董恩兴

摘要：现阶段，核电厂运行过程中，需根据电网要求投入核电机组的一次调频功能，合理控制电网的电压和频率的波动。但由于核电厂本身的特殊性，还应在电网频率、电压改变时，重视一次调频动作后对核电厂内关键系统参数变化的影响。因此，本文目的是讨论一次调频对核电厂运行的影响，并对调频后核电厂内关键系统的参数的变化进行分析，确保核电厂在参与一次调频后的安全。

关键词：核电厂;一次调频;核电机组

引言：核电厂運行过程中，会存在明显的放射性安全隐患，所以在核电机组一次调频动作产生后，应通过研究核电厂系统参数变化，判断一次调频对核电厂运行的影响。从而在核电厂运行过程中，科学应用核电机组调频能力，减少核电厂安全事故风险，增强核电厂的运行稳定性及安全性能。

一、核电厂安全运行的基本要求

其一，合理控制核电厂动力机组内反应堆热功率。核电厂运行期间，若核电机组处于持续运行状态中，堆芯稳态功率应小于2895MW。具体实现方法为将堆芯热功率控制在小于102%Pn，同时在任何一个运行值班的8小时内，堆芯的热功率平均值不超过100%Pn。堆芯功率水平在102%Pn水平的累计运行事件不超过15分钟。超过101%Pn的累计运行时间不超过30分钟，超过100.5%Pn的累计运行事件不超过60分钟。究其原因，在于核电厂安全事故分析中，如果反应堆热功率超出额定值，使得反应堆概率安全值降低，安全性能难以保障，甚至造成严重的核事故。

其二，将反应堆功率升速率限制在稳定范围内。核电厂运行中，为避免包壳、燃料芯块出现相互作用现象，运行人员需严格遵守技术规范限制来控制反应堆功率变化，以免在反应堆超过当前功率水平后，功率提升速率变化过快导致反应堆内包壳、燃料芯块和包壳间隙变化，产生相互作用，对燃料包壳造成损伤，甚至导致包壳破裂。除此之外，核电厂一次调频动作速率要求高，若核电网因调频导致堆芯功率产生较大波动，将影响核电厂稳定、安全运行[1]。

二、一次调频对核电厂运行影响分析

一次调频对核电厂运行的影响，主要是在电网电压下降或线路故障等问题产生后，核电厂一次调频动作、核电机组会瞬间提高出力，使电网电压保持在额定水平。但是在一次调频动作产生后，核电厂内蒸汽流量、堆芯功率水平都会出现相应变化。

（一）电网频率

一次调频后，核电厂电网频率会逐渐降低，且核电厂汽机转动速度同步下降，导致核电厂内发电机有功功率增加。而发电机在一次调频瞬间中，有功功率数值在瞬间增大后，会超出核电厂汽机负荷范围，使得汽机调节系统会自动将调门关小，之后，发电机功率会迅速降低。由于电网容量较大，核电机组在并网状态下，发电机因汽机调节而功率迅速降低后，汽机频率、发电机电压将同时小于初始值。汽机转速、电网频率降低后，一次调频动作会增加核电机组负荷，其所增加的机组负荷由汽机调差系数决定。该系数是在核电机组运行过程中，根据核电网基本要求确定。汽机调节系统的核心作用，就在于电网频率改变后，通过调节发电机功率、补偿电网所需功率，使核电网处于稳定状态[2]。

（二）蒸汽流量

一次调频对核电厂的影响，同样体现在蒸汽流量中。具体来说，一次调频动作产生后，汽机负荷随着增加、核电机组内部蒸汽流量在汽机调门变大后增加，最终会导致核电厂蒸汽系统出现较多参数变化。第一，蒸汽流量增加后，核电厂蒸汽发生器在给水流量与蒸汽流量变化匹配度降低，导致蒸发器本身水位降低。直到蒸汽发生器水位控制系统，利用主给水泵转速调节功能将蒸发器给水调整在正常范围值数内，才能使蒸汽流量恢复稳定。

第二，蒸汽流量值数变大后，二回路所带走的热量变多，会造成核电厂内主冷却剂系统温度降低。而在实测平均温度与参考平均温度差大于温度控制棒组动作定值后，R棒提升并引入正反应性，堆芯功率提升。如果一二回路负荷不匹配，核功率变化则很可能会触发反应堆保护系统动作[3]。

第三，基于热胀冷缩原理，反应堆冷却剂系统内部温度变化，会改变机组稳压器的压力、水位，使得稳压器内部温度、压力产生波动。但在稳压器调节系统作用下，上充流量会增加、电加热器功率也会随之增加，直到各项指标恢复到正常设定值范围中。

（三）机组整体

一次调频对核电厂运行的影响，主要集中在核电机组安全方面。一方面，一次调频后，电网电压频率下降，核电厂内主冷却泵流量、转速降低。若电网频率下降范围大、持续时间长，核电机组可能会甩厂用电，并进入“孤岛运行状态”。另一方面，一次调频在设置死区时，要求技术人员严格控制死区大小，若死区设置较小，会导致核反应堆安全性难以保障。比如一次调频死区较小时，其功率会频繁波动，并且在汽轮机、反应堆功率同步波动时，反应堆堆芯会因控制棒的频繁动作，而出现堆芯分布畸变现象，在堆芯局部区域因畸变形成热点，导致局部过热将直接超过燃烧棒功率，使得堆芯局部产生泡核沸腾情况。该情况产生后，核电厂会存在包壳、燃料损坏风险，严重时会诱发核事故。

三、结语

综上所述，我国核电机组正在陆续建设中，且核电机组的数量和、发电量占比也随之增加。与此同时，核电厂调峰任务也愈发严峻，需凭借核电机组本身的抗干扰、一次调频作用，合理控制电网频率变化。同时由于一次调频动作后，机组各系统参数也会产生变化，存在安全事故风险。为此，核电厂还需科学地制定一次调频死区，以优化核电机组一次调频功能，规范其调频流程，以保障机组安全稳定运行。

参考文献：

[1]刘波.核电站汽轮机组一次调频逻辑优化方案[J].产业与科技论坛，2018（012）：51-52.

[2]杨东升，温庆邦.某核电厂一次调频功能优化及试验风险分析[J].电工技术，2019（15）：66-67.

[3]方朝雄，李旭东，林章岁等.核电机组对电力系统一次调频性能影响仿真分析[J].华北电力大学学报：自然科学版，2019（5）：55-60.