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示范快堆孤岛运行可行性研究

张乾

中国原子能科学研究院,北京,102413

摘要: 本文重点论述了孤岛运行的特点及意义、百万千瓦级超超临界机组孤岛运行及核电站孤岛运行试验。通过对各个机组孤岛运行试验进行分析研究,得出示范快堆孤岛运行是必要的、可行的。
关键词: 示范快堆;孤岛
DOI:10.12721/ccn.2022.157118
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1孤岛运行的特点和意义

1.1孤岛运行的特点

孤岛运行工况是一个要求汽轮发电机组由带额定负荷快速切至厂用电负荷的极端运行工况,特点为机组所带负荷低,进入汽轮机的蒸汽量小,初期的蒸汽参数高,运行过程控制复杂。

孤岛运行过程中,要求反应堆降低到低负荷工况运行,汽轮机组保持带厂用电负荷稳定运行,对进汽阀控制要求较高。同时,在快速减负荷带厂用电的过程中,由于工况变化剧烈,温度压力参数变化很大,对汽轮机的寿命损耗极大,因此,孤岛运行时间不宜过长,一般建议10-20分钟,最长不宜超过2个小时。

1.2孤岛运行的意义

FCB(机组快速甩负荷,FAST CUT BACK)孤岛运行是大型汽轮机组适应电网变化的一种非常有效的运行方式。在这种方式下,汽轮机组若能在很短的时间内快速并网发电,对机组安全经济运行及电网的安全稳定运行具有重要的意义,它应是现代化机组必备的一项运行方式。

2百万千瓦级超超临界机组孤岛运行研究

2.1上海外高桥三期1000MW超超临界机组孤岛运行试验

2008年国内首次1000MW超超临界机组FCB试验在上海外高桥第三发电有限责任公司取得圆满成功。试验机组主变出线开关跳闸,不联跳汽机和锅炉,汽机保持额定转速,锅炉快速减少燃料量,高、低压旁路快速开启,实现机组仅带厂用电的孤岛运行。

2008年3月19日,7号机组100%FCB试验开始,机组与主网脱扣,出力从1000MW减至34MW,带厂用电负荷维持孤岛运行约5min后并网成功,整个试验圆满结束(如图1所示)。此次试验成功标志了国内1000MW超超临界机组FCB功能的实用化取得了重大进展,达到了国际先进水平,成为世界上仅有几个掌握该技术的国家之一。

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图1 外高桥100%负荷FCB试验汽轮发电机转子飞升曲线

3核电机组孤岛运行研究  

3.1 红沿河核电站孤岛运行试验

红沿河核电站采用单轴、四缸(高中压合缸)、六排汽、冲动凝汽式半转速核电汽轮机。常规岛主旁路系统按汽轮机额定负荷的85%设计,其中,排入凝汽器的为72.6%,进入除氧器的为12.4%。

红沿河核电站1号机组于2013年2月17日并网发电。5月26日至5月31日中国实验快堆运行研究室组织专家技术力量,赶赴辽宁红沿河核电站,全程观看了甩负荷至厂用电的试验及之后恢复并网的过程,并旁听参加试验预工前会、试验工后会。

5月30日上午10:30,红沿河核电站1#机组甩负荷。汽轮机最高转速1563 rpm,后稳定在1501rpm,核功率降至30%额定功率,发电机负荷降至60MW。反应堆、汽轮发电机组经历瞬态工况继续正常运行,成功实现孤岛运行。11:18恢复并网。试验圆满成功。

3.2中国实验快堆甩负荷试验

中国实验快堆(CEFR)采用哈尔滨汽轮机厂制造(型号HN-20-13)超高压、单缸、单轴、冲动凝汽式汽轮机。旁路排放系统设置两台旁排阀,每台旁排阀额定排放量为32t/h,总排放量相当于2台蒸汽发生器输出总蒸汽量的66.7%。

CEFR75%甩负荷试验于2014年11月29日13:18进行,电功率9.06MW,手动断开发电机出口01开关,使发电机失去负荷。汽轮机最高转速为3181rpm,调速汽门和主汽门关闭、旁路排放阀联锁打开,反应堆保护停堆,一、二回路钠泵正常惰转,操纵员手动控制三回路给水流量顺利导出反应堆余热,达到试验要求。

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图2 CEFR75%甩负荷汽轮机转速曲线

4 结论

孤岛运行属于一种特殊运行工况,越来越多的大型火电机组都将具备孤岛运行的方式,而且目前国内核电机组都有带厂用电的模式,也就是“孤岛运行”。孤岛运行作为不停机不停堆,快速恢复后并网的一种运行方式,对机组安全经济运行和电网安全稳定运行有重要意义。

CEFR在做75%甩负荷试验时,断开01开关,并且联锁停堆,无法实现孤岛运行工况。由于CEFR是实验堆型,设计为“机跟堆”运行方式,不需要快速恢复并网,也避免了对汽轮机的损耗,不需要进行孤岛运行。

综上所述,示范快堆旁路系统设计容量为100%,满足孤岛运行要求。示范快堆作为第四代大型核电机组,应具备孤岛运行模式,并网发电时,也应做100%Pn平台甩负荷至厂用电试验。

参考文献:

[1] 冯伟忠.1000MW超超临界机组FCB试验[J].中国电力,2008.10

[2] 李贤平,刘道光,孙萌. 红沿河一期1号汽轮机组100%Pn平台甩负荷到厂用电试验方案[R].红沿河核电厂一期内部资料,2013.3

[3] 田钰. 汽轮机甩负荷试验和发电机跳闸(75%额定功率)试验综合报告[R].快堆内部资料,2014.11