大型压水堆核电站接入电网的理论和技术解析
任校江
中图分类号：TM623 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2020）05-131-01
摘 要 核电入网后一般在满载状态下运行，以期达到最大的生产效率，但当装机容量占电网比例达到一定程度后，核电入网即可能对电网运行稳定造成负面影响。为此本文分析大型压水堆核电站接入电网的理论和技术，严格监控核电站入网后的运行状态，为相关研究的开展提供理论参考。
关键词 压水堆核电站 接入电网 装机容量占比
近年来，能源紧缺形势日益严峻，能源结构多元化调整成为稳定能源供应状态的重要途径。核能因其受外部环境影响程度低、生产效率高、无污染等优势，在电网中的占比逐渐提高。相较于发达国家，我国核电领域还存在较大的发展空间，有必要对其入网理论及技术进行分析。
一、大型压水堆核电站入网对电網的影响
（一）潮流分布及短路电流
大型压水堆核电站入网后，核电站本身负责电能的输出，同时也以电网作为能源获取渠道，该关系使得核电站与电网之间相互依赖，并对电网系统运行暂态造成一定影响。在潮流分布及短路电流方面，核电机组入网后电网稳定运行阶段，其对潮流分布及短路电流的影响与同等装机容量水平下的火电机组和水电机组大致相同，在此不做过多阐述。
（二）机组甩负荷
核电站发生运行故障后，其运行动态会发生明显变化，严重时可能引发反应堆急停的现象。而电网故障是促使反应堆急停的一大原因之一，若电网与核电机组间的运行发生错位或实际电压、功率波动超出合理范围，则可能导致反应堆急停。
例如，有实验研究核电站入网稳定运行5s后主变压器高压侧突然中断时，核电机组与电网之间的动态响应关系。实验中发现，核电机组在带负荷运行状态下，汽轮机负荷骤降至5%时，汽轮机旁路开启，调节系统将反应堆功率稳定在30%左右，并由旁路负责补偿剩余功率。核电机组维持该运行状态至24h左右需重新并网，或依照有关技术要求调节至备用状态。核电站入网后的电网多配置柴油发电机组，以保证辅助电源失效后系统稳定供能，为提高电网故障过程中的自我恢复能力，建议为核电站入网电网配备足够的可调无功电源。
（三）系统故障特点
若电网发生运行故障，其与核电机组之间将产生相互作用。例如当核电机组的输出线路发生故障后，机组实时电压、功率均会出现一定程度的波动，其很快即可自行恢复。该波动会导致汽轮机主汽门的开启程度降低，发生器出口处的蒸汽压力及冷却剂的温度发生小幅度变动，在60s以内均可自行恢复。可以判断核电厂内反应堆及相关动力设备的响应速度较低，若能在故障发生后及时将其排除，可最小化故障对电厂运行稳定的影响。
总结来讲，大型压水堆核电站接入电网后的系统故障表现出如下特点：第一，电网突发故障后，核电站机端电压、功率及母线频率均会发生明显波动，当故障被切除后，可恢复正常运行状态，此时电网对核电站的影响程度非常有限。第二，电网故障与核电机组间的影响关系与扰动位置、时间、强度等因素有关，同时也与机组运行参数相关。故障发生后，三相短路故障对核电站运行稳定程度的影响最大。第三，当电网装机容量较高时，调整系统内一台或多台大容量机组对核电站运行状态的影响非常有限。
二、大型压水堆核电站接入电网的意见分析
（一）对电网影响问题的解决
核电站入网后其潮流与火电及水电机组相类似，因此在消除潮流对电网运行稳定的影响时，可参考火电机组进行。核电站入网后，电网无功补偿会受到显著影响，为确保电网运行安全，可在入网过程中增设无功静止补偿装置，以提高系统对电压变化的灵敏度，在冲击风险产生时，及时进行调整以稳定母线电压。此外，大型压水堆核电站入网后会改变原有的电网结构，若单机容量较高，会导致机组转动频率下降，进而在外部干扰的作用下产生振荡，影响相关设备的使用寿命[1]。因此在核电站入网过程中，需重点分析轴系扭振特性，对同步振荡问题进行预防。
（二）提高核电站入网规范性
核电站在规划设计、建设施工、安装调试等阶段，均需严格依照有关安全管理要求规范化进行，确保接入电网的核电站有足够的灵活性，同时对入网后电网运行负荷、调峰调频等做实时监督，以及时调整核电站的运行参数。
（三）优化选取核电运行方式
核电站入网后运行方式的选择需满足国家相关技术规范的要求，且要求运行方式与核电站自身特点相适应。结合电网潮流分配、短路电流、无功功率配置等，设计最佳的核电入网方案。在运行阶段，应逐步完善电网运行优化方案，尽可能降低核电站对电网运行的干扰。同时加强核电站运维检修工作，确保其安全运行。
三、结语
核电站入网成为电网发展建设的重要趋势，在入网之前，需重点关注核电站与电网之间的相互影响关系，制定最佳的入网方案，并通过后期严格的运行管理及系统维护，提高核电运行稳定性，以最大化核电入网综合效益。
参考文献：
[1]唐倩，沈旭，姚兴武，等.地区电网清洁能源发电接纳能力分析研究[J].电工技术，2019（22）：143-144.
