核電站電力系統(tǒng)安全策略.doc

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行業(yè)資料：________ 核電站電力系統(tǒng)安全策略 單位：______________________ 部門：______________________ 日期：______年_____月_____日 第 1 頁(yè) 共 11 頁(yè) 核電站電力系統(tǒng)安全策略 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(yáng)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(zhǎng)發(fā)電機(jī)組壽命、緩解交通運(yùn)輸緊張等原因，在我國(guó)發(fā)揮越來(lái)越大的作用。目前，我國(guó)的核電方針也由原來(lái)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(guó)家對(duì)核電發(fā)展的重視和認(rèn)可。 百萬(wàn)千瓦級(jí)的壓水堆核電站是國(guó)家早在xx年就已經(jīng)明確的核電技術(shù)路線，其原型是從法國(guó)引進(jìn)的M310壓水堆堆型，曾應(yīng)用于我國(guó)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(guó)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(guó)西屋公司開發(fā)的一種雙環(huán)路1000MW的壓水堆核電機(jī)組，采用的是一種“非能動(dòng)型安全技術(shù)”，利用物質(zhì)的重力、慣性，流體的自然對(duì)流、擴(kuò)散、蒸發(fā)、冷凝等物理原理，無(wú)須外界動(dòng)力驅(qū)動(dòng)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(wèn)題具有廣泛的社會(huì)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(méi)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(dòng)、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(duì)核電站的要求給予充分的關(guān)注。包括在“黑啟動(dòng)”（指電力系統(tǒng)在經(jīng)受大的擾動(dòng)或故障而發(fā)生大面積停電事故后，依靠本身的自啟動(dòng)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(guò)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(gè)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(gè)重要問(wèn)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(xx℃以上)環(huán)境下，仍能保持化學(xué)穩(wěn)定，并對(duì)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(huì)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(duì)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(gè)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(rùn)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(guò)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(guò)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(duì)反應(yīng)堆噴淋降壓及消污。在這個(gè)過(guò)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(duì)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(gè)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6．6kV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(gè)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26kV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；26kV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(guó)際組織WANO（世界核電運(yùn)營(yíng)者協(xié)會(huì)）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(píng)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(duì)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2x1000MW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(tái)可用可以運(yùn)行 可用預(yù)計(jì)停電36h以上2臺(tái)可用停機(jī)停堆 可用預(yù)計(jì)停電72h以上1臺(tái)不可用停機(jī)停堆 可用不可用2臺(tái)不可用停機(jī)停堆 不可用可用2臺(tái)可用熱停堆 不可用不可用2臺(tái)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(duì)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(lái)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(duì)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(guò)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(gè)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(lái)表示。通過(guò)對(duì)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(duì)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(guò)評(píng)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(duì)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(duì)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(duì)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(wèn)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(dòng)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(guò)電壓和機(jī)組自勵(lì)磁；在小系統(tǒng)中超高壓線路操作造成的暫態(tài)過(guò)電壓；向大型變壓器充電時(shí)的磁涌造成的動(dòng)態(tài)過(guò)電壓；小系統(tǒng)短路電流不足使保護(hù)動(dòng)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(zhǎng)的時(shí)間。因此，對(duì)核電站廠外電源的恢復(fù)并不容易，需要周密的安排?；謴?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(guó)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(duì)雙方的維修計(jì)劃、運(yùn)行安排進(jìn)行協(xié)調(diào)，并對(duì)未來(lái)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(duì)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(huì)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。 第 10 頁(yè) 共 11 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