大容量核电机组投运对电网运行的影响

大容量核电机组投运对电网运行的影响

刘俊岑李明蔚

（国核工程有限公司山东省威海市264300）

摘要：大容量核电机组的不断投运使电网运行方式发生了变化，对电网的安全稳定运行造成了一定的影响。本文分析了大容量核电机组投运对电网运行的影响。

关键词：大容量；核电机组；电网运行

大容量核电机组的不断投运使电网运行方式发生了变化，并带来了调峰调频困难等问题，因此，为确保机组和电网的稳定运行，需深入研究电网与大容量核电机组的相互影响。

一、核电站基本工作原理

目前，投入运行的核电机组中包括压水堆、沸水堆、压管式重水堆、石墨水冷堆、快中子堆、气冷堆等类型，其中压水堆核电站（即PWR）占的比例较大，其中我国核电站主要为压水堆核电站。压水堆核电站主要包括压水反应堆、蒸汽和动力转换系统、反应堆冷却剂系统、循环水系统、发电机、输配电系统及其辅助系统等部分。

一回路系统主要包括反应堆、稳压器、蒸汽发生器、冷却剂泵与传输管道等部分，通常在一个类似圆柱状或半球形的反应堆安全壳内。二回路系统则主要包括汽轮机、凝结水泵、凝汽器、发电机、给水泵、给水加热器、除氧器、汽水分离再热器等主要设备，在二回路的厂房内。核岛通常由一回路系统、核岛辅助系统、厂房与专设安全设施组成，而常规岛部分则由二回路及其辅助系统、相关厂房及常规火电厂系统和设备。核电站的具体工作流程为：反应堆冷却剂泵用来输送一回路系统内的高温高压含硼水，经过反应堆堆芯后，含硼水从堆芯核裂变中吸收其放出的热能，再进入蒸汽发生器传热管管壁，将含硼水的热量传递给蒸汽发生器的二次侧给水，然后再经过反应堆冷却剂泵送回反应堆。一回路系统中靠稳压器调节压力。在发生器内吸收热量后，蒸汽发生器的水变为蒸汽，然后用来驱动发电机组进行发电，做功后的蒸汽流入凝汽器内转换为水，再通过凝结水泵输送，经过低压加热器加热后进入除氧器形成除氧水，最后经过给水泵送入高压加热器送回蒸汽发生器，如此形成核电站的热力循环。

为保证反应堆与一回路运行在规定的范围内，核电站通常设置了一系列控制调节系统，具体包括用于反应堆功率的控制系统、蒸汽发生器给水调节系统、稳压器压力和水位调节系统、汽轮机调速系统蒸汽排放控制系统。

二、大容量核电机组投运意义

电网实际运行的过程中，大容量核电机组的及时投运，不但会起到保护生态环境的重要作用，而且还能降低一次能源消耗量，避免非再生资源浪费。同时，电力企业和用户不断改变用电理念，正确认识大容量核电机组的投运问题，使企业的发展目标能及时实现，增加了企业的经济效益。由于核电机组投入使用的过程中，可能会出现安全故障，即便如此，还会直接弱化电网建设效果，用户用电得不到基本保障。但投运大容量核电机组后，能缓解电能供应压力，并且还能解决电能合理分配这一问题，这对核电机组大力发挥有促进作用。

三、核电机组的接入方式及运行方式

1、接入方式。正常运行时，核电机组是作为电力系统的电源，即向系统网络输出功率，同时系统也是核电站的外部厂用电源和辅助电源。系统发生故障后，若核电机组与系统解列，则核电站的外部主电源将会丧失，此时可通过核电机组自带厂用电运行或通过切换至外部辅助电源来供电厂用负荷。同时为了保证这一过程的连续性，要求机组能在丧失主电源的情况下迅速重带负荷，若该过程不能成功实现，需要通过辅助电源向部分厂用电进行供电，此过程中若母线无电时间超过7s时，厂内的应急柴油发电机也将自动启动。若成功切换至辅助电源，则运行人员可手动关闭应急发电机；若不成功，则重要安全负荷需通过应急柴油发电机供电，以保证基本核设施的安全。

对核电站而言，其外部供电电源的电能质量和供电可靠性对核电机组的安全运行至关重要，因此为保证厂外电源的可靠供电，通常需有两个及以上的独立外部电源向核电站供电，且需对相应接入方式下的供电可靠性进行评估分析。

2、运行方式。由于对安全性和反应堆自身的运行限制，降低了核电机组的运行灵活性，难以满足快速跟踪负荷变化和进行系统调频的要求。因此，核电机组实际正常运行中通常以带基荷为主，故障情况下，可能会适当降负荷或用负荷运行。

由于核电机组的运行费用较低和安全性限制，正常运行时核电机组不参与系统的调峰，基本状态是带基荷运行，这将对电网运行的调度带来限制。特别是在核电机组容量在所接入电网装机容量占有较大比重时，较高的峰谷负荷差将使这一弊端更加突显，通常是采用抽水蓄能电站进行互补来减轻核电机组带来的影响。

特殊情况下也会使核电机组参与调峰以满足系统运行要求，即通过降负荷运行来参与系统的调频。但该方式下核电机组一般有限制，电网充分保证机组的安全来安排其运行。降负荷方式下运行时，核电机组可做系统的旋转备用，在一定速率的限制下可增加功率来满足系统要求。

一般核电机组的单机容量较大，当其由于自身故障或外部电网故障引起机组较大动态变化时，甚至需停堆或进行机网解列时，将自动转变为带厂用电运行，同时伴随大量思负荷时，则会给电网带来较大冲击，严重时会导致电网解列，进而引起大面积停电事故。

四、电网运行影响分析

1、短路电流方面。当前，电力系统运行方式不断优化，在这一发展形势下，短路电流现象经常发生，因此，应从不同角度出发，制定有效计划解决上述问题，避免短路电流现象影响系统稳定性。另外，受核电站自身接入的特殊性要求影响，满足要求的变电站数量较少，导致短路电流问题频繁发生。

2、稳态方面。核电站占系统比例大约为3.6%，即周围潮流影响效果相对比而言较显著，因此，应做好周围区域线路规划工作，在了解潮流方向的基础上，分析线路载荷情况，同时，合理分配电流运行方式，以此减轻线路运输压力。

3、送电能力方面。核电站正式投运前，应对其进行送电能力检验。此外，电力正常输送的过程中，核电站投产运行期间，通道数量会相应增加，进而提高了电能输送能力，能及时满足该区域用户的电能使用需要。若电能输送能力在短时间内未能及时提高，那么随着区域用户生产、生活工作电能使用量的不断增多，核电站电能会出现供不应求的现象，不利于营造良好的合作关系，进而大容量核电机组投运效果不能全面彰显。

4、暂态稳定分析。在实际电网运行中，当电力系统遭受大干扰冲击时，如发生各种短路故障，或发电机组、变压器或负荷设备等因故停运，系统结构发生了较大变化，需要采取相应的措施如切机、切负荷、切线路等以维持系统的安全运行，在严重情况下，甚至需要解列或造成系统的瓦解。

电力系统暂态稳定性主要是指遭受大干扰后，系统内各发电机组之间的功角稳定情况。系统稳定的判据是：①系统故障后，同一交流系统中任意两台机组相对功角摇摆曲线呈减幅振荡；②故障清除后，电网枢纽变电站电压能恢复0.8pu以上，母线电压持续0.75pu的时间不超过1.0s。

考虑到《电力系统安全稳定导则》中对核电站接入的特殊规定，在研究核电站出线的暂态稳定情况时，至少需考虑以下两个类型的运行方式：①正常运行方式；②核电站任一回出线因故退出运行。

暂态稳定计算的故障形式均考虑三相接地故障、0.10s切除故障的情况。因此，电站正常运行时或有一回出线检修时，任一出线发生三相接地故障，0.10s切除故障后，仍可保持电站与系统的稳定运行。

结束语：

大容量核电机组在电力系统的投运，既提高了系统的裕度，也提高了系统供电的可靠性水平及资源的效益。一方面，较大机组容量的投切增大了对电网运行的影响；另一方面，由于核电机组的特殊性，机组对电网运行也提出了更严格的要求。

参考文献：

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