前言
        發(fā)電廠根據(jù)所利用一次能源形式的不同，可分為火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、核電廠、風(fēng)力發(fā)電廠、太陽能發(fā)電廠等，其中核電由于能夠改善能源結(jié)構(gòu)、減少環(huán)境污染、延長發(fā)電機(jī)組壽命、緩解交通運(yùn)輸緊張等原因，在我國發(fā)揮越來越大的作用。目前，我國的核電方針也由原來的“適度發(fā)展核電”調(diào)整為“積極推進(jìn)和發(fā)展核電”，體現(xiàn)了國家對核電發(fā)展的重視和認(rèn)可。
        百萬千瓦級的壓水堆核電站是國家早在1983年就已經(jīng)明確的核電技術(shù)路線，其原型是從法國引進(jìn)的M310壓水堆堆型，曾應(yīng)用于我國大亞灣核電站的建設(shè)；其后的廣東嶺澳核電站是以大亞灣核電站為參考，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋進(jìn)行了多項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)而實(shí)施的設(shè)計(jì)和施工；目前國內(nèi)核電發(fā)展方向則是以第二代或二代半核電站為參考基礎(chǔ)，積極引進(jìn)消化和應(yīng)用第三代核電技術(shù)。湖北咸寧核電項(xiàng)目采用的就是第三代核電技術(shù)：AP1000（先進(jìn)型壓水堆核電機(jī)組）。AP1000是美國西屋公司開發(fā)的一種雙環(huán)路1000 MW的壓水堆核電機(jī)組，采用的是一種“非能動型安全技術(shù)”，利用物質(zhì)的重力、慣性，流體的自然對流、擴(kuò)散、蒸發(fā)、冷凝等物理原理，無須外界動力驅(qū)動系統(tǒng)，只要相應(yīng)的通風(fēng)、冷卻水等支持系統(tǒng)，在緊急情況下，就能冷卻反應(yīng)堆廠房并且?guī)ё叻磻?yīng)堆產(chǎn)生的余熱。這一技術(shù)被公認(rèn)為是目前最安全、最先進(jìn)的核電技術(shù)。
        核電站和其它常規(guī)發(fā)電廠相比有一系列的特殊性， 這些特性要求電網(wǎng)必須給予重視和解決：(1)核電的安全問題具有廣泛的社會影響和政治影響，因此核電從設(shè)計(jì)、建造、調(diào)試、運(yùn)行等方面有一系列嚴(yán)格的安全規(guī)范必須遵守；這些規(guī)范既使核電在沒有外部電源時(shí)，仍能保證核安全，同時(shí)也確保電網(wǎng)外部的條件不能削弱核安全的管理并有利于增強(qiáng)核電的安全性；(2)核電站本身的運(yùn)行狀態(tài)，包括啟動、負(fù)荷調(diào)整、各種運(yùn)行狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換、外部電源和廠內(nèi)電源的狀態(tài)，也必須遵守相應(yīng)的強(qiáng)制性技術(shù)規(guī)范； 這些標(biāo)準(zhǔn)使電網(wǎng)在考慮核電的運(yùn)行方式，調(diào)度核電機(jī)組時(shí)有所限制；(3)任何擁有和運(yùn)行核電站的電網(wǎng)， 必須對核電站的要求給予充分的關(guān)注。包括在“黑啟動”（指電力系統(tǒng)在經(jīng)受大的擾動或故障而發(fā)生大面積停電事故后，依靠本身的自啟動機(jī)組或依靠臨近電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線支援，逐步恢復(fù)系統(tǒng)各運(yùn)行元件和供電服務(wù)到正常運(yùn)行狀態(tài)的過程。）及電網(wǎng)恢復(fù)計(jì)劃中，始終將恢復(fù)核電站廠外電源作為最優(yōu)先的目標(biāo)。因此，根據(jù)各個電網(wǎng)的特點(diǎn)，研究核電站的特殊要求，是設(shè)計(jì)并實(shí)施電網(wǎng)安全策略和恢復(fù)方案的一個重要問題。
        1.  核電站的特點(diǎn)
        1.1  核安全防護(hù)
        核電站的核安全保障是基于3層次的縱深防御策略 ：(1)核燃料組件。核燃料組件包括核燃料物質(zhì)和包殼。燃料物質(zhì)采用化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，在高溫(2000℃ 以上)環(huán)境下，仍能保持化學(xué)穩(wěn)定，并對水不產(chǎn)生正反應(yīng)的復(fù)合物質(zhì)構(gòu)成，這種物質(zhì)確保一旦核燃料外泄時(shí)，不會產(chǎn)生更多的熱量；核燃料包殼采用化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，耐輻射、耐高溫、耐腐蝕、傳熱性能優(yōu)良的鋯合金制造，防止核燃料組件破壞，放射物質(zhì)流入反應(yīng)堆一回路中；(2)一回路壓力邊界。該壓力邊界主要由反應(yīng)器外殼和一回路管道構(gòu)成。放射物質(zhì)一旦泄漏進(jìn)入一回路中，即由厚度達(dá)數(shù)厘米的金屬外殼防護(hù)，防止放射物質(zhì)進(jìn)入反應(yīng)堆中；(3)反應(yīng)堆安全殼。厚達(dá)1m左右的鋼筋混凝土外殼將核島設(shè)備密封，作為核島的最后一道屏障，防止放射物質(zhì)擴(kuò)散至周圍環(huán)境中。最大限度地防止核事故對環(huán)境的影響。
        為使核防御策略在核安全受到威脅時(shí)有效地發(fā)揮作用，核電站廠內(nèi)外電源的有效性十分重要，廠用電源除確保核安全所需的關(guān)鍵設(shè)備有效工作外，還是核電站常規(guī)島，如發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)安全的重要保證。廠用電源在以下幾個方面有重要影響：
        (1)停機(jī)停堆。核電站一旦發(fā)生事故，如與電網(wǎng)解列，為避免事故擴(kuò)大，防止核事故發(fā)生，將發(fā)電機(jī)組安全停機(jī)及將反應(yīng)堆安全停堆是首要的工作。將發(fā)電機(jī)組安全停機(jī)的關(guān)鍵是機(jī)組的操作電源。機(jī)組的操作電源包括交流操作電源和直流操作電源。這些電源將提供停機(jī)所需的開關(guān)操作電源、潤滑油泵電源、交流操作電源及使機(jī)組安全停機(jī)的盤車電源。在盤車電源不可用時(shí)，應(yīng)人工盤車。核電站的停堆是確保核安全的關(guān)鍵。只有可靠停堆，才能確保核反應(yīng)產(chǎn)生的熱量最少，避免發(fā)生堆芯熔化等嚴(yán)重事故。在核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中，為確保在核電站失去廠用電后，仍能實(shí)現(xiàn)停堆，采用通過失電釋放控制棒實(shí)現(xiàn)緊急停堆。而在廠用電可用的情況下，可實(shí)現(xiàn)正常的停堆，也能實(shí)現(xiàn)快速停堆。
        (2)余熱導(dǎo)出。僅將反應(yīng)堆停堆并不能保證核安全，必須將核反應(yīng)產(chǎn)生的熱量順利導(dǎo)出反應(yīng)器，即從一回路導(dǎo)至二回路，才能確保反應(yīng)堆的安全。在余熱導(dǎo)出過程中，廠用電源非常關(guān)鍵，廠用電源確保了一回路和二回路安全功能有效工作。
        (3)控制排放。一旦發(fā)生反應(yīng)堆外殼破裂或一回路設(shè)備損壞的嚴(yán)重事故，確保安全殼的安全，防止放射物質(zhì)向環(huán)境不受控制地排放， 必須進(jìn)行有效地控制，包括對反應(yīng)堆噴淋降壓及消污。在這個過程中，廠用電源必不可少。
        此外，廠用電源還是大量控制設(shè)備可靠工作的基礎(chǔ)，因此，在核電站的安全防護(hù)體系中，廠用電源的可靠性十分重要。
        1.2   廠用電系統(tǒng)
        1.2.1  電源
        基于上述的考慮， 核電站的廠用電源設(shè)計(jì)采用高可靠性的原則，并作為核安全規(guī)范的一部分。該規(guī)范中與外部電源相關(guān)的最基本的要求是：
        必須設(shè)立彼此獨(dú)立的廠外電源和廠內(nèi)電源， 以確保對電廠安全有重要影響的設(shè)備的供電； 廠外電源必須由至少2個物理上獨(dú)立的電路將電網(wǎng)聯(lián)接到廠用安全母線上。
        圖1是大亞灣核電站廠用電系統(tǒng)(6．6kV 及以上部分)的示意。在該核電站中，每一核電機(jī)組的廠用電系統(tǒng)由如下電源供電：(1)接于發(fā)電機(jī)機(jī)端26kV母線的廠用高壓變壓器，向2段6．6kV 廠用供電母線供電；(2)接于220kV 線路的2組輔助變壓器，分別向另外2段6．6 kV 廠用供電母線提供備用；(3)2組100％互為備用的廠內(nèi)柴油發(fā)電機(jī)，向核電站提供應(yīng)急電源。
        
        圖1 大亞灣核電站廠用電系統(tǒng)(6．6kV 以上部分)示意圖
        該廠用電供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完全滿足規(guī)范的要求：核電站廠用電在500kV電網(wǎng)可用時(shí)，完全由廠用高壓變壓器供電。而220kV輔助電源即提供了另一個物理上獨(dú)立的電路將廠用電安全母線聯(lián)接到外電源中。核電站廠用電系統(tǒng)除上述電源外，還包括主要用于操作機(jī)構(gòu)供電和控制系統(tǒng)供電的直流系統(tǒng)，直流系統(tǒng)通常由蓄電池組和整流設(shè)備組成。

        1.2.2  廠用負(fù)荷
        上述核電站的廠用電負(fù)荷， 即電站的附屬設(shè)備按照供電需求不同分為4類：(1)發(fā)電機(jī)組附屬設(shè)備：即機(jī)組正常運(yùn)行所必須的附屬設(shè)備，如給水泵和反應(yīng)堆冷卻劑泵等；(2)永久性附屬設(shè)備：機(jī)組停機(jī)后仍需繼續(xù)供電的部分；(3)應(yīng)急附屬設(shè)備：核安全和保護(hù)設(shè)施或電站主要設(shè)備所需要的附屬設(shè)備；(4)公用附屬設(shè)備：電站照明及公共服務(wù)設(shè)施。
        廠用負(fù)荷的類別決定了廠用電系統(tǒng)的運(yùn)行方式：一切正常時(shí)，全部廠用負(fù)荷的配電系統(tǒng)由機(jī)組的26 kV母線經(jīng)廠用高壓變壓器供電，該母線在機(jī)組運(yùn)行時(shí)由發(fā)電機(jī)供電而當(dāng)發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)則由外電網(wǎng)經(jīng)主變壓器供電；26 kV 母線失電或廠用高壓變壓器A不可用時(shí)， 則由220kV 電網(wǎng)經(jīng)輔助變壓器向永久性、應(yīng)急和公用設(shè)備供電；主網(wǎng)和輔助電源都不可用時(shí)，則由柴油發(fā)電機(jī)向應(yīng)急附屬設(shè)備供電。
        廠用電系統(tǒng)的運(yùn)行方式變化的根本目的，是盡可能提高核安全的可靠性。
        1.2.3  廠外電源
        在核電站廠用電源中，廠外電源非常重要，它提供了主廠用電源和輔助備用電源。核電站國際組織WANO（世界核電運(yùn)營者協(xié)會）在其重要運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)報(bào)告中認(rèn)為：“電網(wǎng)失去或異常降壓是核電廠所能發(fā)生的最嚴(yán)重的安全重大事件。很多電廠的安全概率評估結(jié)果清楚地表明，廠外電源失去(電網(wǎng)失去)是堆芯估算損壞概率的最大原因之一”。廠外電源是否可靠，主要決定于電網(wǎng)的運(yùn)行情況。為確保安全，核電安全規(guī)范對廠外電源的運(yùn)行方式做了一系列規(guī)定，表1列出了一座2×1000 MW 核電站的部分安全準(zhǔn)則要求 。
        表1：
        主供廠用電源 輔助電源 廠內(nèi)柴油發(fā)電機(jī)        準(zhǔn)則 
        可用 可用 至少1臺可用 可以運(yùn)行 
        可用 預(yù)計(jì)停電36h以上 2臺可用 停機(jī)停堆 
        可用 預(yù)計(jì)停電72h以上 1臺不可用 停機(jī)停堆 
        可用 不可用 2臺不可用 停機(jī)停堆 
        不可用 可用 2臺可用 熱停堆 
        不可用 不可用 2臺可用 冷停堆 
        從表1可看出，任一廠外電源不可用，在大多數(shù)情況下，核電機(jī)組必須轉(zhuǎn)入備用狀態(tài)，甚至停堆。
        2． 電網(wǎng)的安全策略
        基于核安全的極端重要性，對具有商業(yè)性運(yùn)行的核電站的電網(wǎng)，應(yīng)采取必要的安全策略來減少核電站失去廠外電源的風(fēng)險(xiǎn)。
        2.1  定期審核核電站失去廠外電源的風(fēng)險(xiǎn)
        核電站失去廠外電源的主要事件是：(1) 電網(wǎng)崩潰導(dǎo)致核電站外部電源全部不可用。電網(wǎng)的崩潰原因很難預(yù)先確定，通常是對電網(wǎng)局部事故的防范措施不當(dāng)導(dǎo)致事故擴(kuò)大，或電網(wǎng)遭受了超過設(shè)計(jì)和防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的事故， 如颶風(fēng)和地震災(zāi)害影響的結(jié)果。(2)與核電站相聯(lián)的局部電網(wǎng)事故導(dǎo)致核電站外部電源全部不可用。雖然核電站主廠用電源和輔助電源接人了物理上彼此獨(dú)立的電路。但由于技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，在外部電網(wǎng)中，這2個接人點(diǎn)通常處于同一局部電網(wǎng)中，因此，在考慮核電站失去廠用電源事件時(shí)，必須考慮該局部電網(wǎng)的安全性。(3)核電站主供廠用電源有關(guān)的輸變電設(shè)備和輔助電源同時(shí)失去。該事件同樣導(dǎo)致核電站外部電源全部不可用。這種情況與輸變電設(shè)備的運(yùn)行管理密切相關(guān)。
        核電站失去廠外電源的風(fēng)險(xiǎn)通常采用可靠性指標(biāo)來表示。通過對相關(guān)事故的計(jì)算分析，可清楚揭示核電站失去廠外電源的風(fēng)險(xiǎn)。對核電站失去廠外電源風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定期審核是一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，通過評估，將有利于揭示電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，及時(shí)采取措施，保證電網(wǎng)滿足安全規(guī)范的要求。
        2.2  嚴(yán)格執(zhí)行核安全關(guān)于廠外電源的運(yùn)行規(guī)范
        核安全規(guī)范是核電站的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。在電網(wǎng)運(yùn)行中， 嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范將有利于提高核安全水平，并最大限度降低核電站因遵守規(guī)范對電網(wǎng)可能產(chǎn)生的不利影響。這包括：(1)避免不合理的運(yùn)行方式，如廠外主供電源和輔助電源同時(shí)檢修或廠內(nèi)柴油機(jī)和廠外電源同時(shí)檢修，當(dāng)廠外電源可能出現(xiàn)違反規(guī)范的可能性時(shí)，就盡快做好準(zhǔn)備，減少一旦機(jī)組停機(jī)對電網(wǎng)的影響；(2)在主供廠用電源不可用時(shí)，應(yīng)允許核機(jī)組按規(guī)程轉(zhuǎn)入備用或停機(jī)狀態(tài)；(3)不要強(qiáng)令核電機(jī)組在可能與核安全規(guī)范沖突的狀態(tài)運(yùn)行。如不要為了核電機(jī)組盡快并網(wǎng)，在廠用電源不允許的情況下，將反應(yīng)堆置于熱備用狀態(tài)。在核電機(jī)組出現(xiàn)超越規(guī)范的情況時(shí)，應(yīng)創(chuàng)造條件使機(jī)組狀態(tài)符合核安全的要求。
        2.3   采取必要的安全措施提高對核電站廠外電源供電的可靠性
        包括采取適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行方式，防止核電站所在的局部電網(wǎng)出現(xiàn)穩(wěn)定問題，防止頻率崩潰，防止電壓異常升高；采取合適的解列措施防止主供電源和輔助電源同時(shí)失電。
        2.4   將核電站廠外電源列為最優(yōu)先的恢復(fù)目標(biāo)
        電網(wǎng)大停電后，由于核電站安全支持系統(tǒng)不能有效發(fā)揮作用，因此這種狀態(tài)不但是電網(wǎng)最嚴(yán)重的情況，也是核電站最嚴(yán)重的緊急狀態(tài)。特別是在廠內(nèi)交流應(yīng)急電源不正常時(shí)，這種狀態(tài)將直接威脅核安全，產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。因此，在全世界所有具有核電機(jī)組的電網(wǎng)中，其黑啟動計(jì)劃和電網(wǎng)恢復(fù)方案都將最優(yōu)先恢復(fù)核電站的廠用電作為其目標(biāo)。
        核電機(jī)組由于容量大，一般直接接于超高壓電網(wǎng)，因此，在超高壓電網(wǎng)未恢復(fù)前，機(jī)組一般不能并網(wǎng)，在很多情況下，也不能獲得廠外電源供應(yīng)。但超高壓電網(wǎng)的恢復(fù)必須考慮很多因素，這些因素在恢復(fù)初期很難滿足，包括：超高壓線路充電功率造成持續(xù)工頻過電壓和機(jī)組自勵磁；在小系統(tǒng)中超高壓線路操作造成的暫態(tài)過電壓；向大型變壓器充電時(shí)的磁涌造成的動態(tài)過電壓；小系統(tǒng)短路電流不足使保護(hù)動作可靠性減少等。由于這些原因，超高壓電網(wǎng)的恢復(fù)往往需要在一部分大機(jī)組恢復(fù)后才能恢復(fù)，但大機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行受負(fù)荷恢復(fù)情況影響很大，后者往往需要相當(dāng)長的時(shí)間。因此，對核電站廠外電源的恢復(fù)并不容易，需要周密的安排。恢復(fù)計(jì)劃也應(yīng)包括線路搶修安排，一旦核電站所有出線受到破壞，應(yīng)最優(yōu)先搶修至少一回線路。
        2.5   建立可靠的溝通機(jī)制確保電網(wǎng)和核電站協(xié)調(diào)工作
        根據(jù)WANO的經(jīng)驗(yàn)和各國電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在電網(wǎng)和核電站間建立有效運(yùn)作的溝通機(jī)制是確保核電和電網(wǎng)安全的重要手段， 這些機(jī)制通常包括：簽訂有關(guān)的并網(wǎng)協(xié)議和運(yùn)行細(xì)則，明確雙方的責(zé)任和權(quán)利； 建立工作機(jī)構(gòu)間的定期協(xié)商機(jī)制，對雙方的維修計(jì)劃、運(yùn)行安排進(jìn)行協(xié)調(diào)，并對未來的電網(wǎng)情況和電站狀態(tài)交換信息；建立密切的日常工作聯(lián)系，包括對有關(guān)人員和工作機(jī)構(gòu)落實(shí)責(zé)任和授權(quán)；能根據(jù)外部環(huán)境的變化，不斷完善有關(guān)的規(guī)章和執(zhí)行方式。
        2.6   建立有效的通信手段
        事故情況下， 核電站和電網(wǎng)間需要交換大量至關(guān)重要的信息，包括核電站和電網(wǎng)的狀態(tài)、電站和電網(wǎng)的要求、有關(guān)的操作指令等。因此，保持核電運(yùn)行人員和電網(wǎng)調(diào)度的有效通信聯(lián)系非常關(guān)鍵。通常必須設(shè)立多渠道的通信手段，包括熱線、專用網(wǎng)，并利用公用電信網(wǎng)作為輔助手段，避免同時(shí)中斷。
        總結(jié)：
        由于核安全有重大的政治和社會影響，因此，具有商業(yè)核電站運(yùn)行的電網(wǎng)必須根據(jù)電站和電網(wǎng)的情況。采取必要的安全策略和措施，重點(diǎn)是提高電網(wǎng)的可靠性， 減少核電站失去全部廠外電源的風(fēng)險(xiǎn)。在電網(wǎng)運(yùn)行中。應(yīng)在核電站和電網(wǎng)間建立有效的工作協(xié)調(diào)機(jī)制，保持包括通信設(shè)施在內(nèi)的技術(shù)手段的正常工作，在電網(wǎng)瓦解時(shí)，應(yīng)將恢復(fù)核電站廠用電作為最優(yōu)先的目標(biāo)之一。

建筑資質(zhì)代辦咨詢熱線：13198516101

版權(quán)聲明：本文采用知識共享 署名4.0國際許可協(xié)議 [BY-NC-SA] 進(jìn)行授權(quán)

文章名稱：《核電站電力系統(tǒng)安全策略》

文章鏈接：http://www.kaputelugumatrimony.com/41322.html

該作品系作者結(jié)合建筑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、政府官網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)知識整合。如若侵權(quán)請通過投訴通道提交信息，我們將按照規(guī)定及時(shí)處理。