丁衛(wèi)東，鄭建鋒

（1.核動力運行研究所，湖北 武漢 430223；2.山東核電有限公司，山東 海陽 265116）

由于各種復(fù)雜的原因，操縱員的遲疑或誤判斷可能會導(dǎo)致核電廠的重大損失，例如三哩島核事故和切爾諾貝利核事故就是這種情況。在極為復(fù)雜和緊張的時刻，操縱員的冷靜而正確的判斷和對機組的有效控制是至關(guān)重要的。

核電機組與其他發(fā)電機組一樣，向電網(wǎng)提供電能的同時，本身也會受到電網(wǎng)工況的影響。電網(wǎng)發(fā)生瞬態(tài)時，核電機組除了面臨常規(guī)電廠所遇到的諸如汽輪發(fā)電機應(yīng)力等問題外，還要面對核安全與運行操作上的問題。文章主要闡述電網(wǎng)發(fā)生瞬態(tài)時壓水堆機組運行的特點、不利因素和運行策略。

1 反應(yīng)堆的運行特點

反應(yīng)堆是通過核燃料中的可裂變核素發(fā)生裂變反應(yīng)來產(chǎn)生能量的，由于每次裂變反應(yīng)所放出的能量都約為200 MeV，所以反應(yīng)堆的功率Pn（堆功率）取決于單位時間內(nèi)發(fā)生裂變反應(yīng)的次數(shù)，而反應(yīng)次數(shù)又正比于核燃料內(nèi)的可裂變核素濃度Nf和中子通量 的乘積，即：

其中，可裂變核素濃度Nf在核燃料出廠時已確定，隨著運行時間的推移而逐漸降低，但下降速度緩慢，在運行瞬變中可以不考慮其影響；實際上我們通過控制反應(yīng)堆的中子通量 來控制堆功率Pn。

影響中子通量的因素很多，我們用有效增殖系數(shù)Keff和反應(yīng)性ρ來表征諸多因素對中子通量的綜合影響效果：

當Keff＜1（ρ<0）時，說明反應(yīng)堆處于次臨界， 和Pn都在下降；

當Keff=1（ρ＝0）時，說明反應(yīng)堆處于臨界， 和Pn維持不變；

當Keff＞1（ρ>0）時，說明反應(yīng)堆處于超臨界， 和Pn都在上升。

如要增加堆功率時需引入正反應(yīng)性，反之需引入負反應(yīng)性，穩(wěn)定堆功率時則需使反應(yīng)性為零。

反應(yīng)堆功率的變化實際上是通過反應(yīng)性的變化來實現(xiàn)的。在不進行任何其他調(diào)節(jié)的情況下，二回路功率升高時，堆芯反應(yīng)性如何使一回路功率升高。

1）t=0時：P10=P20，Tavg=Tavg0，ρ＝0。

2）t=0+Δt時：P1=P2，Tavg將逐漸下降，這是因為反應(yīng)堆產(chǎn)生的功率小于需求功率，差額表現(xiàn)為攝取一回路熱量。因為主冷卻劑對反應(yīng)性的溫度系數(shù)是負的，Tavg降低時導(dǎo)致反應(yīng)堆超臨界，使P1上升。

3）t=t1時：多普勒效應(yīng)產(chǎn)生負反應(yīng)性，抵消慢化劑的溫度效應(yīng)，總反應(yīng)性將下降。

4）t=t2時：由于P1增加，使Tavg將回升。

5）t=t3時：P1的數(shù)值超過P2的新值，反應(yīng)性ρ趨于零。由于多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的負反應(yīng)性繼續(xù)增大，使ρ將變?yōu)樨撝?，P1將下降。

6）t→∞ 時，達到新的穩(wěn)態(tài)，P1=P2，但此時Tavg低于原來數(shù)值。

由以上分析可知，二回路功率P2（汽輪機加上旁路排放等的負荷）的變化，會影響到反應(yīng)性，從而引起一回路功率P1（反應(yīng)堆功率）的變化。

借助反應(yīng)堆自穩(wěn)性可以使一回路功率等于二回路功率，但不能保證使一回路平均溫度等于控制方案中的平均溫度整定值，因此還需要設(shè)置其他調(diào)節(jié)反應(yīng)性的手段。

核電廠壓水堆在堆芯裝載時就具有很大的過剩正反應(yīng)性，運行中用以控制反應(yīng)性的手段一般有控制棒、可溶硼、可燃毒物等，它們都是強中子吸收體，向堆芯引入反應(yīng)性。此外核燃料的多普勒效應(yīng)、慢化劑溫度效應(yīng)、空泡效應(yīng)、毒物濃度等因素對反應(yīng)性的影響也很大。

2 核安全對機組運行控制的限制

如前所述，保證核安全是核電廠進行一切生產(chǎn)運行活動的前提，為此制定了經(jīng)國家核安全局批準的技術(shù)規(guī)范，規(guī)定了核電機組正常運行期間必須采用的技術(shù)規(guī)則。嚴格遵守技術(shù)規(guī)范能保證在發(fā)生故障或事故時那些安全重要系統(tǒng)的正確運行，將事故后果限制在可以接受的范圍內(nèi)。我們所討論的電網(wǎng)瞬態(tài)是在必須遵守技術(shù)規(guī)范的前提下展開的。

為了避免放射性物質(zhì)對環(huán)境的失控排放，在設(shè)計上使用了三道獨立的實體屏障來包容這些放射性物質(zhì)，可以說核電廠所設(shè)置的安全設(shè)施都是為了保障這三道屏障的完整性。核燃料包殼就是其中的第一道屏障，它是一層厚度僅為0.57 mm的鋯-4合金，其完整性取決于多種因素，如熱應(yīng)力、包殼與燃料元件之間的相互作用、溫度、疲勞損傷等。

包殼保護的最終目標是防止其燒毀，即防止包殼溫度超過1 204 ℃。但是，包殼溫度無法測量，所以必須轉(zhuǎn)而尋找包殼燒毀的原因。研究表明，下列情況下包殼就要燒毀：

1）燃料芯部溫度達到熔點2 800 ℃。

2）包殼表面出現(xiàn)沸騰危機（DNB）現(xiàn)象。

由于上述參數(shù)不可測量，但可通過有關(guān)參數(shù)計算后給出超溫ΔT和超功率ΔP來表征。這些參數(shù)有堆芯進出口溫差、熱慣性、主泵轉(zhuǎn)速、中子功率軸向偏差、穩(wěn)壓器壓力等。這兩個保護是極其重要的，它是針對第一、第二道屏障而設(shè)置的。

3 研究的參考機組

本文以壓水堆（PWR）M310機組為例，分析電網(wǎng)瞬態(tài)對壓水堆機組運行的影響。反應(yīng)堆控制系統(tǒng)采用G模式，其特點是設(shè)有溫度調(diào)節(jié)棒組（R棒組）和功率補償棒組（G棒組），通過調(diào)節(jié)R棒組、調(diào)節(jié)G棒組和調(diào)節(jié)硼濃度來協(xié)調(diào)控制反應(yīng)性，使電站具有快速跟蹤負荷變化的能力。

4 電網(wǎng)瞬態(tài)

電力系統(tǒng)瞬態(tài)是指電力系統(tǒng)受到大的擾動時，表征系統(tǒng)運行狀態(tài)的各種電磁參數(shù)都要發(fā)生急劇變化。引起電力系統(tǒng)的擾動的原因主要有下列幾種：

1）負荷的突然變化，如投入或切除大容量的用戶等；

2）切除或投入系統(tǒng)的主要元件，如發(fā)電機、變壓器及線路等；

3）發(fā)生短路故障。

本文研究的電網(wǎng)瞬態(tài)的選?。河械碾娏ο到y(tǒng)的擾動可能會觸發(fā)自動停機停堆或?qū)е聶C組孤島運行，反應(yīng)堆操縱員就會根據(jù)運行規(guī)程作出迅速反應(yīng)，糾正工況偏離，并采取必要的行動來避免或減輕可能產(chǎn)生的后果。有的電力系統(tǒng)的短暫擾動可能不會立即觸發(fā)自動停機停堆，則故障的正確判斷和機組的控制就顯得尤為重要，否則，有可能使機組偏離技術(shù)要求，進而可能導(dǎo)致機組運行演變過程未必與預(yù)定的后續(xù)規(guī)程相符。以下將對這兩類故障加以區(qū)分。

核電廠運行規(guī)程覆蓋了的電力系統(tǒng)瞬態(tài)有：廠外主電源喪失（進入I2.1規(guī)程），廠外電源完全喪失（進入I2.2規(guī)程），廠外電源喪失+LHP不可用（進入I4.A規(guī)程），廠外電源喪失+LHQ不可用（進入I4.B規(guī)程），電網(wǎng)故障引起的機組甩負荷后孤島運行（進入I5規(guī)程）。

運行規(guī)程沒有覆蓋的電力系統(tǒng)初始瞬態(tài)有：電網(wǎng)頻率下降或上升，電網(wǎng)自動重合閘動作成功，自動重合閘不成功并造成電網(wǎng)解列，電網(wǎng)低電壓故障等瞬態(tài)。

文章著重分析運行規(guī)程沒有覆蓋的電力系統(tǒng)瞬態(tài)對機組運行的影響，為操縱員提供簡單明了、切實可行的操作預(yù)案，從而盡量避免忙中出錯，減少人因失誤。

5 電網(wǎng)頻率下降或上升

電網(wǎng)頻率下降是由于電網(wǎng)內(nèi)部分電廠解列造成電網(wǎng)內(nèi)其他動力設(shè)備負荷增加，在各機組出力增加后仍然不能滿足電網(wǎng)負荷的需要時，頻率就會下降。正常情況下調(diào)度會根據(jù)當時的頻率決定甩掉一些負荷以恢復(fù)電網(wǎng)頻率，但不排除頻率不能很快恢復(fù)的可能。

5.1 電網(wǎng)頻率下降瞬態(tài)的風險分析

電網(wǎng)頻率下降時，導(dǎo)致主泵轉(zhuǎn)速下降，一回路流量下降。

在一回路流量逐漸下降期間，在這個瞬態(tài)工況的最初時刻，由燃料傳送到冷卻劑的熱量、一回路壓力和堆芯入口水溫變化不大。結(jié)果，堆芯的入口和出口水的焓差與堆芯冷卻劑流量成反比變化，因為蒸汽含量上升，并且流量下降。因而臨界熱流密度下降。出現(xiàn)膜態(tài)沸騰的概率增大（燒毀比下降）。于是，就可能出現(xiàn)燃料元件包殼破裂事故，并導(dǎo)致放射性產(chǎn)物釋放到一回路冷卻劑中。

在一回路流量降低速度很快的情況下，在堆芯所有最熱的通道將出現(xiàn)沸騰，并引起壓頭損失增大，從而導(dǎo)致通過堆芯的流量下降速度更快。此外，在這些工況下，一回路壓力將迅速上升，這將可能引起一回路機械損傷。在蒸汽發(fā)生器內(nèi)的傳熱效率下降，將加劇一回路壓力上升。

（1）可能導(dǎo)致C3（偏離泡核沸騰裕量小）信號產(chǎn)生

電網(wǎng)頻率下降時，導(dǎo)致主泵轉(zhuǎn)速下降，一回路流量下降，堆芯冷卻效果不良，可能導(dǎo)致C3（偏離泡核沸騰裕量?。┬盘柈a(chǎn)生，該信號是由一回路冷卻劑熱、冷段溫差超過超溫ΔT閾值時產(chǎn)生的，在超溫ΔT保護動作前1℃時觸發(fā)，C3信號閉鎖手動和自動提控制棒，且觸發(fā)汽輪發(fā)電機200%Pn/min的速率自動減負荷，每次持續(xù)1.5 s，兩次中間停28.5 s。目的是限制偏離泡核沸騰比DNBR過小。

汽輪機減負荷對電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定更不利，但出于對反應(yīng)堆的保護考慮，只能閉鎖控制棒提升，禁止提棒引入正反應(yīng)性，同時減少汽輪機負荷以平衡一、二回路功率。

（2）可能觸發(fā)超溫ΔT保護

若上述C3信號未觸發(fā)或通道故障，由于電網(wǎng)頻率下降，主回路流量偏低，有觸發(fā)超溫ΔT緊急停堆保護動作的風險。

當主泵轉(zhuǎn)速下降時，主回路流量偏低，由超溫ΔT（與ΔTt比較）提供緊急停堆保護，防止DNBR下降。這樣就能保證在任何情況下，都能保持燃料元件處于合適的發(fā)熱狀態(tài)和包殼與冷卻劑之間有良好的熱傳導(dǎo)。

（3）可能觸發(fā)主泵轉(zhuǎn)速低緊急停堆保護

若上述C3信號和超溫ΔT保護未動作，且電網(wǎng)頻率繼續(xù)下降，導(dǎo)致主泵轉(zhuǎn)速降至1 365 r/min且P7允許信號同時存在時（P7即反應(yīng)堆核功率P1＞10%Pn），會觸發(fā)反應(yīng)堆停堆。目的是防止堆芯偏離泡核沸騰。

5.2 電網(wǎng)頻率上升瞬態(tài)的風險分析

電網(wǎng)頻率上升時，導(dǎo)致主泵轉(zhuǎn)速上升，一回路流量上升，堆芯冷卻效果變好，把超溫ΔT保護整定值增加一些，由于溫度效應(yīng)同時會給反應(yīng)堆引入正反應(yīng)性。

一回路流量上升，堆芯冷卻效果變好，將引起堆內(nèi)中子通量密度上升，它表現(xiàn)為燃料溫度上升。最后，反應(yīng)堆穩(wěn)定在大于初始功率的新的功率水平。這個事件本身并不危險，但是，在這些初始條件下發(fā)生這種事故所造成的后果可能超過設(shè)備的設(shè)計值。

5.3 處理預(yù)案

（1）電網(wǎng)頻率下降

當操縱員發(fā)現(xiàn)汽輪機轉(zhuǎn)速及主泵轉(zhuǎn)速下降時，應(yīng)聯(lián)系調(diào)度查詢電網(wǎng)情況，并密切監(jiān)視機組，必要時根據(jù)調(diào)度指示協(xié)助恢復(fù)電網(wǎng)頻率，不要擅自開大汽輪機主汽門。如果頻率不斷下降，操縱員要做好孤島運行的準備，避免主泵轉(zhuǎn)速降至1 365 r/min時（且P7存在時），導(dǎo)致緊急停堆。由于汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)在頻率下降時為維持機組額定轉(zhuǎn)速而將汽門全開，孤島運行后機組只帶了約5%的負荷，汽門關(guān)小需要時間，汽輪機轉(zhuǎn)速上升，頻率上升，電壓升高，操縱員應(yīng)手動減少汽門開度，直到汽輪機轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常，自動勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓至額定值。此后汽輪機負荷手動控制，必須加強對機組的監(jiān)視，并聯(lián)系電網(wǎng)調(diào)度，一旦故障消除，盡快實現(xiàn)并網(wǎng)，汽輪機負荷自動控制。

如果此時機組處于壽期末，則氙毒比較大，而慢化劑溫度效應(yīng)更是壽期初的好幾倍，因此氙振蕩特別明顯，ΔI很難控制，ΔI超出Ⅰ區(qū)使得堆芯出現(xiàn)不可控氙振蕩的風險增大，可能導(dǎo)致機組的核安全水平嚴重降低。因此，機組速降負荷至孤島運行的過程中，操縱員應(yīng)該注意遵守技術(shù)規(guī)范關(guān)于ΔI的控制。

（2）電網(wǎng)頻率上升

汽輪機調(diào)速系統(tǒng)處于自由狀態(tài)時，由于二回路功率變化大，且主泵轉(zhuǎn)速電網(wǎng)頻率上升而上升，操縱員要密切注意一回路溫度變化，多普勒效應(yīng)、慢化劑溫度效應(yīng)可能使反應(yīng)堆核功率上升。

6 電網(wǎng)自動重合閘動作成功

6.1 短電網(wǎng)故障瞬態(tài)的風險分析

電網(wǎng)是將許多個“節(jié)點”連接起來構(gòu)成的一個網(wǎng)絡(luò)，各個電廠和變電站就是其中的“節(jié)點”，每兩個“節(jié)點”是通過高壓斷路器連接的，在這些連接發(fā)生短路或接地時，兩端的斷路器將自動斷開，保護電網(wǎng)其他部分不受影響。同時，這些斷路器具有自動重合閘功能，在其保護范圍內(nèi)的線路發(fā)生短路或接地時斷開，隨后進行一次自動重合閘，如果故障在重合閘期間已經(jīng)消失（雷擊引起短路），重合閘成功，電網(wǎng)恢復(fù)正常。我們稱這種現(xiàn)象為短電網(wǎng)故障。

短電網(wǎng)故障如果發(fā)生在與機組相鄰的電網(wǎng)線路上，并且機組在自動負荷控制情況下，則故障發(fā)生時，機組負荷短時間內(nèi)將大量減少（視機組負荷在各個電網(wǎng)線路上的分布而定），C7A將出現(xiàn)，GCT-C閥門會打開，汽輪機轉(zhuǎn)速上升，汽輪機調(diào)門關(guān)小，斷路器自動重合閘成功后，機組重新帶上剛才的負荷，汽輪機轉(zhuǎn)速下降，GCT-C閥門關(guān)閉，汽輪機調(diào)門開大。整個過程中，均是通過汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)實現(xiàn)的。C7A：汽輪機在2 min內(nèi)甩負荷>15%Pn，允許開啟第一、二組閥。

發(fā)生短電網(wǎng)故障時，汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)關(guān)小汽輪機調(diào)門，二回路壓力升高，旁路排放系統(tǒng)按廠荷工況開啟排放閥。如果電網(wǎng)故障排除，汽輪機調(diào)門將重新開大。由于排放閥關(guān)閉需要一定時間，可能由于蒸汽流量高和二回路蒸汽壓力低，有觸發(fā)安注及緊急停堆的風險。

二回路蒸汽壓力下降且蒸汽流量增加，一回路平均溫度下降。由于壓水堆慢化劑的負溫度系數(shù)，冷卻劑溫度的降低便引入了正反應(yīng)性，反應(yīng)堆核功率會上升。為保證足夠的停堆深度，需引入負反應(yīng)性，故要啟動安注且緊急停堆，注入21 000 μg/g的高硼水。

6.2 處理預(yù)案

安注啟動后，向一回路注入低溫的濃硼水，冷卻劑溫度的急劇降低給一回路主設(shè)備的材料帶來不利影響。GCT排放系統(tǒng)采取了兩項措施避免這種不必要的安注：

1）當汽輪機壓力（代表汽輪機負荷）大于50%時，禁止排放功率較大的第3組排放閥開啟；

2）電網(wǎng)故障排除后汽輪機負荷增加到50%時開始的數(shù)秒之內(nèi)，禁止1、2、4組排放閥快開。

短電網(wǎng)故障消失后，操縱員要恢復(fù)機組穩(wěn)定，確認汽輪機調(diào)節(jié)正常，轉(zhuǎn)速維持在3 000 r/min。如果GCT-C閥門已關(guān)閉，應(yīng)復(fù)位C7A信號。隨后詢問電網(wǎng)調(diào)度，確認電網(wǎng)恢復(fù)穩(wěn)定。

7 自動重合閘不成功并造成電網(wǎng)解裂

7.1 自動重合閘不成功瞬態(tài)的風險分析

當電網(wǎng)某部分發(fā)生故障，造成電網(wǎng)甩掉部分負荷時（斷路器自動重合閘不成功），電網(wǎng)就變成了“小”電網(wǎng)。在這種情況下，機組處于自動控制，由于實際負荷突然變小，負荷參考值也變小，汽輪機調(diào)門快速關(guān)小，C7A or C7B出現(xiàn)，GCT-C閥門開啟。另外，在控制棒下插、堆功率下降之前，由于汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)作用存在，雖然汽輪機轉(zhuǎn)速（負荷下降時）的上升要求調(diào)門關(guān)小，但是由于目標負荷較高以及升負荷速率存在，又會要求調(diào)門開大，因此，調(diào)門無法在自動的情況下有效調(diào)節(jié)供汽量，汽輪機轉(zhuǎn)速將不斷上升，有觸發(fā)汽輪機超速保護動作的風險。

7.2 處理預(yù)案

操縱員應(yīng)利用下位機手動降低汽輪機轉(zhuǎn)速到3 000 r/min，然后恢復(fù)上位機自動負荷控制AUTO/YES（轉(zhuǎn)自動時上位機自動負荷控制處于HOLD狀態(tài)），修改目標負荷與當前負荷一致，按RELEASE/YES投上位機自動負荷控制，并在GCT-C閥門關(guān)閉后復(fù)位C7A or C7B信號。

負荷變化時利用多種手段協(xié)同控制反應(yīng)性，以優(yōu)化ΔI的控制，使ΔI盡量沿參考線運行。

機組穩(wěn)定后，操縱員要做的工作是聯(lián)系電網(wǎng)調(diào)度詢問電網(wǎng)情況，并在接到電網(wǎng)通知“可以升負荷”時，將機組負荷升至要求負荷。

8 電網(wǎng)電壓下降

8.1 電網(wǎng)電壓下降瞬態(tài)的風險分析

外電網(wǎng)發(fā)生低電壓故障時，機組在AER自動勵磁調(diào)節(jié)的情況下，會自動提高勵磁電流,提高機組的無功輸出，如果操縱員不干預(yù)，將可能會出現(xiàn)下列現(xiàn)象：

1）出現(xiàn)“發(fā)電機組的運行P-Q圖超出運行范圍”報警，其潛在后果是發(fā)電機轉(zhuǎn)子過熱。

2）發(fā)電機過激磁保護可能會自動動作，自動減勵磁。如果10 s后仍然存在過激磁將產(chǎn)生保護動作既自動滅磁的同時跳開發(fā)電機的負荷開關(guān)，這樣對電網(wǎng)來講是個惡性循環(huán)，勢必導(dǎo)致電網(wǎng)電壓的繼續(xù)下降，有可能造成整個電網(wǎng)的大范圍停電。

3）可能出現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)子冷卻不足報警,要求操縱員降功率。

4）如果電網(wǎng)電壓繼續(xù)下降,發(fā)電機低電壓一段保護動作 0.7 Un延時2.5 s產(chǎn)生發(fā)電機三級保護動作，機組進入孤島運行狀態(tài)。

5）由于電網(wǎng)電壓的繼續(xù)下降將有可能產(chǎn)生下列報警和動作。發(fā)電機低電壓二級保護可能動作，即在發(fā)電機低電壓一段保護不能正確動作的情況下發(fā)生發(fā)電機一級保護動作。

6）由于電網(wǎng)電壓的下降導(dǎo)致兩臺反應(yīng)堆冷卻劑泵轉(zhuǎn)速低+P7允許信號觸發(fā)反應(yīng)堆緊急停堆，即機組功率大于10%Pn與兩臺反應(yīng)堆冷卻劑泵流量低于88.8%。保護的目的：防止一回路流量偏低導(dǎo)致反應(yīng)堆功率不能及時導(dǎo)出，而引起反應(yīng)堆燃料和包殼溫度上升。

7）一臺反應(yīng)堆冷卻劑泵流量低+P8允許信號觸發(fā)反應(yīng)堆緊急停堆，即機組功率大于30%Pn與兩臺反應(yīng)堆冷卻劑泵流量低于88.8%。保護的目的：防止一回路流量偏低導(dǎo)致反應(yīng)堆功率不能及時導(dǎo)出，而引起反應(yīng)堆燃料和包殼溫度上升。

8）整個發(fā)電廠所有的異步電動機的轉(zhuǎn)速下降，將產(chǎn)生熱阱冷卻方面的異常，如冷凝器的真空，SEC/RRI（重要廠用水系統(tǒng)/設(shè)備冷卻水系統(tǒng)）的出力不足，SRI（常規(guī)島閉路冷卻水系統(tǒng)）的流量受影響一系列的問題。

9）發(fā)電機組失步保護可能動作，機組進入孤島運行狀態(tài)。在電網(wǎng)電壓恢復(fù)的過程中，由于事先已經(jīng)做過干預(yù)，因此在恢復(fù)的過程中如果不做及時的干預(yù)將出現(xiàn)機組進相運行，即發(fā)電機向電網(wǎng)吸收無功,首先這對大型發(fā)電機組是不允許的，將出現(xiàn)一個建議停機的指令，也有可能造成發(fā)電機組由于滑極（失步）保護而跳閘。

在電網(wǎng)電壓下降的情況下，無論是一個瞬態(tài)的過程還是一個緩慢的過程都會引發(fā)“發(fā)電機組的運行P—Q圖超出運行范圍”這個報警，因瞬態(tài)引發(fā)報警的原因是在電力系統(tǒng)穩(wěn)定器投入的情況下會引起發(fā)電機勵磁自動調(diào)節(jié)器AER系統(tǒng)的強勵動作，如果電壓下降的幅度已經(jīng)到了相關(guān)保護動作，那么機組已經(jīng)進入孤島運行狀態(tài)。緩慢的電壓下降會由于AER自動勵磁調(diào)節(jié)的跟蹤逐漸增加發(fā)電機的勵磁電流，由此引起發(fā)電機組的運行P—Q圖超出運行范圍。

8.2 處理預(yù)案

根據(jù)報警卡的要求，操縱員要使主變的分接頭朝向上的方向移動，（關(guān)于這一點在理論分析與實際操作上有差別）這樣操作的目的是使主變的變比減小以期待電網(wǎng)電壓下降對機組的影響程度變小，直到報警消失或P—Q圖在允許的范圍內(nèi)即可，可以連續(xù)的對主變分接頭進行調(diào)整,但是應(yīng)該注意主變分接頭調(diào)整時現(xiàn)場應(yīng)該派人檢查其三相動作的一致，防止發(fā)電機組負序保護動作（主變分接頭差三步就會引發(fā)）。

如果電網(wǎng)電壓仍然持續(xù)下降，在調(diào)整主變分接頭已經(jīng)無效的情況下發(fā)電機的無功仍然無法在P—Q圖的正常范圍內(nèi)，可以通過直接減少勵磁電流的方式繼續(xù)將機組控制在P—Q圖內(nèi)運行。這項操作的風險有：如果不密切監(jiān)督機組相關(guān)參數(shù)的變化趨勢，可能會危機機組安全運行；如果此時電網(wǎng)電壓能夠恢復(fù)還好，如果不能及時恢復(fù)而機組出現(xiàn)孤島運行情況，發(fā)電機的出口電壓有可能較低，需要手動進行調(diào)整。

上述操作的目的是盡量穩(wěn)定機組，避免機組的保護動作，對電網(wǎng)做一定的貢獻，同時保護機組的安全。

在執(zhí)行電網(wǎng)電壓恢復(fù)的規(guī)程時，操縱員應(yīng)該及時響應(yīng)以避免發(fā)電機進相運行，此時通過調(diào)整勵磁電流是緩慢的效應(yīng)，調(diào)節(jié)主變的分接頭是快速的效應(yīng)，可以根據(jù)電壓恢復(fù)的速度進行選擇，比較現(xiàn)實的可能是電壓恢復(fù)極快，那么操縱員將不得不采用調(diào)整主變分接頭的方式來響應(yīng)，操作的方法是將主變分接頭朝與此前相反的方向調(diào)整。

在恢復(fù)電壓的過程中不能輕易地將勵磁調(diào)節(jié)投自動，否則可能會出現(xiàn)發(fā)電機進相運行的現(xiàn)象。

以上這些都是我們不希望看到的，因此在電網(wǎng)發(fā)生低電壓故障的情況下必須采取必要的措施：

1）在發(fā)電機組允許的情況下應(yīng)該盡量提高無功輸出，以便對電網(wǎng)電壓的恢復(fù)提供有益的貢獻，這樣做對電網(wǎng)非常有利，因為在外電網(wǎng)電壓持續(xù)下降而無法恢復(fù)的情況下，有可能造成整個電網(wǎng)的崩潰，核電機組也不得不進入孤島運行,甚至停機停堆。

2）在提高無功輸出的同時監(jiān)視好發(fā)電機組，因為一旦機組發(fā)生跳閘,將導(dǎo)致電網(wǎng)電壓下降的惡性循環(huán)，連累到另1臺機組的安全穩(wěn)定運行。

3）適當增加另1臺機組的無功輸出再通過調(diào)整主變的抽頭來穩(wěn)定節(jié)點電壓水平。

4）對機組適當進行減載操作是有意義的，使發(fā)電機在同樣的定子輸出電流的情況下有效增加無功部分的分量，不會因此產(chǎn)生發(fā)電機出口過電流和導(dǎo)致發(fā)電機定子線圈過熱。

無論是在電壓下降還是電壓在恢復(fù)的過程中操縱員都必須在控制臺上進行必要的干預(yù)，否則都有跳機跳堆的風險。

9 結(jié)束語

操縱員首要的任務(wù)是確保關(guān)鍵安全功能放在很重要的地位。電網(wǎng)的瞬態(tài)雖然種類繁多，所帶來的潛在風險究其實質(zhì)不過是可能導(dǎo)致功率失控和堆芯的冷卻能力喪失。電網(wǎng)的某些漸變瞬態(tài)或小瞬態(tài)也許不能及時診出，如果等到異常工況演進到比較明顯階段才能為操縱員所察覺，在緊張的情形下可能導(dǎo)致操縱員誤判斷，使工況進一步惡化。探討電網(wǎng)瞬態(tài)給核電機組可能帶來的潛在風險并研究和演練應(yīng)對措施，提高操縱員在電網(wǎng)發(fā)生復(fù)雜的瞬態(tài)時對機組的控制能力，可以預(yù)防或減輕不可預(yù)見的事故后果。

操縱員分析和處理機組異常運行的能力直接關(guān)系到核電廠的安全，這種能力只有通過不斷地培訓(xùn)來保證和維持，應(yīng)當加強操縱員的安全素養(yǎng)培訓(xùn)、心理培訓(xùn)和技術(shù)培訓(xùn)，使他們能隨時掌握核電廠的狀態(tài)，并充分認識自己的任何動作對安全的影響，任何時候都不違背運行規(guī)程。還要使他們在任何情況下都能冷靜地分析和判斷事態(tài)，不會被不完全的數(shù)據(jù)或不正確的思維方向引入歧途。

[1] 黃純?nèi)A，主編. 大型同步發(fā)電機運行[M]. 北京：水利電力出版社，1992.（HUANG Chun-hua.Operation of Large Synchronization Generator[M].Beijing: China Water Power Press, 1992.）

[2] 王維儉，編著. 電氣主設(shè)備繼電保護原理與應(yīng)用[M]. 北京：中國電力出版社，2002.（WANG Weijian. Theory and Application of Relay Protection for Main Electric Equipment[M]. Beijing: China Electric Power Press, 2002.）

[3] 大亞灣核電運營管理有限責任公司培訓(xùn)中心. 大亞灣核電站運行教程[M]，2008, 12.（The training center of Daya Bay Nuclear Power Operations and Management Co., Ltd. Operation tutorial for Daya Bay NPP[M]. 2008, 12.）

[4] 大亞灣核電運營管理有限責任公司培訓(xùn)中心. 大亞灣核電站事故規(guī)程解讀[M]. 北京：原子能出版社，2007.（The training center of Daya Bay Nuclear Power Operations and Management Co., Ltd.Accident regulations for Daya Bay NPP[M].Beijing: Atomic Energy Press，2007.）

[5] Westinghouse Electric Corperation. PWR Plant System Information，1981.

[6] John wiley & Sons Ltd. Transients in Power Systems ，Lou van der Sluis（2001）.

[7] 沈善德，著. 電力系統(tǒng)辨識[M]. 北京：清華大學出版社，1993.（SHEN Shan-de. Identification of Electric System[M]. Beijing:Tsinghua University Press, 1993.）

[8] 鄭福欲，編著. 壓水堆核電廠運行物理基礎(chǔ)[M]. 北京：原子能出版社，1995.（ZHENG Fu-yu.Fundamentals of PWR NPP Operation Physics[M]. Beijing:Atomic Energy Press, 1995.）

[9] 丁衛(wèi)東. 電網(wǎng)低電壓故障對核電機組的影響及處理預(yù)案[J]. 核動力運行研究，24（3）.（DING Weidong. The impact of power grid low voltage failure on nuclear power plant and pre-arranged treatment plan[J]. Nuclear Power Operation Reserach, 24(3).）

[10] 毛正宥，丁衛(wèi)東. 核反應(yīng)堆平衡氙毒反應(yīng)性隨燃耗的變化[J]. 核動力運行研究，24（3）.（MAO Zhengyou, DING Wei-dong. Change of equilibrium xenon poison reactivity with the burnup of reactor[J]. Nuclear Power Operation Research,24(3).）

[11] 毛正宥，丁衛(wèi)東. 核反應(yīng)堆的動態(tài)周期[J]. 核動力運行研究，25（2）.（MAO Zheng-you, DING Wei-dong. The dynamic periodicity of nuclear reactor[J]. Nuclear Power Operation Research,25(2).）

[12] WANO SOER 1999-1，How to Review WANO SOER 1999-1,Loss of Grid.