核电机组涉网保护与电网安全自动装置的协调控制

核电机组涉网保护与电网安全自动装置的协调控制

陈喜峰

（山东核电有限公司山东烟台265100）

摘要：压水堆核电机组是我国目前应用得最多的核电机组类型之一，它具有功率高、结构稳定、成本较低、技术成熟等优点。本文对压水堆核电机组涉网保护和电网安全自动装置的协调工作进行了研究，一定程度上提高了核电机组的安全稳定性。

关键词：核电机组；涉网保护；安全自动装置；协调控制

核电机组的涉网保护和电网安全自动装置的协调配合是保证核电机组正常运行的重要因素之一，如果两者协调配合不合理，那么会对核电机组造成不利影响，严重时可能会发生事故。所以相关部门要加强对涉网保护和安全自动装置两者的协调管理，保证核电机组的正常运行。

1高频状态下核电机组的涉网保护与电网安全自动装置的协调控制

1.1高频状态下的涉网保护对系统的影响

当电网内部的有功功率严重过剩的时候，只靠调速器和反应堆两者的控制是无法满足需求的，核电机组的运行频率会慢慢上升，直至超出正常运行范围。如果不立即采取相应的解决措施，整个电网会出现频率过高现象。为了防止发生安全事故，保证核电机组的稳定运行，当核电机组发生高频现象时，电网将自动解列，并转带厂用电运行。为了在情况进一步恶化之前能快速调整汽轮机的转动速度使得核电机组不至于跳闸停运，且在电网一小段时间的故障过后可以马上接上负载，我国的核电机组通常都会使用OPC。不过，如果OPC控制不到位，不但不能稳定态势，可能还会使情况进一步恶化，增加安全事故发生的风险[1]。

OPC系统在运作前和运作后输出功率变化很小，所以OPC的运作会使机组的功率产生振荡，多次冲击机组的轴系和热力系统，不利于核电机组的稳定运行。再加上我国的核电机组基本都是大型核电机组，对于OPC的控制方式都是大同小异。OPC系统同时运作的时候会降低系统的运行频率，导致系统频率过低自动切除负载。如果OPC复位不合理，则会产生更可怕的后果：当核电机组从低频状态下恢复过来后，频率会顺着趋势一路上升，一直到比OPC介入控制以前更高的频率，使得情况进一步恶化，对机组和电网产生更大的损坏，严重时可能导致系统崩溃。

1.2高频状态下安全自动装置参与协调控制的原则

核电机组的上网运行功率比较大，如果机组出现了故障，那么电网单独运行时容易发生频率过高。为了在机组故障时减缓频率升高的速度，保证电网的正常运行，可以先分析功率过剩的程度，然后根据情况用特殊的高频切机方式将一部分其他机组切除，保证频率控制在合理范围内，不至于过高损坏电网设备，最好不超过50Hz，这样一般不会触发自动涉网保护系统和OPC的运转，降低机组和电网系统损失的风险，一定程度上保证核电机组和电网的稳定[2]。

2低频状态下核电机组的涉网保护与电网安全自动装置的协调控制

2.1低频状态下的涉网保护对系统的影响

核电机组在低频率运转下会产生谐振，而谐振应力所造成的影响是逐渐累积的，当累积到了一定程度，核电机组汽轮机的叶片可能会出现裂痕或者发生断裂。在核电机组有功功率的变化过程中，其运行频率总会发生一定的偏差。由于谐振应力产生的影响是一个不可逆的、逐渐累积的过程，即频率一旦偏离标准值，就会有疲劳的状态累积，就算立即恢复标准值，疲劳状态也不会消失。所以为了防止疲劳累积超过限制而出现叶片损坏现象，在频率偏离标准值的总时间达到一定值时需要将电网解列甚至停机。

电网系统频率降低，对许多设备都会产生很大的影响。比如主要泵机的输出速率下降，总的输出流量降低，其燃料部件的冷却速度也大大降低。此时为了防止主要泵机的燃料部件因温度过高而损毁，一回路的流量过低保护将自动开启，将主要泵机紧急停机。另外，当电网频率过低时还会触发过激的磁场保护作用。

核电机组运行时功率比较大，容量也比较大，所以如果系统发生故障，频率降低，务必要保证核电机组不会跳闸，机组一旦无法适应当前频率而发生跳闸，会使得系统的频率异常更加严重，甚至引发一系列问题，最终可能导致系统崩溃。

2.2低频状态下安全自动装置参与协调控制的原则

当遇到系统处于低频状态时，电网安全自动装置要尽量参与协调控制，保证整个系统的运行频率在核电机组运行所能允许的最低下限之上，绝不能低于这个下限。另外，核电机组也应该具备一定的紧急状态运行能力，当系统处于低频异常状态时，核电机组能自行运转一段时间，支撑到维修工作结束，系统恢复正常频率。对于核电机组在频率异常状态下持续运行的时间，目前还没有固定的标准和要求[3]。

在实际情况中，发电机的制造商在设置低频保护值时一般都求稳，所以把低频保护值设置比真正的设备运行频率下限要高一点，但是这样只保证了发电机本身不被过度损坏，忽略了与电网频率的整体协调。发电机提前开启低频保护系统对系统的其他装置会有很大影响，而对于核电机组，电网一小段时间的低频运行只会有少许损失，但是如果核电机组停机以后再重新开启，所需要付出的代价却是巨大的。所以制造商和发电厂在提供核电专用发电机时，需要考虑到这个问题，将核电机组的整体利益放在第一位，切忌因小失大。

3低压状态下核电机组的涉网保护与电网安全自动装置的协调控制

3.1低压状态下的涉网保护对系统的影响

当系统的电压降低时，核电机组需要通过调节励磁电流的方法，来增加无功功率，维持电压稳定。当前我国核电机组的过励保护限定值一般都会小于国际标准。但是太保守的过励磁限制会使得低电压触发过励保护的时机太早，励磁电流提前下降，对系统稳定并无好处，反而会引起核电机组中心控制系统的疲劳。

如果过励限制值太高，低电压运行了一段时间后才会触发过励保护，那么绕组会在一段时间内过载运行，释放出一定热量，在将这些热量散去之前，励磁电流将无法有效降低，所以这段时间内系统的总频率不会有多大的变化。电压逐渐降低，会使得主要泵机的输出量迅速减少，泵机也会自动开启一回路流量过低保护，最后导致核电机组停机的事故。

3.2低压状态下安全自动装置参与协调控制的原则

当系统受到的外界干扰比较大时，电压会持续处于低压状态。这个时候为了确保机组能够继续运行而不会停机停堆，维持机组主要部分的运行，需要把一部分负载去除，使电压集中分到主要部分，使主要部分的电压尽量接近额定值，不会产生太大偏差。另外，过励保护值应该参照国际标准，不能太过保守，合理的过励保护值对系统的稳定运行极为重要[4]。

结束语

核电机组的涉网保护和电网安全自动装置的协调控制是保证核电机组正常稳定运行的基础，不合理的控制手段或者两者之间的不协调配合都会使得核电机组的工作状态发生异常甚至出现事故，所以要加强对涉网保护和自动装置的协调控制研究，有效减小事故发生的概率，延长核电机组的使用年限。

参考文献：

[1]袁亮，吴国旸，杨明玉，宋新立，骆斌.基于全过程动态仿真的发电机组涉网保护和限制自动校核[J].电力系统自动化，2015，39（24）：115-121.

[2]刘桂林，宋玮，宋新立.基于涉网保护的低励限制、失磁保护与失步保护配合的研究[J].电力系统保护与控制，2014，42（23）：107-112.

[3]宋玮，刘桂林，吴国旸，宋新立，刘燕嘉.发电机组涉网保护与限制配合的自动校核[J].电力自动化设备，2015，35（09）：163-167.