大型壓水堆核電站接入電網的理論和技術解析

任校江

中圖分類號：TM623 文獻標識：A 文章編號：1674-1145（2020）05-131-01

摘 要 核電入網后一般在滿載狀態下運行，以期達到最大的生產效率，但當裝機容量占電網比例達到一定程度后，核電入網即可能對電網運行穩定造成負面影響。為此本文分析大型壓水堆核電站接入電網的理論和技術，嚴格監控核電站入網后的運行狀態，為相關研究的開展提供理論參考。

關鍵詞 壓水堆核電站 接入電網 裝機容量占比

近年來，能源緊缺形勢日益嚴峻，能源結構多元化調整成為穩定能源供應狀態的重要途徑。核能因其受外部環境影響程度低、生產效率高、無污染等優勢，在電網中的占比逐漸提高。相較于發達國家，我國核電領域還存在較大的發展空間，有必要對其入網理論及技術進行分析。

一、大型壓水堆核電站入網對電網的影響

（一）潮流分布及短路電流

大型壓水堆核電站入網后，核電站本身負責電能的輸出，同時也以電網作為能源獲取渠道，該關系使得核電站與電網之間相互依賴，并對電網系統運行暫態造成一定影響。在潮流分布及短路電流方面，核電機組入網后電網穩定運行階段，其對潮流分布及短路電流的影響與同等裝機容量水平下的火電機組和水電機組大致相同，在此不做過多闡述。

（二）機組甩負荷

核電站發生運行故障后，其運行動態會發生明顯變化，嚴重時可能引發反應堆急停的現象。而電網故障是促使反應堆急停的一大原因之一，若電網與核電機組間的運行發生錯位或實際電壓、功率波動超出合理范圍，則可能導致反應堆急停。

例如，有實驗研究核電站入網穩定運行5s后主變壓器高壓側突然中斷時，核電機組與電網之間的動態響應關系。實驗中發現，核電機組在帶負荷運行狀態下，汽輪機負荷驟降至5%時，汽輪機旁路開啟，調節系統將反應堆功率穩定在30%左右，并由旁路負責補償剩余功率。核電機組維持該運行狀態至24h左右需重新并網，或依照有關技術要求調節至備用狀態。核電站入網后的電網多配置柴油發電機組，以保證輔助電源失效后系統穩定供能，為提高電網故障過程中的自我恢復能力，建議為核電站入網電網配備足夠的可調無功電源。

（三）系統故障特點

若電網發生運行故障，其與核電機組之間將產生相互作用。例如當核電機組的輸出線路發生故障后，機組實時電壓、功率均會出現一定程度的波動，其很快即可自行恢復。該波動會導致汽輪機主汽門的開啟程度降低，發生器出口處的蒸汽壓力及冷卻劑的溫度發生小幅度變動，在60s以內均可自行恢復。可以判斷核電廠內反應堆及相關動力設備的響應速度較低，若能在故障發生后及時將其排除，可最小化故障對電廠運行穩定的影響。

總結來講，大型壓水堆核電站接入電網后的系統故障表現出如下特點：第一，電網突發故障后，核電站機端電壓、功率及母線頻率均會發生明顯波動，當故障被切除后，可恢復正常運行狀態，此時電網對核電站的影響程度非常有限。第二，電網故障與核電機組間的影響關系與擾動位置、時間、強度等因素有關，同時也與機組運行參數相關。故障發生后，三相短路故障對核電站運行穩定程度的影響最大。第三，當電網裝機容量較高時，調整系統內一臺或多臺大容量機組對核電站運行狀態的影響非常有限。

二、大型壓水堆核電站接入電網的意見分析

（一）對電網影響問題的解決

核電站入網后其潮流與火電及水電機組相類似，因此在消除潮流對電網運行穩定的影響時，可參考火電機組進行。核電站入網后，電網無功補償會受到顯著影響，為確保電網運行安全，可在入網過程中增設無功靜止補償裝置，以提高系統對電壓變化的靈敏度，在沖擊風險產生時，及時進行調整以穩定母線電壓。此外，大型壓水堆核電站入網后會改變原有的電網結構，若單機容量較高，會導致機組轉動頻率下降，進而在外部干擾的作用下產生振蕩，影響相關設備的使用壽命[1]。因此在核電站入網過程中，需重點分析軸系扭振特性，對同步振蕩問題進行預防。

（二）提高核電站入網規范性

核電站在規劃設計、建設施工、安裝調試等階段，均需嚴格依照有關安全管理要求規范化進行，確保接入電網的核電站有足夠的靈活性，同時對入網后電網運行負荷、調峰調頻等做實時監督，以及時調整核電站的運行參數。

（三）優化選取核電運行方式

核電站入網后運行方式的選擇需滿足國家相關技術規范的要求，且要求運行方式與核電站自身特點相適應。結合電網潮流分配、短路電流、無功功率配置等，設計最佳的核電入網方案。在運行階段，應逐步完善電網運行優化方案，盡可能降低核電站對電網運行的干擾。同時加強核電站運維檢修工作，確保其安全運行。

三、結語

核電站入網成為電網發展建設的重要趨勢，在入網之前，需重點關注核電站與電網之間的相互影響關系，制定最佳的入網方案，并通過后期嚴格的運行管理及系統維護，提高核電運行穩定性，以最大化核電入網綜合效益。

參考文獻：

[1]唐倩，沈旭，姚興武，等.地區電網清潔能源發電接納能力分析研究[J].電工技術，2019（22）：143-144.