不同工程GPRl000核电机纽的

额定功率估算值

  Estimated Values of Rated Power for CPR 1000 Nuclear Power Units in Different Projects

崔绍章，柯  严，徐大懋

 (深圳中广核工程设计公司，广东深圳  519029)

        摘  要：针对百万千瓦级压水堆CPRl000核电机组，在假设核蒸汽供应系统额定热功率  (2 905MW)保持不变的条件下，根据国内外机组经验数据总结和计算，给出当电站建造地点不同  和凝汽冷却方式不同时，核电机组额定功率估算值范围。
        关键词：核电机组；CPRl000；额定功率；估算值
        Abstract：On the assumption that rated thermal power Ofnuclear steam supply system keepsconstant(2905MW)，the rated power range Of CPR l000 nuclear power units are estimated when theconstruction sites Of plant and the modes Of the circulating cooling water system are varied，according tOthe calculation and summary of the experiential data of the actual nuclear power plants．
        Keywords：Nuclear power umt；CPR l000； Rated power； Estimated value
        CPRl000足中广核集团在引进法国百万千瓦机组的基础上，不断改进而形成的大型商用压水堆  “二代加改进”的核电机型，其参考电站大亚湾与岭澳一期机组安全运行指标已经达到国际先进水平。
        根据国家核电发展规划，到2020年我国核电  投产机组装机容量将达4000万kW，日前一批核电项目的前期工作正在全面推进。由于地域条件不同，机组的冷却供水方式有直流冷却和二次循环冷  却之分，采用CPRl000技术项目的机组功率也会各有不同，而额定功率值的选取对项目的单位千瓦  造价和设备订货技术规范的影响很大，于是项目评审过程中额定功率值常常成为争论热点。
        本文在假设核蒸汽供应系统(NSSS：Nuclear  Steam Supply System)额定热功率不变的条件下，通过国内外机组经验数据的总结和计算，给出不同厂址水温条件下，直流供水／二次循环、半速机／全速机的机组额定功率估算值范围，供CPRl000项目的可行性研究报告、设备技术规范书和项目技术经济指标的评审做参考。

1  核电机组的额定功率

        核电机组额定功率的定义不同于火电机组，尤其在早期引进核电机组时，该定义常常被作为需要澄清的主要问题之一。随着国家多个核电机组引进与建设完成，核电机组额定功率的定义已经基本趋于一致。核电机组的额定功率足汽轮机机组的最大连续出力(TMCR)，也就是在额定主蒸汽参数和考虑午平均水温等因素确定的背压(设计背压)以及补给水率为0的情况下，制造厂能保证在寿命期内安全连续地在额定功率因子、额定氢压(氢冷发电机)下发电机端的功率。而常规火电机组额定功率通常指在额定的主蒸汽及再热蒸汽参数、背压11．8kPa绝对压力、补给水率3％以及回热系统正常投入等条件下发电机端输出的功率［1］。
        核电机组夏季工况时，冷却水温大于年平均水温，凝汽器运行背压高于设计背压，机组出力不能达到额定功率。核电机组冬季工况时，冷却水温低，凝汽器运行背压低于设计背压，机组出力大于额定功率。但在北方寒冷地域，需要考察凝汽器运行是否低于极限背压，汽轮机出力可能不但没有增加，反而下降。随季节冷却水温的变化，机组“微增出力”的变化主要由于汽轮机末级有效焓降和余速损失的变化引起，额定工况和夏、冬季工况不同背压下低压缸末级叶片膨胀线示意见图1。Pr,P1,P2和Hr,H1,H2分别是额定工况、夏季工况、冬季工况的凝汽器压力与末级叶片有效焓降［2］。同样，地域不同的核电项目，假定选用同一个汽轮机，则额定工况点通常会因设计水温降低而设计背压降低，汽机额定出力增加；反之，随设计水温升高而设计背压升高，汽机额定出力减少。

2 核电机组额定功率估算假设

       普通压水堆核电机组系统分为3个回路。核电  机组电功率由二回路的汽轮发电机端输出，而额定功率的大小也与一回路提供的“热源”参数、三回路提供的“冷源“参数相关。
        CPRl000核电机组额定功率估算的一回  路“热源”参数的假设条件足NSSS额定热功率  为2905MW。CPRl000方案核岛部分在引进的Framatome M 310堆型技术基础上，进行了若干项重要技术改进，但NSSS额定热功率不会因项目建造地点变化和水文气象条件不同而发生明显的改变。也就是不同的CPRl000核电工程核岛蒸汽发生器一回路侧出口和二回路侧进口的额定工况参数基本保持不变；但项目建造地点的变化和水文气象环境不同时，却会影响汽轮机选型和凝汽冷却方式的选择以及设计参数的确定，这些都会直接影响核电机组额定功率的估算值。
        核岛NSSS额定热功率和二回路主蒸汽额定参数一定的条件下，核电汽轮机机组额定出力主要由  汽轮机主机、本体热力系统和凝汽器设计背压等因素决定。每个汽轮机厂家都有自己汽轮机设计技术  传统与型号系列，技术水平有所不同，因此对核电机组额定功率估算值是个范围，上限代表先进水平，下限代表机组平均水平。还有，额定功率估算还考虑了“半速机”和“全速机”的区别。
        核电厂厂址条件不同，三回路的“冷源”参数截然不同，对CPRl000机组额定功率的大小影响显著。直流供水方式，冷却水年平均进口水温为该供水方式设计水温；二次循环供水方式，冷却塔出水年平均温度为该供水方式设计水温，受当地环境空气干球温度和相对湿度影响很大，在机组额定功率估算时，选择当地冷却塔补给水年平均水温作为估算输入更为直观方便。

3  CPRl000核电机组额定功率估算

        CPRl000核电机组额定功率的估算，主要通过国内外机组经验数据和简单计算，假设NSSS额定热功率不变的条件下，电站厂址条件不同，采用冷却方式不同，给出半速机／全速机机组额定功率范围。半速机的直流供水方式经验数据参考了广东岭澳二期和辽宁红沿河在建工程多家投标厂家技术文件；而对于二次循环冷却塔冷却方式，我国还缺少核电站的经验数据，额定功率的估算主要参考火电机组经验数据。由于计算依据是合理的匹配，不一定是最佳匹配，和详细的计算相比，可能有1％的偏差。

       图2给出了CPRl000核电机组额定功率直观的查找图。横坐标由当地平均水温与背压有对应关系的双坐标线组成，下面的双横坐标表示直流供水冷却，上面的双横坐标表示二次循环供水冷却，纵坐标表示机组的额定出力。核电汽轮机机组额定功率主要由凝汽器设计压力决定，不管直流供水方式，还是二次循环供水方式，直接影响的是凝汽器设计压力，而对凝汽器压力与机组出力之间的关系影响不大。相同厂址的平均水温条件下，直流供水的凝汽器设计背压低于二次循环供水的凝汽器设计背压，相应的直流供水机组额定功率高于二次循环供水机组，而先进机组功率上限水平与平均水平差约15MW。图2的方便之处在于，根据具体厂址的年平均水温，查出包括直流供水方式和二次循环冷却方式的汽轮机凝汽器设计背压，找到对应机组额定功率范围，为工程设计人员提供参考。
        早期核电机组容量较小，多采用全速机组，百万千瓦以上核电机组多采用半转速机组。而目前全速机组额定功率的先进水平已经大于大亚湾和岭澳一期核电机组的水平，其末级叶片的长度在1．2m左右。

4 工程应用

        目前在建的CPRl000核电项目皆属于半速机滨海电厂，机组凝汽冷却方式也都采用直流供水方式。以新建的CPRl000宁德核电一期项目为例，工程采用半速机和直流供水方式，冷却进水年平均水温为21℃，由图2可以查出，设计背压参考值为0．05bar，额定功率范围l 081～l 096MW。宁德汽轮机供应商提供TMCR工况，设计背压0．051bar，额定功率为1 089MW，机组额定功率接近上限水平。
        随着核电行业迅速发展，核电建设一定会从沿海走向内陆，建设CPRl000内陆核电厂是必然趋势。根据核电机组的特点与环境要求，内陆核电厂普遍采用二次循环供水冷却塔冷却方式。这里以正在筹建的广东西江内陆核电项目为例，项目方案包括采用CPRl000半速机二次循环冷却塔冷却方案，该地区冷却塔补给水年平均水温为22．3℃，由图2可以查出，设计背压参考值为0．062bar，额定功率参考范围为l 061一l 076MW。当进行详细计算时，根据广东西江厂址气象资料提供的月平均干球温度、相对湿度和大气压力，假设采用岭澳二期相同型号汽轮机，一机两塔冷却方式、单个冷却塔冷却面积12000M２和冷却水循环倍率取70，计算出二次循环水冷却塔出水年平均水温为27℃。优化后的凝汽器设计压力在0．063bar，额定功率约为1071MW，接近机组额定功率估算的上限。
        由上面两个具体工程示例，说明本文给出的CPRl000机组额定功率的估算范围合理，而且由于目前CPRl000项目多采用的足先进水平汽轮机机组，因此，机组额定功率接近估算的上限水平。表1给出了目前全国范围内CPRl000典型核电项目机组额定功率的估算值范围。

5 结束语

        (1)针对中广核集团发展百万千瓦级压水堆CPRl000核电机组，  在假设NSSS热功率2905MW的条件下，根据目前核电和火电的经验数据总结和计算，给出了半速机／全速机采用直流供水方式时冷却水进水年平均水温与额定功率的估算范围和采用二次循环供水方式时冷却塔补给水年平均水温与额定功率的估算范围的关系曲线。

        (2)利用福建宁德一期工程直流供水机组和内陆核电厂广东西江工程二次循环供水机组为工程实例，说明了额定功率估算范围的合理性，并给出了目前全国范围内CPRl000典型核电项目机组额定功率估算范围列表，供核电项目评审和工程设计参考。

参考文献

        [1]中华人民共和国电力工业部．进口大容量火力发电设备技术谈判指南，1996．北京