shù)培訓(xùn)，使他們能隨時(shí)掌
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握核電廠的狀態(tài)，并充分認(rèn)識(shí)自己的任何動(dòng)作對(duì)
Reserach,24(3).)
安全的影響，任何時(shí)候都不違背運(yùn)行規(guī)程。還要
[10]毛正宥，丁衛(wèi)東.核反應(yīng)堆平衡氙毒反應(yīng)性隨燃耗的
使他們?cè)谌魏吻闆r下都能冷靜地分析和判斷事
變化[].核動(dòng)力運(yùn)行研究，24(3).(MAOZheng-
態(tài)，不會(huì)被不完全的數(shù)據(jù)或不正確的思維方向引
you, DING Wei-dong. Change of equilibrium
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274

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