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核电站电力系统安全策略

  
评论: 更新日期:2015年10月18日

        1.2.2  厂用负荷
        上述核电站的厂用电负荷, 即电站的附属设备按照供电需求不同分为4类:(1)发电机组附属设备:即机组正常运行所必须的附属设备,如给水泵和反应堆冷却剂泵等;(2)永久性附属设备:机组停机后仍需继续供电的部分;(3)应急附属设备:核安全和保护设施或电站主要设备所需要的附属设备;(4)公用附属设备:电站照明及公共服务设施。
        厂用负荷的类别决定了厂用电系统的运行方式:一切正常时,全部厂用负荷的配电系统由机组的26 kV母线经厂用高压变压器供电,该母线在机组运行时由发电机供电而当发电机停机时则由外电网经主变压器供电;26 kV 母线失电或厂用高压变压器A不可用时, 则由220kV 电网经辅助变压器向永久性、应急和公用设备供电;主网和辅助电源都不可用时,则由柴油发电机向应急附属设备供电。
        厂用电系统的运行方式变化的根本目的,是尽可能提高核安全的可靠性。
        1.2.3  厂外电源
        在核电站厂用电源中,厂外电源非常重要,它提供了主厂用电源和辅助备用电源。核电站国际组织WANO(世界核电运营者协会)在其重要运行经验报告中认为:“电网失去或异常降压是核电厂所能发生的最严重的安全重大事件。很多电厂的安全概率评估结果清楚地表明,厂外电源失去(电网失去)是堆芯估算损坏概率的最大原因之一”。厂外电源是否可靠,主要决定于电网的运行情况。为确保安全,核电安全规范对厂外电源的运行方式做了一系列规定,表1列出了一座2x1000 MW 核电站的部分安全准则要求 。
        表1:
        主供厂用电源 辅助电源 厂内柴油发电机        准则 
        可用 可用 至少1台可用 可以运行 
        可用 预计停电36h以上 2台可用 停机停堆 
        可用 预计停电72h以上 1台不可用 停机停堆 
        可用 不可用 2台不可用 停机停堆 
        不可用 可用 2台可用 热停堆 
        不可用 不可用 2台可用 冷停堆 
        从表1可看出,任一厂外电源不可用,在大多数情况下,核电机组必须转入备用状态,甚至停堆。
        2. 电网的安全策略
        基于核安全的极端重要性,对具有商业性运行的核电站的电网,应采取必要的安全策略来减少核电站失去厂外电源的风险。
        2.1  定期审核核电站失去厂外电源的风险
        核电站失去厂外电源的主要事件是:(1) 电网崩溃导致核电站外部电源全部不可用。电网的崩溃原因很难预先确定,通常是对电网局部事故的防范措施不当导致事故扩大,或电网遭受了超过设计和防护标准的事故, 如飓风和地震灾害影响的结果。(2)与核电站相联的局部电网事故导致核电站外部电源全部不可用。虽然核电站主厂用电源和辅助电源接人了物理上彼此独立的电路。但由于技术经济性,在外部电网中,这2个接人点通常处于同一局部电网中,因此,在考虑核电站失去厂用电源事件时,必须考虑该局部电网的安全性。(3)核电站主供厂用电源有关的输变电设备和辅助电源同时失去。该事件同样导致核电站外部电源全部不可用。这种情况与输变电设备的运行管理密切相关。
        核电站失去厂外电源的风险通常采用可靠性指标来表示。通过对相关事故的计算分析,可清楚揭示核电站失去厂外电源的风险。对核电站失去厂外电源风险进行定期审核是一项基础工作,通过评估,将有利于揭示电网的薄弱环节,及时采取措施,保证电网满足安全规范的要求。
        2.2  严格执行核安全关于厂外电源的运行规范
        核安全规范是核电站的强制性标准。在电网运行中, 严格执行规范将有利于提高核安全水平,并最大限度降低核电站因遵守规范对电网可能产生的不利影响。这包括:(1)避免不合理的运行方式,如厂外主供电源和辅助电源同时检修或厂内柴油机和厂外电源同时检修,当厂外电源可能出现违反规范的可能性时,就尽快做好准备,减少一旦机组停机对电网的影响;(2)在主供厂用电源不可用时,应允许核机组按规程转入备用或停机状态;(3)不要强令核电机组在可能与核安全规范冲突的状态运行。如不要为了核电机组尽快并网,在厂用电源不允许的情况下,将反应堆置于热备用状态。在核电机组出现超越规范的情况时,应创造条件使机组状态符合核安全的要求。
        2.3   采取必要的安全措施提高对核电站厂外电源供电的可靠性
        包括采取适当的运行方式,防止核电站所在的局部电网出现稳定问题,防止频率崩溃,防止电压异常升高;采取合适的解列措施防止主供电源和辅助电源同时失电。
        2.4   将核电站厂外电源列为最优先的恢复目标
        电网大停电后,由于核电站安全支持系统不能有效发挥作用,因此这种状态不但是电网最严重的情况,也是核电站最严重的紧急状态。特别是在厂内交流应急电源不正常时,这种状态将直接威胁核安全,产生严重的影响。因此,在全世界所有具有核电机组的电网中,其黑启动计划和电网恢复方案都将最优先恢复核电站的厂用电作为其目标。
        核电机组由于容量大,一般直接接于超高压电网,因此,在超高压电网未恢复前,机组一般不能并网,在很多情况下,也不能获得厂外电源供应。但超高压电网的恢复必须考虑很多因素,这些因素在恢复初期很难满足,包括:超高压线路充电功率造成持续工频过电压和机组自励磁;在小系统中超高压线路操作造成的暂态过电压;向大型变压器充电时的磁涌造成的动态过电压;小系统短路电流不足使保护动作可靠性减少等。由于这些原因,超高压电网的恢复往往需要在一部分大机组恢复后才能恢复,但大机组的稳定运行受负荷恢复情况影响很大,后者往往需要相当长的时间。因此,对核电站厂外电源的恢复并不容易,需要周密的安排。恢复计划也应包括线路抢修安排,一旦核电站所有出线受到破坏,应最优先抢修至少一回线路。
        2.5   建立可靠的沟通机制确保电网和核电站协调工作
        根据WANO的经验和各国电网的运行经验,在电网和核电站间建立有效运作的沟通机制是确保核电和电网安全的重要手段, 这些机制通常包括:签订有关的并网协议和运行细则,明确双方的责任和权利; 建立工作机构间的定期协商机制,对双方的维修计划、运行安排进行协调,并对未来的电网情况和电站状态交换信息;建立密切的日常工作联系,包括对有关人员和工作机构落实责任和授权;能根据外部环境的变化,不断完善有关的规章和执行方式。
        2.6   建立有效的通信手段
        事故情况下, 核电站和电网间需要交换大量至关重要的信息,包括核电站和电网的状态、电站和电网的要求、有关的操作指令等。因此,保持核电运行人员和电网调度的有效通信联系非常关键。通常必须设立多渠道的通信手段,包括热线、专用网,并利用公用电信网作为辅助手段,避免同时中断。
        总结:
        由于核安全有重大的政治和社会影响,因此,具有商业核电站运行的电网必须根据电站和电网的情况。采取必要的安全策略和措施,重点是提高电网的可靠性, 减少核电站失去全部厂外电源的风险。在电网运行中。应在核电站和电网间建立有效的工作协调机制,保持包括通信设施在内的技术手段的正常工作,在电网瓦解时,应将恢复核电站厂用电作为最优先的目标之一。

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