核電廠正常起動與停運，與火核電廠不同，核電廠的起動是指從反應堆冷態次臨界狀態到併網發電；停運是指從電網解列回到冷態次臨界狀態。
基本介紹
- 中文名：核電廠正常起動與停運
- 外文名：normal startup and shutdownof nuclear power plant
核電廠發電的起始與終止過程。這個過程包括幾個階段：①在冷態次臨界狀態或冷停堆時的冷態起動；②在熱態次臨界狀態或熱停堆時的熱態起動；③低功率運行；④併網發電。熱態起動是冷態起動過程中的一個階段。低功率運行是一種過渡工況，既包括只帶廠用電負荷運行狀態，也包括向電網送電的準備狀態。不同堆型核電廠的起動與停運方式各有其特點。下面以壓水堆核電廠為例說明正常起動與正常停運的主要階段與特點。
正常起動 正常起動有冷態起動與熱態起動之分。熱態起動包括碘坑過程中的起動。反應堆冷卻劑溫度在60℃以下的起動稱為冷態起動。短時間停運並保持冷卻劑溫度在280℃以上的起動稱為熱態起動。核電廠首次裝載燃料後的起動稱為初次起動。
冷態起動 反應堆在停堆換料或維修之後，其內充滿濃度約為2100μg/g的含硼冷卻水，所有控制棒組都在最低位置，冷卻劑溫度低於60℃，堆芯處於次臨界狀態。起動步驟如下：
(1)一迴路充水(一次冷卻劑)和排氣：向一迴路充水結束後，降低蒸汽發生器二次側水位到零功率水位整定值。
(2)起動一次冷卻劑泵和投入穩壓器電加熱器：首先，將一迴路中的一次冷卻劑壓力升到2.5MPa，將停堆控制棒組和溫度控制棒組提升到堆芯頂部，以便在意外硼稀釋事故時，確保足夠的停堆裕度。起動主泵並投入穩壓器電加熱器的運行，使冷卻劑逐漸升溫。當一次冷卻劑溫度達到90℃時，添加氫氧化鋰(LiOH)，以控制水的pH值，並加聯氨，使冷卻劑中的溶解氧達到規定值。溫度升到100~130℃時，通過手動控制在容積控制箱上部把N2置換為H2，建立氫氣空間，使容積控制箱水位控制閥轉為自動。當穩壓器內水溫達到與2.5~3.0 MPa相對應的飽和溫度(221~232℃)時，手動控制降低穩壓器水位，在穩壓器上部建立汽腔，並調節穩壓器水位，當該水位達到零功率水位整定值時，冷卻劑系統的壓力由穩壓器自動控制。
(3)一迴路升溫升壓：採用穩壓器的電加熱器和主泵轉動的機械能，使一迴路水的溫度和壓力逐漸提升。其溫度上升速率應按規定。
系統到達熱停堆壓力和溫度時，系統的壓力控制可由手動轉為自動。在升溫過程中，多餘的熱量由蒸汽發生器二次側蒸汽排向大氣或旁通到汽輪機的凝汽器。
(4)反應堆起動：壓水堆反應性是隨核燃料的燃耗和一次冷卻劑的溫度而改變的。在臨界起動時，一次冷卻劑溫度必須保證起動在負溫度係數下進行。在起動過程中，應儘量保持一次冷卻劑溫度不變。可將一次冷卻劑硼濃度逐漸稀釋到估算的臨界濃度，然後慢慢提升控制棒使堆內中子數逐漸增大，直到反應堆臨界，使機組達到熱備用狀態，由於受輔助給水容量的限制，反應堆功率一般控制在≤2%PN(額定功率)水平。
(5)二迴路起動：反應堆臨界後，需要進行二迴路系統的起動準備。首先起動汽動給水泵，將輔助給水切換到主給水，將蒸氣旁路向大氣排放切換到向汽輪機凝汽器排放。然後，將反應堆功率升到5%~10%PN(根據不同類型機組，此功率水平有所不同)，用來自蒸汽發生器的蒸汽，對主蒸汽管道和汽水分離再熱器進行暖管，對汽輪機進行低速暖機。暖機合格後將汽輪機組按規定的速率升速，直至達到額定轉速。
(6)併網發電及提升功率：反應堆功率上升到約為額定功率的10%~15%時，發電機進行併網，並帶最小負荷(約為發電機額定功率的5%)運行。逐漸關閉向汽輪機凝汽器排汽的旁通閥，使反應堆與汽輪機之間達到功率平衡。繼續增加負荷，當反應堆功率超過額定功率的15%時，將反應堆控制從手動切換到自動。
(7)功率運行：壓水堆核電廠帶功率運行時，一般採用一迴路中的一次冷卻劑進、出口水溫的平均溫度進行調節。當負荷變化時，改變控制棒在堆芯的插入深度以改變反應堆的出力，使一、二迴路之間達到新的平衡。同時調整一迴路中的一次冷卻劑硼濃度，使控制棒在最優位置，以保證堆芯的功率分布偏差不超過規定值。
在功率運行中，由於燃料的燃耗和裂變產物的積累(即中毒和結渣)，反應性將降低，通過調節一次冷卻劑中硼濃度來補償此反應性損失。
為保證燃料棒的安全，核電廠的負荷瞬變值和負荷變化率均應小於規定值。
熱態起動 核電廠處於熱停堆，一迴路溫度與壓力接近零功率額定值時，可直接起動反應堆使之達到臨界。然後按“冷態起動”中第(5)與第(6)步驟進行操作，將汽輪機組投入運行。
碘坑過程中的起動 碘坑過程中的起動屬於熱態起動。一般指在滿功率運行達到平衡氙毒後熱停堆不久的起動。停堆後，裂變產物中的主要毒物135Xe的變化分為三個階段。第一階段，由於135Xe的消失速度減慢，氙毒逐漸增加，反應性損失增大，稱為積毒階段。第二階段約在停堆後11h，氙毒達到最大值，反應性損失最大，又稱碘坑最大值。第三階段，135Xe的衰變速度大於135Xe的產生速度，氙毒逐漸減小，反應性損失減小，稱為消毒階段。約在停堆24h後，氙毒基本消失。
碘坑過程中的起動帶來一定的操作複雜性。
(1)積毒階段起動：可直接按順序提升調節棒組使反應堆達到臨界。在接近臨界時，應避免進行使一次冷卻劑平均溫度突變或一次冷卻劑中硼稀釋的操作。
(2)最大碘坑中起動：在反應堆的燃料循環中後期，碘坑深度可能大於停堆時的剩餘反應性。這時即使把控制棒組全部提出，也不可能使反應堆達到臨界。只有對反應堆冷卻劑進行適當的硼稀釋操作，才有可能使反應堆起動。但反應堆一旦起動後，隨著功率的提升，毒素氙因大量吸收中子而迅速減少，使得反應性相應地上升。此時又需要對一次冷卻劑加硼。因此在最大碘坑中起動，操作十分複雜，且產生大量廢水，所以應儘量避免這種情況。反應堆在壽期末，在最大碘坑中可能根本無法起動。
(3)在消毒階段起動：由於氙的自發衰變引入了正反應性，因而不再需要對一次冷卻劑進行硼稀釋操作。相反，在進行臨界估算時為了避免反應堆在零功率棒位以下臨界，可能還需要進行適當的硼化。此時的操作必須十分小心，防止反應性引入速率過大而出現短周期事故。
正常停運 核電廠正常停運是指從電網解列到把反應堆降到次臨界狀態，根據停堆目的把反應堆維持在熱停堆或退到冷停堆。
熱停堆 熱停堆是短期停堆，手動將功率補償棒組和溫度控制棒組插入堆芯使反應堆次臨界，停堆棒組保持在堆芯頂。這時，冷卻劑系統保持或接近熱態零功率時的運行溫度和壓力。一迴路溫度通過控制蒸汽向大氣或凝汽器的排放來維持，其能量來自堆芯的餘熱和主泵做功，蒸汽發生器給水由輔助給水系統供給。一迴路壓力由穩壓器自動控制維持。熱停堆期間，至少保持一台主泵運行。
當反應堆熱停堆時間超過出現碘坑最大值的時間後，堆內氙毒逐漸減少，可能會使反應堆重返臨界。因此，必須根據預計在熱停堆的停留時間進行硼化，使冷卻劑中的硼濃度達到安全停堆深度的要求。
冷停堆 經過降溫降壓，反應堆從熱停堆進入冷停堆。為了抵消一迴路在降溫過程中，因負溫度效應而引入堆芯的正反應性，同時為了保證有足夠的停堆深度，降溫前必須進行硼化，當達到冷停堆狀態所要求的硼濃度後，開始降溫降壓。其過程是：提出溫度控制棒組到堆芯頂部，用蒸汽發生器經旁路系統向凝汽器(如凝汽器不可用，則向大氣)排放，將一迴路冷卻劑降溫到180℃，壓力為2.5MPa。此時，投入停堆餘熱導出系統，用該系統繼續降溫，同時淹滅穩壓器汽腔，直到溫度低於90℃達到冷停堆狀態。
