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 共 11 頁核電站電力系統(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、延長發(fā)電機(jī)組壽命、緩解交通運(yùn)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(diào)整為“積極推進(jìn)和發(fā)展核電”，體現(xiàn)了國家對核電發(fā)展的重視和認(rèn)可。百萬千瓦級(jí)的壓水堆核電站是國家早在xx年就已經(jīng)明確的核電技術(shù)路線，其原型是從法國引進(jìn)的M310壓水堆堆型，曾應(yīng)用于我國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，流體的自然對流、擴(kuò)散、蒸發(fā)、冷凝等物理原理，無須外界動(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，包括對反應(yīng)堆噴淋降壓及消污。在這個(gè)過程中，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)(66kV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66kV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66kV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)(66kV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。核電站國際組織WANO（世界核電運(yùn)營者協(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)來表示。通過對相關(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)過電壓；向大型變壓器充電時(shí)的磁涌造成的動(dòng)態(tài)過電壓；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)長的時(shí)間。因此，對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，對雙方的維修計(jì)劃、運(yùn)行安排進(jìn)行協(xié)調(diào)，并對未來的電網(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?？偨Y(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 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