先進(jìn)三代核電機(jī)組甩負(fù)荷至廠用電試驗(yàn)瞬態(tài)分析

楊曉輝

摘 要：該文章對(duì)核電機(jī)組甩負(fù)荷至廠用電的試驗(yàn)進(jìn)行了充分的介紹，通過(guò)試驗(yàn)過(guò)程中的重要數(shù)據(jù)的分析，驗(yàn)證核電機(jī)組的安全性能，同時(shí)對(duì)重要的參數(shù)進(jìn)行趨勢(shì)分析，為核電廠的瞬態(tài)試驗(yàn)積累了良好的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為后續(xù)機(jī)組的調(diào)試打下良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：核電廠;甩負(fù)荷;瞬態(tài);廠用電

1 概述

核電廠喪失負(fù)荷主要是由于電網(wǎng)擾動(dòng)喪失外電負(fù)荷引起的，屬于核電廠安全分析中的中等頻率事件，及II類事故。中等頻率事件預(yù)期不應(yīng)導(dǎo)致燃料元件損壞或反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)或二回路系統(tǒng)超壓。因此核電機(jī)組在調(diào)試階段就要進(jìn)行甩負(fù)荷至廠用電的試驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)組的性能滿足要求，保證機(jī)組在功率運(yùn)行期間能夠安全的應(yīng)對(duì)各種非預(yù)期的瞬態(tài)事件。甩負(fù)荷瞬態(tài)最大的狀況就是滿功率情況甩負(fù)荷至廠用電，因此新建機(jī)組在商運(yùn)之前都要進(jìn)行各種瞬態(tài)試驗(yàn)，其中就包括甩負(fù)荷至廠用電試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)過(guò)程介紹及瞬態(tài)分析

機(jī)組處于模式1，與電網(wǎng)并網(wǎng)，機(jī)組反應(yīng)堆功率在滿功率運(yùn)行，在當(dāng)前機(jī)組狀態(tài)下打開(kāi)主變高壓側(cè)開(kāi)關(guān)，機(jī)組進(jìn)入孤島運(yùn)行階段，在穩(wěn)定機(jī)組狀態(tài)且收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)完成后，機(jī)組帶廠用電運(yùn)行30分鐘后進(jìn)行試驗(yàn)恢復(fù)。

主控室手動(dòng)斷開(kāi)主變高壓側(cè)開(kāi)關(guān)后，發(fā)電機(jī)電流迅速降低。汽輪機(jī)超速保護(hù)控制功能在不平衡負(fù)荷達(dá)到30%時(shí)動(dòng)作，高壓主調(diào)門和再熱調(diào)門關(guān)閉，防止汽輪機(jī)超速跳機(jī)。當(dāng)汽輪機(jī)超速保護(hù)控制信號(hào)后，高壓主調(diào)門和再熱調(diào)門重新開(kāi)啟，使汽輪機(jī)能夠在發(fā)生瞬態(tài)工況時(shí)過(guò)度到孤島運(yùn)行的穩(wěn)定狀態(tài)。

一旦高壓主調(diào)門開(kāi)始關(guān)閉，通往汽機(jī)的蒸汽流量快速關(guān)小，汽輪機(jī)沖動(dòng)級(jí)的壓力迅速降低。在探測(cè)到汽輪機(jī)沖動(dòng)級(jí)壓力在兩分鐘內(nèi)降低超過(guò)10%，處于平均溫度控制模式的汽輪機(jī)旁排閥得到允許打開(kāi)指令，開(kāi)始根據(jù)一回路平均溫度偏差信號(hào)調(diào)節(jié)打開(kāi)，以增大二回路的負(fù)荷。同時(shí)溫度調(diào)節(jié)棒組M棒也將根據(jù)一回路平均溫度偏差信號(hào)開(kāi)始插棒，以減小反應(yīng)堆的功率。當(dāng)探測(cè)到汽輪機(jī)負(fù)荷在120S內(nèi)降低40%，快速降功率系統(tǒng)將預(yù)先選定的控制棒組落入堆芯，將反應(yīng)堆功率降低50%～70%。旁排閥、機(jī)械補(bǔ)償棒組和RPR棒組共同作用，使得一回路和二回路的功率得到匹配，反應(yīng)堆的溫度和壓力不會(huì)明顯增加，機(jī)組的各項(xiàng)參數(shù)控制在合理的范圍內(nèi)。

瞬態(tài)期間，在反應(yīng)堆功率降低至20%之前，除檢查確認(rèn)自動(dòng)保護(hù)動(dòng)作動(dòng)作之外，操縱員不進(jìn)行手動(dòng)干預(yù)，完全由機(jī)組的自動(dòng)動(dòng)作響應(yīng)機(jī)組瞬態(tài)，保證機(jī)組處在安全的狀態(tài)。反應(yīng)堆功率降低至20%之后，操縱員根據(jù)異常運(yùn)行規(guī)程的指導(dǎo)將控制棒置于手動(dòng)狀態(tài)維持反應(yīng)堆的功率在12%～20%之間。機(jī)組狀態(tài)穩(wěn)定后，操縱員在瞬態(tài)發(fā)生后6小時(shí)內(nèi)根據(jù)異常運(yùn)行規(guī)程將RPR棒組恢復(fù)至技術(shù)規(guī)格書(shū)要求的棒位。

2.1 反應(yīng)堆功率

主變高壓開(kāi)關(guān)斷開(kāi)2秒，隨著主汽門的關(guān)閉，汽輪機(jī)沖動(dòng)級(jí)壓力從100%降低至40%，快速降功率系統(tǒng)觸發(fā)，RPR棒組落入堆芯，反應(yīng)堆功率降低至43%，整個(gè)過(guò)程反應(yīng)堆功率沒(méi)有上升的趨勢(shì)。

2.2 穩(wěn)壓器液位

甩負(fù)荷瞬間，二回路熱量導(dǎo)出能力不足造成一回路冷卻劑體積膨脹，穩(wěn)壓器液位短時(shí)有小幅升高，從44%瞬時(shí)升高至46%。隨后由于RPR觸發(fā)，控制棒落棒及旁排閥瞬間全開(kāi)，一回路冷卻劑收縮，穩(wěn)壓器液位收縮，液位降至41%.隨著功率繼續(xù)降低，最終穩(wěn)定在目標(biāo)功率對(duì)應(yīng)的參考液位。

2.3 蒸汽發(fā)生器、除氧器液位及壓力響應(yīng)

GCB斷開(kāi)瞬間，由于SG蒸汽壓力突升，SG內(nèi)產(chǎn)生一陡降的虛假液位，最低降至約35.2%，隨后開(kāi)始上升，最高達(dá)到607%。給水調(diào)閥響應(yīng)正常，最終SG液位穩(wěn)定在52%左右。

SG1/2液位測(cè)量的是環(huán)形下降段的水位，其瞬態(tài)變化主要與SG壓力（蒸汽母管壓力變化滯后SG壓力）有關(guān)，后續(xù)調(diào)節(jié)過(guò)程變化才反映到由總給水流量的大小決定高、低功模式的液位控制，因?yàn)樨?fù)荷驟減導(dǎo)致SG的壓力驟升，導(dǎo)致SG蒸汽壓力升高，管束沸騰段減少，流動(dòng)阻力減少，環(huán)形上升段的濕蒸汽流速加快，水位下降，主給水閥響應(yīng)正常，由80%開(kāi)大至85%，過(guò)冷水的涌入進(jìn)一步降低了SG液位，最終出現(xiàn)最低值35.58%、35.03%。當(dāng)汽水循環(huán)恢復(fù)正常后，SG液位開(kāi)始回升，波動(dòng)至最大值61.055%、61.495%，最終由SG液位控制系統(tǒng)將液位穩(wěn)定在53%左右，對(duì)應(yīng)給水調(diào)閥開(kāi)度在28.5%;兩臺(tái)SG壓力初態(tài)為5.53MPa，開(kāi)始由于甩負(fù)荷而驟然增加，后續(xù)由處在Tavg模式的旁排的控制器減緩了壓力的增大，最終由處在壓力控制模式的旁排系統(tǒng)控制自動(dòng)穩(wěn)定在7.237MPa。

2.4 一回路冷卻劑溫度、壓力的變化

主變高壓側(cè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，由于二回路甩負(fù)荷，反應(yīng)堆功率超過(guò)二回路功率，一回路平均溫度有略微上升的趨勢(shì)。甩負(fù)荷過(guò)程開(kāi)始后，旁排和RPRS動(dòng)作使Tavg從300.7℃陡降至2964℃，然后又很快升到298.3℃，隨后緩慢降至294.15℃。

PZR壓力初始由于冷卻劑溫度降低收縮，壓力降至15097MPa，電加熱器自動(dòng)投入。Tavg上升時(shí)，冷卻劑膨脹，PZR壓力也快速升至15.399MPa，隨后開(kāi)始波動(dòng)，在恢復(fù)RPR掉落棒位時(shí)最高波動(dòng)至15.559MPa。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)瞬態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證，機(jī)組在經(jīng)歷甩負(fù)荷至廠用電瞬態(tài)時(shí)，各項(xiàng)參數(shù)都在安全范圍內(nèi)，不會(huì)觸發(fā)反應(yīng)堆停堆和汽輪機(jī)停機(jī)，說(shuō)明各個(gè)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭濱.機(jī)組從100%滿功率甩負(fù)荷到廠用電運(yùn)行的核電站瞬態(tài)分析[J].核動(dòng)力工程，2001.