秦山三期（重水堆）核电站的技术改进

张振华

（秦山第三核电有限公司，浙江 海盐 314300）

秦山三期（重水堆）核电站的技术改进

张振华

（秦山第三核电有限公司，浙江 海盐 314300）

秦山三期（重水堆）核电站工程是国家“九五”期间重点建设项目，是我国首座商用重水堆核电站，也是中国和加拿大两国政府间迄今最大的贸易项目。工程采用成熟的加拿大CANDU-6重水堆核电技术，以韩国月城3、4号机组为参考电站。由于厂址条件的不同、国情的不同、标准规范的差异以及CANDU-6重水堆核电站设计相对定型早、运行反馈少等原因，在机组商运初期电站的安全稳定运行受到了较大的挑战。面对严峻的形势，秦山第三核电有限公司组织力量对影响核电站安全稳定运行的隐患、热点，进行了针对性的分析和研究，积极有效地开展变更改造和技术改进工作，极大地改善了机组安全性能，优化了机组配置，并创造了一定的经济效益。本文介绍了秦山第三核电有限公司所开展的重大变更改造和技术改进项目，以及实施后的效果，可供同类项目参考和借鉴。

秦山三期重水堆；核电站；技术改进

自2003年两台机组投入商业运行以来，秦山第三核电有限公司（以下简称秦山三核）不断优化完善变更改造和技术改进管理体系，以提高机组系统、设备的安全可靠性为中心，开展了卓有成效的工作。连续三年电站两台机组的世界核营运者协会（WANO）综合性能指标在全球432座核电站中处于先进水平。电站能够取得如此良好的运行业绩，与积极稳妥有效开展的变更改造和技术改进工作是分不开的。

电站共批准重大变更改造和技术改进项目60余项，如汽轮机功率提升相关改进、共箱母线改造、不间断电源系统（UPS）改造、增加两个停堆系统数据采集系统等。尤其是汽轮机功率通过自主实施技术改进，使出力得到提高，两台机组出力合计提升16 MW，取得了十分可观的经济效益和社会效益。秦山三核自主改造和技术改进的良好实践也成为对国外技术消化吸收再创新的成功范例。

总体来说，这些变更改造和技术改进项目的实施，极大地改善了机组性能，优化了系统配置，提高了机组安全性和可靠性，并创造了一定的经济效益。

1 电站商业运行初期面临的挑战及重大变更和改进

1.1 电站商业运行初期面临的挑战

秦山三期（重水堆）核电站工程是国家“九五”期间重点建设项目，是我国首座商用重水堆核电站，也是中国和加拿大两国政府间迄今最大的贸易项目。工程采用成熟的加拿大CANDU-6重水堆核电技术，以韩国月城3、4号机组为参考电站，工程由加拿大原子能公司（AECL）总承包，核岛由AECL设计、供货，汽轮发电机组由日本日立公司设计、供货，电站配套设施（BOP）由美国柏克德公司设计、供货。

但由于厂址条件的不同、国情的不同、标准规范的差异以及CANDU-6重水堆核电站运行反馈少等原因，在机组商运初期电站的安全稳定运行受到了较大的挑战。主要表现在有些设计不合理、设备选用不当以及部分设备可靠性差。在电站刚刚投入商运的前三年（2003—2005年）因设备、设计原因引发多起非计划停机停堆事件。

1.2 重大变更改造和技术改进

面对严峻的形势，秦山三核组织力量对影响电站安全稳定运行的隐患、热点，进行了针对性的分析和研究，积极有效地开展变更改造和技术改进工作，极大地改善了机组安全性能，优化了机组配置，并创造了一定的经济效益。

1.2.1 提高机组额定总电功率的研究与改进

秦山三期工程的汽轮机为日立公司生产的TC4F-52型单轴、三缸、四排汽、再热凝汽式冲动型汽轮机，设计担保的机组额定总电功率为728 MW。机组临时验收时，由于设计和供应商的原因，汽轮发电机额定总电功率未达到设计担保值（约低1%）。合同双方根据商务合同条款进行了处理，相关公司向中方赔付了2 400多万美元。期间设计和供应商花了3年时间开展原因查找和相关整改，包括更换汽轮机低压缸隔板汽封、更换低压缸隔板叶顶阻汽片、更换低压缸排汽导流环及更换低压缸11、12级隔板等，但机组功率未有明显提升。2005年9月，秦山三期（重水堆）核电站工程通过了国家竣工验收，鉴于上述情况国家竣工验收确定的机组额定总电功率为720 MW。

2006年初，秦山三核针对机组额定总电功率问题成立了重点科技攻关专项组，组织技术力量进行攻关，通过对电站热力系统大量的研究分析和试验，找出了影响机组额定总电功率的主要因素，制定了相关改进和改造方案，并在202大修和103大修中进行了实施，优化了热力系统循环，减少了汽水损失，经过国内权威机构性能考核试验，机组额定总电功率达到728 MW。

1.2.2 UPS改造

2005年10月16日，1号机组120 V交流UPS A通道旁路调压变压器在空载工况下过热，导致调压器、静态开关等三个盘柜损坏，并触发了消防喷淋。喷淋导致220 V直流A通道丧失、MCC19B进线开关进水导致主触头B相接地、MCC17A失电、400 V MCC配电间及11.6 kV/6.3 kV开关室地面积水。同时发现，1号机组120 V交流UPS B/C通道及2号机组的A、B、C通道的旁路调压变压器均存在不同程度的过热现象。本次事件暴露了交流120 V交流UPS设备的可靠性差，UPS配电间内A、B、C通道间设备交错布置且未实体隔离等问题，这些问题威胁着电站的安全稳定运行，需要从设备隔离、布置及设备本身的性能等方面进行改进。两台机组分别于103大修和203大修期间对120 V交流UPS设备进行了改造，更换了相关设备，优化了设备布置，并对电气厂房实施了实体隔离；结合实体隔离工作，对电气厂房的通风系统、火灾探测系统以及消防喷淋、疏水系统进行了改造。

本次改造的成功实施提高了120 V交流UPS设备的可靠性，解决了UPS配电间通道实体隔离问题，消除了潜在的安全隐患，显著提高了电站的安全性和可靠性。

1.2.3 设备冷却水系统（RCW）相关改进

设备冷却水系统（RCW）是电站重要的热阱，相当于压水堆的安全厂用水系统。但在设计和实际运行中存在几个方面的重要问题:采用公共母管的泵组在多泵运行期间停运单台泵时，由于泵出口逆止阀回座而产生巨大冲击，严重影响设备的运行安全；RCW系统通过旁路压力调节系统维持供水压力稳定，但由于调节系统性能问题，实际运行中多次出现突变现象，造成系统压力大幅度波动，影响系统安全；RCW系统高位水箱应急补水无法正常触发，触发后又会对系统冷却产生负面影响；RCW热交换器管侧实际流速远高于设计，由于秦山地区海水中泥沙含量较大，砂粒对传热管产生的冲蚀腐蚀影响远高于预期，从而造成传热管较大破损，也严重影响系统的安全运行。

针对以上存在的问题，秦山三核给予了高度重视，投入大量技术力量对系统进行改造和改进。实施了关阀停泵变更，用先进可靠的控制系统替代了原来的机械基地式控制系统，改进了应急补水系统，实施了降流速的变更。

变更改造的实施，有效解决了系统存在的问题，大大提高了设备和系统运行的安全性和可靠性。

1.2.4 共箱母线改造

机组自投入运行以来，由于原设计共箱母线的绝缘结构设计不合理的固有缺陷导致两台机组启备用变压器和高压变压器多次发生跳闸，直接威胁机组安全。秦山三核安排对两台机组SST/ UST共4段共箱母线进行了彻底改造，采用国内具有良好运行业绩的陶瓷绝缘子型/电缆型共箱母线对原设计共箱母线进行了更换。改造完成至今新共箱母线运行良好。

1.2.5 增设停堆系统数据采集系统

重水堆配备两套独立的停堆系统，1号停堆系统和2号停堆系统。两个停堆系统原设计相关参数未传送至电站计算机系统，历史数据无法保存。这导致停堆系统发生异常时难以分析判断故障原因所在。另外，主控室盘台对相关参数虽然有显示，但精度不高。

针对以上问题，秦山三核在每个停堆系统配置了一套独立的参数监测系统，并实现下列功能:参数监测系统不影响停堆系统的任何功能；对停堆系统的数据实现高速采集；友好的、智能化的人机界面，方便运行人员对数据进行监视，在异常工况下，能提醒运行人员；所有数据可以进行高精度的记录以方便查询；两个停堆系统的参数监测互不影响；停堆参数监测系统可以实现自我诊断和报警；监测参数在原有的模拟指示表的基础上增加了高精度数字显示，并增加了停堆参数的裕量报警功能，避免由于模拟仪表的精度偏低，导致不必要的保守降功率运行。

本项目在重水堆首次使用，解决了停堆系统数据不能传送至电站计算机系统、数据无法保存的问题，提高了仪表显示精度，避免了不停堆换料期间由于ROP裕量的不确定性导致保守地降功率运行，在一定程度上也提高了电站的经济性。

1.2.6 主热传输系统装量控制模式优化

稳压器蒸汽释放阀是实现主热传输系统压力控制的重要设备和压力边界，如出现内漏或动作故障，将直接影响主热传输系统的压力控制。通过改进主热传输系统压力装量控制模式，根本解决了稳压器蒸汽释放阀63332-PCV5、PCV6在装卸料期间频繁开启的问题，进一步提高了CANDU-6型重水堆核电站主热传输系统的运行可靠性和安全性。

本项目为重水堆首创，不仅对其他现役重水堆有推广价值，对下一代重水堆系统设计的改进也有一定的参考价值。

1.2.7 电气系统相关改进

在电气系统的原设计中外方没有完全考虑秦山地区电网的特点和我国的规范要求，存在一些设计不合理和设备选型不当的问题。例如，11.6 kV/6.3 kV中压开关室、400 V开关室和不间断电源间未进行实体隔离，可能导致共模故障；500 kV短线路保护电源与500 kV开关操作电源通道不对应，可能会导致一个通道电源故障就引起继电保护装置拒动；应急堆芯冷却泵系统电源设计不合理，冗余度不符合要求；电源系统设计不能完全满足我国国内电网的反措要求，可能导致一些电气系统事故的扩大；主变压器油枕、快切装置等设备选型落后，以及快切系统的设计没有考虑秦山地区采用两个开关站的实际情况而完全照搬参考电站的设计，造成电源系统的可靠性降低，致使电站在运行初期发生几次停机事件。

通过多项技术改进，大大提高了电站电气系统的安全性和可靠性。

1.2.8 通风冷却系统系列改造

电站运行的前几年，许多重要设备厂房如主给水泵房、RCW泵房、主蒸汽安全阀门间等夏季的环境气温较高，对设备安全稳定运行造成隐患，给电站的机组迎峰度夏工作带来了极大的挑战。这主要是由于BOP的设计方对秦山地区的气候条件认识不足，仍然直接采用了参考电厂的设计。

通过对各重要区域的通风、制冷系统进行系统评估，制定了切实可行的方案，实施了大量的改进:对主给水泵房、RCW泵房、主蒸汽安全阀间、部分MCC电气间等厂房新增了冷却空调机组，降低相关区域的环境温度；对第二控制区（SCA）、不间断电源间（UPS）、励磁间、中低压电气开关室等重要设备厂房空调机组进行了改进，并增设了备用空调机组，增加了系统的冗余性，确保了空调机组故障、检修或保养的情况下该设备区域的环境温湿度控制；对主给水阀门间、主润滑油间等房间增加了排风，加强了热量的排出。

经过一系列改造，大大改善了重要设备厂房的运行环境，提高了设备运行可靠性，为电站顺利迎峰度夏打下了基础。

2 变更改造和技术改进支撑电站运行业绩的持续提升

持续不断的变更改造和技术改进为电站的运行业绩持续提升提供了物质基础，其效果已在这五年的运行中逐步显现出来。具体体现在以下几个方面:（1）电站安全性能不断提高；（2）电站运行业绩不断改善；（3）电站经济效益得到提升；（4）电站“软”实力得到增强。

2.1 电站安全性能不断提高

针对性的变更改造使电站的许多安全相关系统的性能得以极大改善，提高了机组的整体安全性能。如共箱母线改造的成功实施，UPS系统改造等，消除了潜在的安全隐患，显著提高了电站的安全性和可靠性。

2.2 电站运行业绩不断改善

变更改造使电站与发电相关系统的性能得以不断改善，从而使电站的运行性能不断提高。这主要体现在:一是连续发电时间增加，2007年4月22日，秦山三核1号机组在整个第三次循环周期中实现不停堆连续安全运行463天，创造了自投入商业运行以来安全运行的新纪录；二是机组能力因子不断上升，见图1；三是WANO综合性能指标不断提升，见图2。

2.3 电站经济效益得到提升

电站通过变更改造和技术改进逐步寻找到了经济效益的新增长点。尤其是8 MW带来了显著效益，两台机组出力合计提升16 MW，在不需增加任何投入和运行成本的情况下每年可增加发电量1.2亿kW·h，增加经济效益人民币5 000多万元，按电站寿期40年计算，两台机组将增加发电量48亿kW·h，经济效益十分可观。另外，测算表明，48亿kW·h发电量相当于少消耗164万t标准煤，减少二氧化碳排放350万t，减少二氧化硫排放约2.64万t，环境效益也十分突出。

同时电站还在积极寻求其他方面的突破，60Co项目、利用压水堆回收铀项目等今后的成功实施都将给电站带来较好的经济效益。

2.4 电站“软”实力得到增强

图1 机组能力因子Fig. 1 Unit capability factor

图2 WANO相关指标和综合排名Fig. 2 WANO performance indicators and comprehensive ranking

通过不断努力，电站实施的不少改进是同类型电站首次开发应用，并具有自己的知识产权。目前，电站已获得7项专利，4项专利申请得到国家专利局受理。如冷却水系统用缓蚀剂项目使常规岛冷却水系统的腐蚀速率大大降低；开发电站仪控综合培训装置，为电站的仪控检修和操作人员提供了一个过程测量与控制的调试、操作、维护的培训平台；开发的冰塞技术为一些无法正常隔离设备的检修创造了条件，不仅适用于重水堆核电站，也同样适用于其他核电站、常规电厂、化工企业工艺系统的隔离，具有普遍的适用性，具有推广价值和应用前景。这些改进对技术人员能力的提升，对标准、法规的理解和掌握均取得了明显实效。

3 结束语

经过五年的艰苦历练，秦山三核已充分认识到只有通过不断实施技术改进与创新，才能持续提升电站管理水平和安全生产业绩。秦山三核非常注重对电站变更管理流程的完善和改进，业已建立起了一套控制有效、高效实用的管理体系和技术支持体系，为变更改造和技术改进的全过程质量控制提供了保障。

秦山三核对电站全寿期安全稳定可靠经济运行的追求决定了电站的变更改造和技术改进将是长期的与艰巨的，需要我们做好总体规划和经验反馈，不断完善优化系统配置，提高设备可靠性，为保持电站良好运行业绩继续努力。

[1] 秦山第三核电有限公司建设经验汇编[M]. 北京:原子能出版社，2003.

[2] 秦山三期核电工程建设和重大技术改进[R]，秦山三核，2006，12.

[3] 1号机组2 0 0 7年度瞬态管理报告[R]，9801-97740-ITR-08-034.

[4] 2号机组2 0 0 7年度瞬态管理报告[R]，9802-97740-ITR-08-035.

[5] 电气设备可靠性调研报告[R]，98-50000-ITR-07-70.

[6] 仪控设备问题调研及更换规划[R]，98-60000-ITR-07-71.

Technical improvement in Qinshan Phase Ⅲ nuclear power plant after commercial operation

ZHANG Zhen-hua
（Third Qinshan Nuclear Power Co.，Ltd.，Haiyan of Zhejiang Prov. 314300，China)

Qinshan NPP Phase III （PHWR) Project is one of the national key projects during the “9th Five-year Plan”，the first commercial heavy water reactor nuclear power plant in China，and the biggest trade project between China and Canada. Qinshan Phase III Project adopts the proven CANDU-6 reactor technology and refers to Wolsong Unit 3 and Unit 4 in Korea. Because of the difference of the site condition and standards，specific country situation and lack of operation feedback，it is greatly challenged to keep the safe and stable operation of Qinshan Phase III plant during earlier commercial operation. Qinshan Phase III analyzed and investigated the hidden troubles and hotspots，proposed the modifications and technical improvements，and great improvements were achieved in safety performance，operating performance，and economic efficiency. This paper describes the important modifications and technical improvements in Qinshan Phase III，and the effects after implementation，which can serve as reference to similar projects.

Qinshan Phase III （PHWR)； nuclear power plant； technical improvement

TL423

A

1674-1617（2009)04-0292-05

2009-09-30

张振华（1963—），男，浙江绍兴人，研究员级高级工程师，学士学位，自动化控制专业。