張振華

（秦山第三核電有限公司，浙江 海鹽 314300）

秦山三期（重水堆）核電站的技術(shù)改進

張振華

（秦山第三核電有限公司，浙江 海鹽 314300）

秦山三期（重水堆）核電站工程是國家“九五”期間重點建設(shè)項目，是我國首座商用重水堆核電站，也是中國和加拿大兩國政府間迄今最大的貿(mào)易項目。工程采用成熟的加拿大CANDU-6重水堆核電技術(shù)，以韓國月城3、4號機組為參考電站。由于廠址條件的不同、國情的不同、標準規(guī)范的差異以及CANDU-6重水堆核電站設(shè)計相對定型早、運行反饋少等原因，在機組商運初期電站的安全穩(wěn)定運行受到了較大的挑戰(zhàn)。面對嚴峻的形勢，秦山第三核電有限公司組織力量對影響核電站安全穩(wěn)定運行的隱患、熱點，進行了針對性的分析和研究，積極有效地開展變更改造和技術(shù)改進工作，極大地改善了機組安全性能，優(yōu)化了機組配置，并創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益。本文介紹了秦山第三核電有限公司所開展的重大變更改造和技術(shù)改進項目，以及實施后的效果，可供同類項目參考和借鑒。

秦山三期重水堆；核電站；技術(shù)改進

自2003年兩臺機組投入商業(yè)運行以來，秦山第三核電有限公司（以下簡稱秦山三核）不斷優(yōu)化完善變更改造和技術(shù)改進管理體系，以提高機組系統(tǒng)、設(shè)備的安全可靠性為中心，開展了卓有成效的工作。連續(xù)三年電站兩臺機組的世界核營運者協(xié)會（WANO）綜合性能指標在全球432座核電站中處于先進水平。電站能夠取得如此良好的運行業(yè)績，與積極穩(wěn)妥有效開展的變更改造和技術(shù)改進工作是分不開的。

電站共批準重大變更改造和技術(shù)改進項目60余項，如汽輪機功率提升相關(guān)改進、共箱母線改造、不間斷電源系統(tǒng)（UPS）改造、增加兩個停堆系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。尤其是汽輪機功率通過自主實施技術(shù)改進，使出力得到提高，兩臺機組出力合計提升16 MW，取得了十分可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。秦山三核自主改造和技術(shù)改進的良好實踐也成為對國外技術(shù)消化吸收再創(chuàng)新的成功范例。

總體來說，這些變更改造和技術(shù)改進項目的實施，極大地改善了機組性能，優(yōu)化了系統(tǒng)配置，提高了機組安全性和可靠性，并創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益。

1 電站商業(yè)運行初期面臨的挑戰(zhàn)及重大變更和改進

1.1 電站商業(yè)運行初期面臨的挑戰(zhàn)

秦山三期（重水堆）核電站工程是國家“九五”期間重點建設(shè)項目，是我國首座商用重水堆核電站，也是中國和加拿大兩國政府間迄今最大的貿(mào)易項目。工程采用成熟的加拿大CANDU-6重水堆核電技術(shù)，以韓國月城3、4號機組為參考電站，工程由加拿大原子能公司（AECL）總承包，核島由AECL設(shè)計、供貨，汽輪發(fā)電機組由日本日立公司設(shè)計、供貨，電站配套設(shè)施（BOP）由美國柏克德公司設(shè)計、供貨。

但由于廠址條件的不同、國情的不同、標準規(guī)范的差異以及CANDU-6重水堆核電站運行反饋少等原因，在機組商運初期電站的安全穩(wěn)定運行受到了較大的挑戰(zhàn)。主要表現(xiàn)在有些設(shè)計不合理、設(shè)備選用不當以及部分設(shè)備可靠性差。在電站剛剛投入商運的前三年（2003—2005年）因設(shè)備、設(shè)計原因引發(fā)多起非計劃停機停堆事件。

1.2 重大變更改造和技術(shù)改進

面對嚴峻的形勢，秦山三核組織力量對影響電站安全穩(wěn)定運行的隱患、熱點，進行了針對性的分析和研究，積極有效地開展變更改造和技術(shù)改進工作，極大地改善了機組安全性能，優(yōu)化了機組配置，并創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益。

1.2.1 提高機組額定總電功率的研究與改進

秦山三期工程的汽輪機為日立公司生產(chǎn)的TC4F-52型單軸、三缸、四排汽、再熱凝汽式?jīng)_動型汽輪機，設(shè)計擔保的機組額定總電功率為728 MW。機組臨時驗收時，由于設(shè)計和供應商的原因，汽輪發(fā)電機額定總電功率未達到設(shè)計擔保值（約低1%）。合同雙方根據(jù)商務合同條款進行了處理，相關(guān)公司向中方賠付了2 400多萬美元。期間設(shè)計和供應商花了3年時間開展原因查找和相關(guān)整改，包括更換汽輪機低壓缸隔板汽封、更換低壓缸隔板葉頂阻汽片、更換低壓缸排汽導流環(huán)及更換低壓缸11、12級隔板等，但機組功率未有明顯提升。2005年9月，秦山三期（重水堆）核電站工程通過了國家竣工驗收，鑒于上述情況國家竣工驗收確定的機組額定總電功率為720 MW。

2006年初，秦山三核針對機組額定總電功率問題成立了重點科技攻關(guān)專項組，組織技術(shù)力量進行攻關(guān)，通過對電站熱力系統(tǒng)大量的研究分析和試驗，找出了影響機組額定總電功率的主要因素，制定了相關(guān)改進和改造方案，并在202大修和103大修中進行了實施，優(yōu)化了熱力系統(tǒng)循環(huán)，減少了汽水損失，經(jīng)過國內(nèi)權(quán)威機構(gòu)性能考核試驗，機組額定總電功率達到728 MW。

1.2.2 UPS改造

2005年10月16日，1號機組120 V交流UPS A通道旁路調(diào)壓變壓器在空載工況下過熱，導致調(diào)壓器、靜態(tài)開關(guān)等三個盤柜損壞，并觸發(fā)了消防噴淋。噴淋導致220 V直流A通道喪失、MCC19B進線開關(guān)進水導致主觸頭B相接地、MCC17A失電、400 V MCC配電間及11.6 kV/6.3 kV開關(guān)室地面積水。同時發(fā)現(xiàn)，1號機組120 V交流UPS B/C通道及2號機組的A、B、C通道的旁路調(diào)壓變壓器均存在不同程度的過熱現(xiàn)象。本次事件暴露了交流120 V交流UPS設(shè)備的可靠性差，UPS配電間內(nèi)A、B、C通道間設(shè)備交錯布置且未實體隔離等問題，這些問題威脅著電站的安全穩(wěn)定運行，需要從設(shè)備隔離、布置及設(shè)備本身的性能等方面進行改進。兩臺機組分別于103大修和203大修期間對120 V交流UPS設(shè)備進行了改造，更換了相關(guān)設(shè)備，優(yōu)化了設(shè)備布置，并對電氣廠房實施了實體隔離；結(jié)合實體隔離工作，對電氣廠房的通風系統(tǒng)、火災探測系統(tǒng)以及消防噴淋、疏水系統(tǒng)進行了改造。

本次改造的成功實施提高了120 V交流UPS設(shè)備的可靠性，解決了UPS配電間通道實體隔離問題，消除了潛在的安全隱患，顯著提高了電站的安全性和可靠性。

1.2.3 設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（RCW）相關(guān)改進

設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（RCW）是電站重要的熱阱，相當于壓水堆的安全廠用水系統(tǒng)。但在設(shè)計和實際運行中存在幾個方面的重要問題:采用公共母管的泵組在多泵運行期間停運單臺泵時，由于泵出口逆止閥回座而產(chǎn)生巨大沖擊，嚴重影響設(shè)備的運行安全；RCW系統(tǒng)通過旁路壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)維持供水壓力穩(wěn)定，但由于調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能問題，實際運行中多次出現(xiàn)突變現(xiàn)象，造成系統(tǒng)壓力大幅度波動，影響系統(tǒng)安全；RCW系統(tǒng)高位水箱應急補水無法正常觸發(fā)，觸發(fā)后又會對系統(tǒng)冷卻產(chǎn)生負面影響；RCW熱交換器管側(cè)實際流速遠高于設(shè)計，由于秦山地區(qū)海水中泥沙含量較大，砂粒對傳熱管產(chǎn)生的沖蝕腐蝕影響遠高于預期，從而造成傳熱管較大破損，也嚴重影響系統(tǒng)的安全運行。

針對以上存在的問題，秦山三核給予了高度重視，投入大量技術(shù)力量對系統(tǒng)進行改造和改進。實施了關(guān)閥停泵變更，用先進可靠的控制系統(tǒng)替代了原來的機械基地式控制系統(tǒng)，改進了應急補水系統(tǒng)，實施了降流速的變更。

變更改造的實施，有效解決了系統(tǒng)存在的問題，大大提高了設(shè)備和系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。

1.2.4 共箱母線改造

機組自投入運行以來，由于原設(shè)計共箱母線的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理的固有缺陷導致兩臺機組啟備用變壓器和高壓變壓器多次發(fā)生跳閘，直接威脅機組安全。秦山三核安排對兩臺機組SST/ UST共4段共箱母線進行了徹底改造，采用國內(nèi)具有良好運行業(yè)績的陶瓷絕緣子型/電纜型共箱母線對原設(shè)計共箱母線進行了更換。改造完成至今新共箱母線運行良好。

1.2.5 增設(shè)停堆系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

重水堆配備兩套獨立的停堆系統(tǒng)，1號停堆系統(tǒng)和2號停堆系統(tǒng)。兩個停堆系統(tǒng)原設(shè)計相關(guān)參數(shù)未傳送至電站計算機系統(tǒng)，歷史數(shù)據(jù)無法保存。這導致停堆系統(tǒng)發(fā)生異常時難以分析判斷故障原因所在。另外，主控室盤臺對相關(guān)參數(shù)雖然有顯示，但精度不高。

針對以上問題，秦山三核在每個停堆系統(tǒng)配置了一套獨立的參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，并實現(xiàn)下列功能:參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)不影響停堆系統(tǒng)的任何功能；對停堆系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實現(xiàn)高速采集；友好的、智能化的人機界面，方便運行人員對數(shù)據(jù)進行監(jiān)視，在異常工況下，能提醒運行人員；所有數(shù)據(jù)可以進行高精度的記錄以方便查詢；兩個停堆系統(tǒng)的參數(shù)監(jiān)測互不影響；停堆參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)自我診斷和報警；監(jiān)測參數(shù)在原有的模擬指示表的基礎(chǔ)上增加了高精度數(shù)字顯示，并增加了停堆參數(shù)的裕量報警功能，避免由于模擬儀表的精度偏低，導致不必要的保守降功率運行。

本項目在重水堆首次使用，解決了停堆系統(tǒng)數(shù)據(jù)不能傳送至電站計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)無法保存的問題，提高了儀表顯示精度，避免了不停堆換料期間由于ROP裕量的不確定性導致保守地降功率運行，在一定程度上也提高了電站的經(jīng)濟性。

1.2.6 主熱傳輸系統(tǒng)裝量控制模式優(yōu)化

穩(wěn)壓器蒸汽釋放閥是實現(xiàn)主熱傳輸系統(tǒng)壓力控制的重要設(shè)備和壓力邊界，如出現(xiàn)內(nèi)漏或動作故障，將直接影響主熱傳輸系統(tǒng)的壓力控制。通過改進主熱傳輸系統(tǒng)壓力裝量控制模式，根本解決了穩(wěn)壓器蒸汽釋放閥63332-PCV5、PCV6在裝卸料期間頻繁開啟的問題，進一步提高了CANDU-6型重水堆核電站主熱傳輸系統(tǒng)的運行可靠性和安全性。

本項目為重水堆首創(chuàng)，不僅對其他現(xiàn)役重水堆有推廣價值，對下一代重水堆系統(tǒng)設(shè)計的改進也有一定的參考價值。

1.2.7 電氣系統(tǒng)相關(guān)改進

在電氣系統(tǒng)的原設(shè)計中外方?jīng)]有完全考慮秦山地區(qū)電網(wǎng)的特點和我國的規(guī)范要求，存在一些設(shè)計不合理和設(shè)備選型不當?shù)膯栴}。例如，11.6 kV/6.3 kV中壓開關(guān)室、400 V開關(guān)室和不間斷電源間未進行實體隔離，可能導致共模故障；500 kV短線路保護電源與500 kV開關(guān)操作電源通道不對應，可能會導致一個通道電源故障就引起繼電保護裝置拒動；應急堆芯冷卻泵系統(tǒng)電源設(shè)計不合理，冗余度不符合要求；電源系統(tǒng)設(shè)計不能完全滿足我國國內(nèi)電網(wǎng)的反措要求，可能導致一些電氣系統(tǒng)事故的擴大；主變壓器油枕、快切裝置等設(shè)備選型落后，以及快切系統(tǒng)的設(shè)計沒有考慮秦山地區(qū)采用兩個開關(guān)站的實際情況而完全照搬參考電站的設(shè)計，造成電源系統(tǒng)的可靠性降低，致使電站在運行初期發(fā)生幾次停機事件。

通過多項技術(shù)改進，大大提高了電站電氣系統(tǒng)的安全性和可靠性。

1.2.8 通風冷卻系統(tǒng)系列改造

電站運行的前幾年，許多重要設(shè)備廠房如主給水泵房、RCW泵房、主蒸汽安全閥門間等夏季的環(huán)境氣溫較高，對設(shè)備安全穩(wěn)定運行造成隱患，給電站的機組迎峰度夏工作帶來了極大的挑戰(zhàn)。這主要是由于BOP的設(shè)計方對秦山地區(qū)的氣候條件認識不足，仍然直接采用了參考電廠的設(shè)計。

通過對各重要區(qū)域的通風、制冷系統(tǒng)進行系統(tǒng)評估，制定了切實可行的方案，實施了大量的改進:對主給水泵房、RCW泵房、主蒸汽安全閥間、部分MCC電氣間等廠房新增了冷卻空調(diào)機組，降低相關(guān)區(qū)域的環(huán)境溫度；對第二控制區(qū)（SCA）、不間斷電源間（UPS）、勵磁間、中低壓電氣開關(guān)室等重要設(shè)備廠房空調(diào)機組進行了改進，并增設(shè)了備用空調(diào)機組，增加了系統(tǒng)的冗余性，確保了空調(diào)機組故障、檢修或保養(yǎng)的情況下該設(shè)備區(qū)域的環(huán)境溫濕度控制；對主給水閥門間、主潤滑油間等房間增加了排風，加強了熱量的排出。

經(jīng)過一系列改造，大大改善了重要設(shè)備廠房的運行環(huán)境，提高了設(shè)備運行可靠性，為電站順利迎峰度夏打下了基礎(chǔ)。

2 變更改造和技術(shù)改進支撐電站運行業(yè)績的持續(xù)提升

持續(xù)不斷的變更改造和技術(shù)改進為電站的運行業(yè)績持續(xù)提升提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，其效果已在這五年的運行中逐步顯現(xiàn)出來。具體體現(xiàn)在以下幾個方面:（1）電站安全性能不斷提高；（2）電站運行業(yè)績不斷改善；（3）電站經(jīng)濟效益得到提升；（4）電站“軟”實力得到增強。

2.1 電站安全性能不斷提高

針對性的變更改造使電站的許多安全相關(guān)系統(tǒng)的性能得以極大改善，提高了機組的整體安全性能。如共箱母線改造的成功實施，UPS系統(tǒng)改造等，消除了潛在的安全隱患，顯著提高了電站的安全性和可靠性。

2.2 電站運行業(yè)績不斷改善

變更改造使電站與發(fā)電相關(guān)系統(tǒng)的性能得以不斷改善，從而使電站的運行性能不斷提高。這主要體現(xiàn)在:一是連續(xù)發(fā)電時間增加，2007年4月22日，秦山三核1號機組在整個第三次循環(huán)周期中實現(xiàn)不停堆連續(xù)安全運行463天，創(chuàng)造了自投入商業(yè)運行以來安全運行的新紀錄；二是機組能力因子不斷上升，見圖1；三是WANO綜合性能指標不斷提升，見圖2。

2.3 電站經(jīng)濟效益得到提升

電站通過變更改造和技術(shù)改進逐步尋找到了經(jīng)濟效益的新增長點。尤其是8 MW帶來了顯著效益，兩臺機組出力合計提升16 MW，在不需增加任何投入和運行成本的情況下每年可增加發(fā)電量1.2億kW·h，增加經(jīng)濟效益人民幣5 000多萬元，按電站壽期40年計算，兩臺機組將增加發(fā)電量48億kW·h，經(jīng)濟效益十分可觀。另外，測算表明，48億kW·h發(fā)電量相當于少消耗164萬t標準煤，減少二氧化碳排放350萬t，減少二氧化硫排放約2.64萬t，環(huán)境效益也十分突出。

同時電站還在積極尋求其他方面的突破，60Co項目、利用壓水堆回收鈾項目等今后的成功實施都將給電站帶來較好的經(jīng)濟效益。

2.4 電站“軟”實力得到增強

圖1 機組能力因子Fig. 1 Unit capability factor

圖2 WANO相關(guān)指標和綜合排名Fig. 2 WANO performance indicators and comprehensive ranking

通過不斷努力，電站實施的不少改進是同類型電站首次開發(fā)應用，并具有自己的知識產(chǎn)權(quán)。目前，電站已獲得7項專利，4項專利申請得到國家專利局受理。如冷卻水系統(tǒng)用緩蝕劑項目使常規(guī)島冷卻水系統(tǒng)的腐蝕速率大大降低；開發(fā)電站儀控綜合培訓裝置，為電站的儀控檢修和操作人員提供了一個過程測量與控制的調(diào)試、操作、維護的培訓平臺；開發(fā)的冰塞技術(shù)為一些無法正常隔離設(shè)備的檢修創(chuàng)造了條件，不僅適用于重水堆核電站，也同樣適用于其他核電站、常規(guī)電廠、化工企業(yè)工藝系統(tǒng)的隔離，具有普遍的適用性，具有推廣價值和應用前景。這些改進對技術(shù)人員能力的提升，對標準、法規(guī)的理解和掌握均取得了明顯實效。

3 結(jié)束語

經(jīng)過五年的艱苦歷練，秦山三核已充分認識到只有通過不斷實施技術(shù)改進與創(chuàng)新，才能持續(xù)提升電站管理水平和安全生產(chǎn)業(yè)績。秦山三核非常注重對電站變更管理流程的完善和改進，業(yè)已建立起了一套控制有效、高效實用的管理體系和技術(shù)支持體系，為變更改造和技術(shù)改進的全過程質(zhì)量控制提供了保障。

秦山三核對電站全壽期安全穩(wěn)定可靠經(jīng)濟運行的追求決定了電站的變更改造和技術(shù)改進將是長期的與艱巨的，需要我們做好總體規(guī)劃和經(jīng)驗反饋，不斷完善優(yōu)化系統(tǒng)配置，提高設(shè)備可靠性，為保持電站良好運行業(yè)績繼續(xù)努力。

[1] 秦山第三核電有限公司建設(shè)經(jīng)驗匯編[M]. 北京:原子能出版社，2003.

[2] 秦山三期核電工程建設(shè)和重大技術(shù)改進[R]，秦山三核，2006，12.

[3] 1號機組2 0 0 7年度瞬態(tài)管理報告[R]，9801-97740-ITR-08-034.

[4] 2號機組2 0 0 7年度瞬態(tài)管理報告[R]，9802-97740-ITR-08-035.

[5] 電氣設(shè)備可靠性調(diào)研報告[R]，98-50000-ITR-07-70.

[6] 儀控設(shè)備問題調(diào)研及更換規(guī)劃[R]，98-60000-ITR-07-71.

Technical improvement in Qinshan Phase Ⅲ nuclear power plant after commercial operation

ZHANG Zhen-hua
（Third Qinshan Nuclear Power Co.，Ltd.，Haiyan of Zhejiang Prov. 314300，China)

Qinshan NPP Phase III （PHWR) Project is one of the national key projects during the “9th Five-year Plan”，the first commercial heavy water reactor nuclear power plant in China，and the biggest trade project between China and Canada. Qinshan Phase III Project adopts the proven CANDU-6 reactor technology and refers to Wolsong Unit 3 and Unit 4 in Korea. Because of the difference of the site condition and standards，specific country situation and lack of operation feedback，it is greatly challenged to keep the safe and stable operation of Qinshan Phase III plant during earlier commercial operation. Qinshan Phase III analyzed and investigated the hidden troubles and hotspots，proposed the modifications and technical improvements，and great improvements were achieved in safety performance，operating performance，and economic efficiency. This paper describes the important modifications and technical improvements in Qinshan Phase III，and the effects after implementation，which can serve as reference to similar projects.

Qinshan Phase III （PHWR)； nuclear power plant； technical improvement

TL423

A

1674-1617（2009)04-0292-05

2009-09-30

張振華（1963—），男，浙江紹興人，研究員級高級工程師，學士學位，自動化控制專業(yè)。