[科普中国]-核电厂运行状态

核电厂运行状态是正常运行(normal operating conditions)和预计运行事件(anticipated events)的统称，也称运行工况，其中正常运行工况一般又分若干运行模式(operating modes)。

按核安全法规HAF-0300和核安全导则HAF0211的规定，“核电厂状态”、“核电厂工况”和“运行工况”三个词的范畴是递次包容的，即“核电厂工况”含“运行工况”和“事故工况”；而“核电厂状态”除含有“核电厂工况”外，还包括了“严重事故”。事故工况及严重事故见核电厂事故。

正常运行 运行技术规格书中规定的限值都没有被超过的运行工况，如起动、停运、功率运行、维修、试验、停堆换料和各种正常运行瞬变等。压水堆核电厂的正常运行工况包括功率运行、标准停堆状态、过渡运行和换料停堆等运行模式。

预计运行事件 在核动力厂运行寿期内预计至少发生一次的偏离正常运行的各种运行过程；由于设计中已采取相应措施，这类事件不至于引起安全重要物项的严重损坏，也不至于导致事故工况。1

功率运行模式 反应堆处于临界状态，机组以额定功率或低功率并网运行。

标准停堆状态模式 反应堆处于次临界、停堆深度满足安全要求，并且可以较长时间停留在该状态的一种安全运行模式。它包括热停堆、中间停堆(停堆余热导出系统投运)和正常冷停堆。各种停堆状态以一回路温度、压力等参数加以划分。

过渡运行模式 在反应堆起动和停运过程中所经历的中间运行状态。它包括热备用、正常中间停堆(停堆余热导出系统退出)、单相中间停堆和维修冷停堆。除热备用时反应堆处于临界状态，且核功率小于2%PN(额定功率)以外，其余三种状态反应堆均处于次临界状态，停堆深度应满足安全要求。在维修冷停堆状态下，一回路压力为大气压力。

换料停堆模式 反应堆处于深度次临界状态，一回路完全开启，处于大气压力之下，一次冷却剂温度低于60℃，进行堆芯燃料更换操作。

起动与停运 核电厂的起动是指反应堆从次临界状态到发电机并网发电的整个过程。停运与之相反。

升降负荷 轻水堆负荷变化速率的限值，渐增值为每分钟5%PN ；步增值为10%PN 。这主要考虑到快速功率增加和快速功率变化会损坏燃料棒完整性。这种影响是通过燃料芯块和包壳之间的相互作用产生的。在不同功率水平下，负荷变化率可以是不同的。在功率较低时，负荷变化率可大些；在功率较高时，负荷变化率就要小些，以防止超调。在实际操作中，负荷变化率是远远小于设计值的，特别是在换料后或长期低功率运行后和较高功率时的情况，功率增长速率是很低的。对各种类型的反应堆，其功率升降速率都有严格的规定。

基本负荷运行 核电厂宜长期带基本负荷(指满功率或接近满功率)稳定运行。这样，调节一回路水中的硼浓度的操作少，产生的废液也就少。长期基本负荷运行只需补偿因燃料的逐渐消耗而减少的反应性。为此，通常是隔一定时间进行硼稀释。

负荷跟踪 由于电网昼夜峰谷负荷特点，核电厂在夜间低谷负荷时需要降功率运行，而到白天又升回到高功率(≥92% PN)的运行方式称为负荷跟踪。这种功率的改变是由反应堆操纵员根据电网计划手动改变负荷定值来实现的。一般而言，只有当一个电网中核电机组容量占电网总容量的较大份额时，才会要求核电机组承担负荷跟踪的任务，反之，核电机组只作基本负荷运行。

目前运行中的压水堆的典型负荷跟踪模式有12-3-6-3、14-1-8-1或15-0.5-8-0.5等三种模式。第一种负荷跟踪模式主要应用于以A模式(即黑棒控制)运行的反应堆，其负荷跟踪过程是：白天高功率运行12h，晚间用3h时间硼化降到目标低功率，稳定运行6h后，清晨再用3h通过硼稀释升回到高功率。后两种模式主要应用于以G模式(即灰棒控制)运行的反应堆，由于其升降功率可以通过移动功率补偿棒来实现，并采用叠步插入方式较好地解决了轴向功率分布偏差问题，所以可以用较快的速率升降功率。在燃料循环末期，由于一回路中的一次冷却剂硼浓度已很低，限于化容控制系统上充管线的最大流量和下泄处理能力，一般达到80%的设计燃耗时，就不再进行负荷跟踪和调频，而只带基本负荷运行。

调频 与常规核电厂类似，核电厂的调频功能也分为一次调频与二次调频。所谓一次调频是核汽轮机的调速系统按实测电网频率与额定频率的差值并根据预先设定的调差系数自动增减负荷，所以一次调频应该始终是投入自动调节状态。只是各核电厂为避免控制棒频繁运动而设定一次调频的死区范围。一次调频能使机组按电网负荷的变化自动增减出力，但由于它依据的是有差调节的原理，在各机组定值出力之和与电网负荷不一致时单靠一次调频不能使电网频率自动调回到额定值，如果电网对频率有较高的品质要求，就必须设置二次调频功能，当频率变化超出允许变动范围时，各核电厂按设定的自动调频功能或按电网调度中心向各机组发出遥调信号，调整各机组出力与电网负荷平衡，以使电网频率恢复到目标范围内。

按照电网调度要求和核电厂机组的运行状态(如燃料寿期)，参与负荷跟踪的核电厂也可以同时参与二次调频，调频幅度一般定为±5%PN。以A模式运行的核电厂调频功率的变化是通过一回路温度变化和温度控制棒的移动以堆跟机的方式实现，由于其调频幅度一般不超过±5%PN，所以反应堆轴向功率偏差可以被控制在运行参考点±5%的允许范围内。以G模式运行的核电厂，其二次调频信号同时加在汽轮机调速系统和反应堆功率补偿棒的控制回路中，通过功率补偿棒组的移动主动改变反应堆功率参与电网二次调频，所以一回路温度的变化量很小，温度控制棒组几乎不用动作。

延伸运行 在燃料循环末期，由于一次冷却剂中硼浓度已降得很低，几乎无法再进行硼稀释，所有控制棒组都已提出堆外，核电厂已不能按规定继续运行。但由于电网负荷的需求，不能按计划停堆换料，而需要继续运行。这时可以通过降低一回路平均温度继续运行一段时间。

预计运行事件 偏离运行技术规格书中规定的运行限值，达到或超过安全系统整定值，可能会引发停堆，但尚未造成事故的工况，又称为异常运行工况(abnormal operating conditions)，它也是安全分析中要考虑的第2类工况。异常工况发生的概率不大，但每年均有可能发生。异常工况一般包括下列事件：1控制棒组件误抽出；2控制棒组件落下；3部分失去一次冷却剂流量；4失去正常给水；5硼失控稀释；6给水温度降低；7负荷过分增加；8甩负荷；9失去外电源；10一回路短时间压力下降；11主蒸汽系统一个安全阀意外开启；12功率运行时安全注射系统误动作；13汽轮机在功率运行时跳闸和运行基准地震等等。异常工况一般不会导致设备损坏，但如处理不当，可发展成事故。

甩负荷 在功率运行时，由于电网故障使发电机突然甩掉大部分负荷，直到带厂用电运行(约5%PN)。在这种大幅度的运行瞬变过程中，蒸汽旁路系统将大量的多余蒸汽(50%~85%，因设计不同而异)排向凝汽器，反应堆则通过控制棒下插快速自动降功率到30% PN左右，蒸汽旁路系统将反应堆维持在这一功率水平。若调节系统响应故障或操纵员干预不当，则可能引发自动停堆。为了验证各控制调节系统对甩负荷的适应性，在调试时，要进行30%PN、50%PN、75%PN和100%PN功率水平的甩负荷试验。

失去外电源 核电厂至少有两路独立的外电源供电。失去全部外电源，相当于发电机与电网解列，同时失去备用电源。如此时反应堆仍能继续运行，则汽轮发电机组带厂用电运行。如处理不当，会引发自动停堆，造成全厂断电。此时厂用电的重要负荷由应急柴油发电机来承担。

部分失去冷却剂流量 如一台主泵失去电源。在功率较高时，失去一台主泵，由于流量与功率不匹配，会引发自动停堆。三环路或四环路的反应堆，失去一台主泵，从理论上讲，降低功率后可继续运行，即偏环路运行，偏环路运行带来两个问题：一是破坏反应堆受力的平衡，使堆芯和一回路受到很大的推力作用；另一个是停运环路重新投入时，由于堆芯注入较冷的水而引起功率不可控上升，以及较冷水对堆内构件造成不应有的热应力。所以一般不采用偏环路运行。

失去正常给水 给水泵故障、阀门误动作或失去外部电源等均会造成失去正常给水。失去正常给水后，会引发自动停堆，并起动辅助给水泵以带走堆内余热。

功率运行时汽轮机跳闸 汽轮发电机组保护动作跳闸后，在蒸汽旁路系统的快开功能和反应堆快速自动降负荷的共同作用下，可将反应堆功率维持在30%PN的功率水平。一旦汽轮发电机组的故障消除后，可立即重新冲转并网。