先進三代核電機組甩負荷至廠用電試驗瞬態分析

楊曉輝

摘 要：該文章對核電機組甩負荷至廠用電的試驗進行了充分的介紹，通過試驗過程中的重要數據的分析，驗證核電機組的安全性能，同時對重要的參數進行趨勢分析，為核電廠的瞬態試驗積累了良好的經驗數據，為后續機組的調試打下良好的基礎。

關鍵詞：核電廠;甩負荷;瞬態;廠用電

1 概述

核電廠喪失負荷主要是由于電網擾動喪失外電負荷引起的，屬于核電廠安全分析中的中等頻率事件，及II類事故。中等頻率事件預期不應導致燃料元件損壞或反應堆冷卻劑系統或二回路系統超壓。因此核電機組在調試階段就要進行甩負荷至廠用電的試驗驗證機組的性能滿足要求，保證機組在功率運行期間能夠安全的應對各種非預期的瞬態事件。甩負荷瞬態最大的狀況就是滿功率情況甩負荷至廠用電，因此新建機組在商運之前都要進行各種瞬態試驗，其中就包括甩負荷至廠用電試驗。

2 試驗過程介紹及瞬態分析

機組處于模式1，與電網并網，機組反應堆功率在滿功率運行，在當前機組狀態下打開主變高壓側開關，機組進入孤島運行階段，在穩定機組狀態且收集試驗數據完成后，機組帶廠用電運行30分鐘后進行試驗恢復。

主控室手動斷開主變高壓側開關后，發電機電流迅速降低。汽輪機超速保護控制功能在不平衡負荷達到30%時動作，高壓主調門和再熱調門關閉，防止汽輪機超速跳機。當汽輪機超速保護控制信號后，高壓主調門和再熱調門重新開啟，使汽輪機能夠在發生瞬態工況時過度到孤島運行的穩定狀態。

一旦高壓主調門開始關閉，通往汽機的蒸汽流量快速關小，汽輪機沖動級的壓力迅速降低。在探測到汽輪機沖動級壓力在兩分鐘內降低超過10%，處于平均溫度控制模式的汽輪機旁排閥得到允許打開指令，開始根據一回路平均溫度偏差信號調節打開，以增大二回路的負荷。同時溫度調節棒組M棒也將根據一回路平均溫度偏差信號開始插棒，以減小反應堆的功率。當探測到汽輪機負荷在120S內降低40%，快速降功率系統將預先選定的控制棒組落入堆芯，將反應堆功率降低50%～70%。旁排閥、機械補償棒組和RPR棒組共同作用，使得一回路和二回路的功率得到匹配，反應堆的溫度和壓力不會明顯增加，機組的各項參數控制在合理的范圍內。

瞬態期間，在反應堆功率降低至20%之前，除檢查確認自動保護動作動作之外，操縱員不進行手動干預，完全由機組的自動動作響應機組瞬態，保證機組處在安全的狀態。反應堆功率降低至20%之后，操縱員根據異常運行規程的指導將控制棒置于手動狀態維持反應堆的功率在12%～20%之間。機組狀態穩定后，操縱員在瞬態發生后6小時內根據異常運行規程將RPR棒組恢復至技術規格書要求的棒位。

2.1 反應堆功率

主變高壓開關斷開2秒，隨著主汽門的關閉，汽輪機沖動級壓力從100%降低至40%，快速降功率系統觸發，RPR棒組落入堆芯，反應堆功率降低至43%，整個過程反應堆功率沒有上升的趨勢。

2.2 穩壓器液位

甩負荷瞬間，二回路熱量導出能力不足造成一回路冷卻劑體積膨脹，穩壓器液位短時有小幅升高，從44%瞬時升高至46%。隨后由于RPR觸發，控制棒落棒及旁排閥瞬間全開，一回路冷卻劑收縮，穩壓器液位收縮，液位降至41%.隨著功率繼續降低，最終穩定在目標功率對應的參考液位。

2.3 蒸汽發生器、除氧器液位及壓力響應

GCB斷開瞬間，由于SG蒸汽壓力突升，SG內產生一陡降的虛假液位，最低降至約35.2%，隨后開始上升，最高達到607%。給水調閥響應正常，最終SG液位穩定在52%左右。

SG1/2液位測量的是環形下降段的水位，其瞬態變化主要與SG壓力（蒸汽母管壓力變化滯后SG壓力）有關，后續調節過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，因為負荷驟減導致SG的壓力驟升，導致SG蒸汽壓力升高，管束沸騰段減少，流動阻力減少，環形上升段的濕蒸汽流速加快，水位下降，主給水閥響應正常，由80%開大至85%，過冷水的涌入進一步降低了SG液位，最終出現最低值35.58%、35.03%。當汽水循環恢復正常后，SG液位開始回升，波動至最大值61.055%、61.495%，最終由SG液位控制系統將液位穩定在53%左右，對應給水調閥開度在28.5%;兩臺SG壓力初態為5.53MPa，開始由于甩負荷而驟然增加，后續由處在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控制自動穩定在7.237MPa。

2.4 一回路冷卻劑溫度、壓力的變化

主變高壓側開關斷開后，由于二回路甩負荷，反應堆功率超過二回路功率，一回路平均溫度有略微上升的趨勢。甩負荷過程開始后，旁排和RPRS動作使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，電加熱器自動投入。Tavg上升時，冷卻劑膨脹，PZR壓力也快速升至15.399MPa，隨后開始波動，在恢復RPR掉落棒位時最高波動至15.559MPa。

3 結語

經過瞬態試驗驗證，機組在經歷甩負荷至廠用電瞬態時，各項參數都在安全范圍內，不會觸發反應堆停堆和汽輪機停機，說明各個系統的調節性能良好。

參考文獻：

[1]鄭濱.機組從100%滿功率甩負荷到廠用電運行的核電站瞬態分析[J].核動力工程，2001.