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        一次調(diào)頻對核電廠運(yùn)行影響的簡要分析

        2016-12-31 00:00:00韓冰
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年12期

        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),因此有必要對核電機(jī)組在一次調(diào)頻動作時(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)頻動作對核電機(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)組頻差動作死區(qū)前,Kδf會持續(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)動作。

        c.由于熱脹冷縮,主冷卻劑系統(tǒng)平均溫度的變化會引起穩(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)波動時(shí)主要系統(tǒng)的響應(yīng)

        方家山兩臺機(jī)組是額定功率1089MWe的百萬千瓦級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,立即手動降功率至1040MWe,后又自動突升至1057MWe,手動降功率至1040MWe,后由于一次調(diào)頻頻繁動作,手動繼續(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)壓器壓力波動最大0.4MPa,蒸發(fā)器水位最大波動0.15m。

        在機(jī)組一次調(diào)頻動作后,對機(jī)組負(fù)荷有較大擾動,不利于機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行,后對機(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”、“2RGL021KA1功率偏差”、“2GRE359KA網(wǎng)頻擾動——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)擾動明顯變小。

        在對一次調(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)波動對核電機(jī)組影響可能會越來越頻繁,通過對方家山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)擾動能力,當(dāng)電網(wǎng)頻率在較小范圍波動時(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號機(jī)組高級運(yùn)行培訓(xùn)教材[Z].2013-4.

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