核電站電力系統(tǒng)安全策略

1、核電站電力系統(tǒng)安全策略、尸、 亠前言發(fā)電廠根據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 夠改善能源結構、減少環(huán)境污染、延長發(fā)電機組壽命、緩解交通運 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”調整為“積極推進和發(fā)展核電”， 體現了國家對核電發(fā)展的重視和認可。百萬千瓦級的壓水堆核電站是國家早在 1983 年就已經明確的核電技 術路線，其原型是從法國引進的 M310壓水堆堆型，曾應用于我國大 亞灣核電站的建設；其后的廣東嶺澳核電站是以大亞灣核電站為參 考，根據運行經驗反饋進行了多項技術改

2、進而實施的設計和施工； 目前國內核電發(fā)展方向則是以第二代或二代半核電站為參考基礎， 積極引進消化和應用第三代核電技術。湖北咸寧核電項目采用的就是第三代核電技術：AP1000 （先進型壓水堆核電機組）。AP1000是美國西屋公司開發(fā)的一種雙環(huán)路 1000MW的壓水堆核電機組，采用的是一種“非能動型安全技術”，利用物質的重力、慣性，流體的自 然對流、擴散、蒸發(fā)、冷凝等物理原理，無須外界動力驅動系統(tǒng)， 只要相應的通風、冷卻水等支持系統(tǒng)，在緊急情況下，就能冷卻反 應堆廠房并且?guī)ё叻磻旬a生的余熱。這一技術被公認為是目前最 安全、最先進的核電技術。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

3、電 網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，因此核電從設計、建造、調試、運行等方面有一系列嚴 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，仍 能保證核安全，同時也確保電網外部的條件不能削弱核安全的管理 并有利于增強核電的安全性； (2) 核電站本身的運行狀態(tài)，包括啟動、 負荷調整、各種運行狀態(tài)及其轉換、外部電源和廠內電源的狀態(tài)， 也必須遵守相應的強制性技術規(guī)范；這些標準使電網在考慮核電的 運行方式，調度核電機組時有所限制； (3) 任何擁有和運行核電站的 電網，必須對核電站的要求給予充分的關注。包括在“黑啟動” (指 電力系統(tǒng)在經受大的擾動或故

4、障而發(fā)生大面積停電事故后，依靠本 身的自啟動機組或依靠臨近電網的聯絡線支援，逐步恢復系統(tǒng)各運 行元件和供電服務到正常運行狀態(tài)的過程。) 及電網恢復計劃中，始 終將恢復核電站廠外電源作為最優(yōu)先的目標。因此，根據各個電網 的特點，研究核電站的特殊要求，是設計并實施電網安全策略和恢 復方案的一個重要問題。1. 核電站的特點1.1 核安全防護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和包殼。燃料物質采用化學性質非常穩(wěn)定，在高溫(2000 C以上)環(huán)境下，仍能保持化學穩(wěn)定，并對水不產生正反應的復合物質構成，這種物質確保一旦核燃料外泄時，不會 產生更多

5、的熱量；核燃料包殼采用化學性質非常穩(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， 放射物質流入反應堆一回路中； (2) 一回路壓力邊界。該壓力邊界主 要由反應器外殼和一回路管道構成。放射物質一旦泄漏進入一回路 中，即由厚度達數厘米的金屬外殼防護，防止放射物質進入反應堆 中；(3)反應堆安全殼。厚達1m左右的鋼筋混凝土外殼將核島設備 密封，作為核島的最后一道屏障，防止放射物質擴散至周圍環(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有效地發(fā)揮作用，核電站廠內 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鍵設備有效工作外，還是核電

6、站常規(guī)島，如發(fā)電機、汽輪機安全的重要保 證。廠用電源在以下幾個方面有重要影響：(1) 停機停堆。核電站一旦發(fā)生事故，如與電網解列，為避免事故擴 大，防止核事故發(fā)生，將發(fā)電機組安全停機及將反應堆安全停堆是 首要的工作。將發(fā)電機組安全停機的關鍵是機組的操作電源。機組 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 機所需的開關操作電源、潤滑油泵電源、交流操作電源及使機組安 全停機的盤車電源。在盤車電源不可用時，應人工盤車。核電站的 停堆是確保核安全的關鍵。只有可靠停堆，才能確保核反應產生的 熱量最少，避免發(fā)生堆芯熔化等嚴重事故。在核反應堆設計中，為 確保在核電站失去廠用電后，仍能實現停

7、堆，采用通過失電釋放控 制棒實現緊急停堆。而在廠用電可用的情況下，可實現正常的停堆， 也能實現快速停堆。(2) 余熱導出。僅將反應堆停堆并不能保證核安全，必須將核反應產 生的熱量順利導出反應器，即從一回路導至二回路，才能確保反應 堆的安全。在余熱導出過程中，廠用電源非常關鍵，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)生反應堆外殼破裂或一回路設備損壞的嚴重事 故，確保安全殼的安全，防止放射物質向環(huán)境不受控制地排放，必 須進行有效地控制，包括對反應堆噴淋降壓及消污。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備可靠工作的基礎，因此，在核電 站的安全防

8、護體系中，廠用電源的可靠性十分重要。1.2 廠用電系統(tǒng)電源基于上述的考慮，核電站的廠用電源設計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的最基本的要 求是：必須設立彼此獨立的廠外電源和廠內電源，以確保對電廠安全有重 要影響的設備的供電；廠外電源必須由至少 2 個物理上獨立的電路 將電網聯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，每一核電機組的廠用電系統(tǒng)由如下電源供電： （1） 接于發(fā) 電機機端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%互為備用的廠內柴油 發(fā)電機，向核電站提供應急電源。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)的設計完全滿足規(guī)范的要求：核電站