0 引言

田湾核电三期工程的5、6号机组是两台M310改进型百万千瓦机组，通过四条500kV线路进行电力输出。在2022年12月发生的短时电网故障之前，5号机组正在以寿期末满功率（1118MW）运行，而6号机组则处于寿期中降功率（861MW）运行，并且四条出线正常运行。对于核电机组来说，短时电网故障是一种常见的挑战，但由于本次短时电网故障导致机组大幅度甩负荷的情况相对较为罕见，因此有必要结合此次故障发生的机理，分析机组响应的现象和参数的变化，并结合实际经验提出处理建议。

1 短时电网故障过程描述

2022年12月某日中午，由于外电网故障导致部分负荷被甩掉，5、6号机组的汽轮发电机组阻力矩减小。此时因主供汽阀门开度未能及时变化，主力矩大于阻力矩，汽轮机转速迅速上升。

本次机组功率波动是由母线故障引发的。经过对机组故障录波波形的分析发现故障后三相电压呈现对称性降低，而三相电流则呈现对称性增大。这些特征表明，这是一起较为严重的三相短路故障。

1.1 工艺系统响应分析

1.1.1 一回路工艺系统响应

5、6机组的功率控制棒（G棒）在短时电网故障瞬态初期时，由于功率闭环控制未退出，G棒需求棒位保持不变，与负荷设定参考值决定的棒位保持一致。随后，由于故障来临时的电功率波动触发了“电网扰动”信号，导致调频死区功能和功率闭环控制退出。此时，G棒的需求棒位开始跟随实际电功率波动而变化。在初始阶段，由于电功率突减，G棒开始插入堆芯。随后，由于汽机调门突然关闭，导致功率几乎降至0MW，G棒快速插入堆芯，后功率瞬速恢复又造成一回路过冷。

此外，5号机组寿期末时正常下泄是双孔板运行，瞬态发生后，观察到下泄过滤器压差增长变快，判断是一回路参数的变化造成了一回路内腐蚀产物和杂质的剥落，过滤器过滤的杂质增多，就地查看混床压差也有增大现象，因此在瞬态发生后还需要关注一回路水质的变化。一回路系统在瞬态期间整体响应情况良好。

1.1.2 二回路工艺系统响应

M310机组的蒸汽旁路排放系统（GCTc），也被简称为旁排系统，是机组中不可或缺的设备。其主要功能在于在特定情况下，将主蒸汽直接导入凝汽器，从而带走反应堆的热量。不同于汽轮发电机负荷，反应堆的功率无法迅速调整。因此，当汽机负荷大幅度下降时，GCTc会将主蒸汽直接排放到凝汽器，这样可以为反应堆提供一个“人为”的负荷，降低核蒸汽供应系统中温度和压力的瞬时变化幅度，确保其稳定运行。

旁路系统的设置使得在应对机组紧急甩负荷、反应堆紧急停堆、机组启动/热停堆等特殊工况时，能够及时将主蒸汽排入凝汽器，实现一回路的稳定运行。值得注意的是，不同的堆型，旁路排放系统的实现方式以及容量和配置都会有所不同，主要与蒸汽发生设备及系统的特点、汽轮机组的特性等因素密切相关。

在瞬态过程中，由于汽机进汽调节阀突然关闭导致蒸汽集管压力急剧上升，蒸汽发生器上升段的水中汽泡被迅速压缩，尽管汽泡分布在上升通道，但下降通道的水位也随着上升通道中水位的降低而快速降低。随后，GCTc排放阀开启，产生虚假水位效应，水位上升，这一过程与压弹簧的现象非常相似。在整个瞬态过程中，蒸汽和给水回路都受到了很大的扰动，但由于持续时间较短，且高功率下各调节系统响应及时，因此在瞬态结束后几秒的时间内蒸汽发生器的水位、给水和蒸汽流量又恢复到正常值。另外，可以发现汽轮机系统在整个瞬态过程中表现出了出色的整体响应情况。唯一需要紧急干预的是汽水分离再热系统（GSS）疏水箱的水位。在瞬态初期，由于汽机甩负荷信号触发了GSS系统的停泵命令，同时自动关闭正常疏水调节阀，导致壳侧疏水箱水位快速上升，紧急疏水阀迅速开启，随后水位下降后紧急疏水阀正常关闭。当甩负荷信号消失后，疏水箱液位高于500mm时GSS疏水泵将重新启动。然而，由于正常疏水阀调节响应较慢，两台机组的GSS壳侧疏水箱液位均上涨最大到1100mm左右，之后又因为紧急疏水阀关闭也较慢，导致疏水箱液位快速下降。当液位低于300mm时，GSS系统再次触发停泵信号。此时疏水泵的频繁启停引起疏水箱液位的持续振荡，对泵和管道均产生了极大的冲击，容易导致疏水泵故障，并可能引发水位发散过高而触发停机保护。为了避免潜在的风险，5、6号机组均采用了将紧急疏水阀切至手动控制的方法来最终稳定疏水箱液位。

3 总结与建议

本次外部电网故障对M310核电机组功率的影响可以分为两个主要阶段。在初始阶段，影响是由故障后电力系统的机电暂态特性所决定的；随后的第二阶段中，由于转子加速度超过了设定的加速度预保护值，触发了一系列汽机相关系统的动作。尽管5、6号机组的起始功率存在区别，导致它们运行在不同的功率曲线上并展现出部分暂态特性的差异，但两者的整体响应趋势是一致的。值得一提的是，本次故障处理过程中，所有相关系统如蒸汽发生器水位调节、蒸汽旁路排放系统、励磁机系统以及反应堆控制棒等系统均正常调节运作，各重要参数变化正常，满足了机组安全运行的要求。因此，在设计和调试核电机组发电系统时，需要充分考虑其与电力系统的交互作用，以提高其对外部电网故障的整体鲁棒性和可靠性。

在短时电网故障发生后，需要特别关注一回路G棒和R棒的棒位，以减少控制棒动作对功率分布的影响。同时，在G棒插入堆芯后需要进行计时，以确保遵守技术规范要求。为了优先将G棒重新提升至堆顶，可以采用手动换棒的方式。瞬态引起的功率降低会导致氙毒积累，因此需要在瞬态结束后向一回路注入清水，以平衡氙毒积累所引起的反应性变化。

对于二回路，除了关注蒸汽发生器的液位，还需要在电网故障结束后手动调节GSS疏水系统。通过将紧急疏水阀切换至手动控制，使壳侧疏水箱的液位稳定，有利于汽轮机系统的安全运行。此外，一旦机组参数基本稳定，可以立即投入调频死区模块，以避免机组功率受一次调频影响而在小范围内波动，从而保持一、二回路相关参数的稳定。

短时电网故障处理结束后，还需要重点关注一回路水质的变化。由于功率变化造成的燃料表面腐蚀产物或杂质的迁移可能导致水质恶化，进而引发或加剧反应堆结构材料和燃料包壳材料的腐蚀，导致设备损坏以及放射性活度的增高，构成放射性危害。因此需要及时联系化学专业进行取样监测，并采取必要措施，如对一回路进行换水处理或增加下泄净化流量。

4 结语

本文通过对短时电网故障的原理进行深入分析，对田湾核电三期工程5、6号机组在面对短时电网故障时的整体响应和处理过程进行了详细探讨。通过理论与实践相结合的方法，提出了在短时电网故障响应过程中的处理思路和需要重点关注的项目。这些思路和建议不仅有助于及时恢复M310核电机组的安全稳定运行，也为同行和同型号机组后续运行以及应对电网故障提供了重要的借鉴意义。

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