海南核电安稳装置可行性分析

黄景昊+吴海杰

【摘 要】海南昌江核电#1机组2015年12月正式商运，单机容量650MW。结合海南电网网架、装机及负荷情况，核电投产后，海南电网将存在调峰及安全稳定运行问题，需采取相应的安全分析和应对措施。本文针对昌江核电机组特点，对海南昌江核电一次调频能力、控制策略进行了分析，并提出了安稳装置可能出现的问题及解决办法。

【关键词】安稳装置；一次调频；控制策略

0 前言

随着电力工业的发展，电力系统的规模不断扩大，电网结构日益复杂，单机容量进一步提高。与此同时，由于受到环境和经济等因素的制约， 区域间联网和远距离大容量输电系统的不断出现，系统运行更加接近极限状态，这使得电力系统暂态稳定问题日趋严重。电力系统一旦失去稳定，往往造成大范围、较长时间停电，重则可能使电力系统崩溃和瓦解。

安稳装置在预防电力系统发生异常状况，尤其是防止电网发生大面积连锁停电事故方面发挥了重要作用。安稳装置不仅可以提高电网主要线路的暂态稳定极限、改善电网的稳定水平，还可以提高电网的输送能力、避免窝电、提高电网运行效率。这样，通过安稳装置即可将整个电网的安全稳定问题纳入统一协调、集中管理、分布控制的现代化安全稳定控制系统内，使整个电网的安全稳定控制系统更加灵活、可靠、高效。

1 安稳装置切机策略介绍

1.1 海南核电开关站介绍

海南核电220kV送出工程配电装置，220kV接线为一个半断路器接线，采用屋内式全封闭组合电器（GIS）。全厂规划建设2回进线、4回出线、2回备用出线、共4个完整串。本期#1、#2机组设计时考虑2回进线、4回出线，共3个完整串。对今后可能扩建的2回备用出线间隔预留设备安装空间。

1.2 切机措施的选择

对于核电厂切机措施一般有如下两种方案：

（1）跳升压站中的边开关；

（2）跳核电机组的出口断路器（GCB）。

对于方案一，当边开关跳开时，核电机组可通过厂用变压器继续向厂用设备供电，此时核电机组处于厂用电运行状态（厂用电率约为机组满功率的5%）。此时，发电机的负荷瞬间降低至5%左右；汽轮机旁路系统打开，反应堆功率调节系统逐步将堆功率稳定在30%FP左右，汽轮机旁路系统补偿剩余部分功率，汽轮发电机组转速稳定在3120r/min左右。当这一暂态结束后，汽轮发电机组的转速将被调整到3000r/min，为机组的重新并网做好准备。理论上如果电网恢复正常时间小于24h，机组可以维持在这一状态，等待重新并网，否则应根据技术规范的规定向后备状态过渡。

对于方案二，当GCB跳开时，厂用设备直接由高压电网经主变降压供电。此时发电机组处于空载状态，为避免长时间空载运行导致汽轮机末级叶片过热受损，汽轮机旁路系统将打开，大量多余的蒸汽通过旁路阀门排入冷凝器，反应堆功率调节系统逐步将堆功率稳定在30%FP左右，汽轮机旁路系统此时作为其负载。

对比两种切机方案，方案一存在将电网负荷切换至厂用电负荷的过程，而目前核电机组切换至带厂用电运行的不成功率较高（据法国运行经验统计，不成功的概率为13%），当切换不成功时，部分负荷自动切换至辅助电源，但一回路主冷却剂泵将失电进而导致核反应堆紧急停堆，汽轮发电机组和系统解列，反应堆的冷却从原来的强迫循环冷却转为自然循环冷却，直至1h后才利用辅助电源启动一台主泵以维持一回路冷却剂循环，因此产生后果较为严重；方案二则直接由高压电网带厂用负荷，无切换时间，可靠性较高，可避免由于供电不成功引起的反应堆停堆现象。

因此，推荐采用跳核电出口断路器（GCB）的方案作为切除核电机组的实现措施。

2 安稳装置安全影响分析

2.1 安稳装置对核电站安全的分析

2.1.1 切机对核电站的影响

电网发生故障后，若采取切除核电机组的安稳措施，则核电机组自动与电网解列并转为带厂用电负荷运行。当这一暂态结束后，汽轮发电机组的转速将被调整到3000r/min，为机组的重新并网做好准备，同时调整厂用电的参数（频率、电压）。如果电网恢复正常时间小于规定时间，机组可以维持在这一状态，等待重新并网，否则应根据技术规范的规定向后备状态过渡。

由于核电站反应堆、热力和动力设备响应慢，在电力系统故障能迅速清除的情况下，如果电网能保持稳定运行，且核电站控制系统正确动作，核电厂能承受由电网引起的较大扰动，那么此时核电机组能联网运行。

2.1.2 紧急降出力对核电站的影响

为增加机组应对各种瞬态的裕度，机组设计上已满足在负荷阶跃变化±10%FP或线性变化±5%FP/min的情况下，依靠自动调节可使机组保持稳定运行而一、二回路各安全保护设施不动作。因此在电网事故情况下，核电机组有能力作为事故备用容量紧急增减出力。

2.1.3 对常规岛设备的影响

经参考秦山二厂安稳装置可知，安稳装置通过将保护信号发送到汽轮机保护系统（ETS），动作于关闭汽轮机主汽门，调门，再热主汽门，再热调门，迅速将冲动汽源切除，随后发电机正向低功率保护动作导致发电机出口断路器跳闸，实现发电机与电网的分离。

2.1.4 海南核电汽轮发电机设备技术要求

从汽机安全角度分析，海南核电两台机组运行时允许负荷骤降到厂用负荷，但为了设备安全考虑，瞬态变化不应超过200次。

2.1.5 小结

目前考虑的控制装置切机的方式对于机组的整体影响，就安全分析而言等同于汽轮机故障停运瞬态事件。汽轮机故障或事故停运作为中等频率设计瞬态，参考电厂（秦山二厂）在机组调试期间已经通过瞬态试验（停机不停堆试验）得到验证，试验结果表明：在该设计瞬态下，依靠机组现有配置能够将机组带到安全稳定运行工况。

秦山二厂在异常情况下跳开汽轮发电机组方案已经经过秦山二厂的设计单位认可。海南核电也应和设计单位确认，并编制安全分析报告，以备核安全局审批。

2.2 需要考虑的问题

2.2.1 安稳装置的可靠性分析

可靠性是指装置该动作时动作（信赖性），不该动作时不动作（安全性）。该动作时不动作为拒动，不该动作时动作为误动。因为电力系统的稳定破坏事故是扰动冲击的积累，受到诸多因素的影响，正确地预测稳定破坏并紧急控制使之维持稳定运行是一件难度极大的工作。

解决办法：

（1）防拒动配置：软硬件上独立的A/B列双冗余配置，任何一套装置动作出口跳机。

（2）防误动配置：每列装置配备大功率继电器，避免单一元件故障触发保护动作，以及电缆信号干扰触发保护。

2.2.2 安稳装置切机是否合理

由于核电机组不同于火电机组，紧急停堆对于核电机组来说，在其生命寿期内有一定的限制。所以在保证安全的前提下，尽可能减少因停机而导致反应堆停堆。

切机的基本原则应该是保证厂用电的可靠性。所以在“选跳”的情况下可以直接切除汽轮发电机组，在“全跳”的情况下只切除主变高压侧断路器，机组降负荷到厂用电运行模式，保证厂用电不会断电，从而维持一回路的正常运行。

2.2.3 安稳装置的适应性

适应性是指能适应不同电力系统及其发展和不同控制要求两个方面。就海南核电而言，为节省投资和长远考虑，安稳装置应为3、4号机组留有升级空间。

3 结论

安稳装置能够实现在预计的电网故障情况下切除输出负荷的功能，进一步提升电站接入系统供电的可靠性。考虑海南电网“大机小网”问题，且核电机组与火电机组的差异，还需设计院进一步优化控制策略，提高安稳装置自身稳定性，在保证安全的前提下尽可能不切或少切核电机组、避免误切核电机组，维持核电的安全稳定运行。

【参考文献】

[1]李宝兴.电力系统安全稳定控制的分析与展望[J].

[2]大型压水堆核电机组与电网相互影响机制的研究[J].

[责任编辑：许丽]