利用核能生產(chǎn)電能的電廠稱為核電廠。由于核反應(yīng)堆的類型不同,核電廠的系統(tǒng)和設(shè)備也不同。壓水堆核電廠主要由壓水反應(yīng)堆、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)(簡稱一回路)、蒸汽和動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(又稱二回路)、循環(huán)水系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)和輸配電系統(tǒng)及其輔助系統(tǒng)組成,其流程原理如圖2.1所示。通常將一回路及核島輔助系統(tǒng)、專設(shè)安全設(shè)施和廠房稱為核島。二回路及其輔助系統(tǒng)和廠房與常規(guī)火電廠系統(tǒng)和設(shè)備相似,稱為常規(guī)島。電廠的其他部分,統(tǒng)稱配套設(shè)施。實(shí)質(zhì)上,從生產(chǎn)的角度講,核島利用核能生產(chǎn)蒸汽,常規(guī)島用蒸汽生產(chǎn)電能。
反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)將堆芯核裂變放出的熱能帶出反應(yīng)堆并傳遞給二回路系統(tǒng)以產(chǎn)生蒸汽。 通常把反應(yīng)堆、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)及其輔助系統(tǒng)合稱為核供汽系統(tǒng)?,F(xiàn)代商用壓水堆核電廠反應(yīng)
堆冷卻劑系統(tǒng)一般有二至四條并聯(lián)在反應(yīng)堆壓力容器上的封閉環(huán)路(見圖2.2)。 每一條環(huán)路由一臺(tái)蒸汽發(fā)生器、一臺(tái)或兩臺(tái)反應(yīng)堆冷卻劑泵及相應(yīng)的管通組成。一回路內(nèi)的高溫高壓含硼水,由反應(yīng)堆冷卻劑泵輸送,流經(jīng)反應(yīng)堆堆芯,吸收了堆芯核裂變放出的熱能,再流進(jìn)蒸汽發(fā)生器,通過蒸汽發(fā)生器傳熱管壁,將熱能傳給二回路蒸汽發(fā)生器給水,然后再被反應(yīng)堆冷卻劑泵送入反應(yīng)堆。如此循環(huán)往復(fù),構(gòu)成封閉回路。整個(gè)一回路系統(tǒng)設(shè)有一臺(tái)穩(wěn)壓器,一回路系統(tǒng)的壓力靠穩(wěn)壓器調(diào)節(jié),保持穩(wěn)定。
為了保證反應(yīng)堆和反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的安全運(yùn)行,核電廠還設(shè)置了專設(shè)安全設(shè)施和一系列輔助系統(tǒng)。
一回路輔助系統(tǒng)主要用來保證反應(yīng)堆和一回路系統(tǒng)的正常運(yùn)行。壓水堆核電廠一回路輔助系統(tǒng)按其功能劃分,有保證正常運(yùn)行的系統(tǒng)和廢物處理系統(tǒng),部分系統(tǒng)同時(shí)作為專設(shè)安全設(shè)施系統(tǒng)的支持系統(tǒng)。專設(shè)安全設(shè)施為一些重大的事故提供必要的應(yīng)急冷卻措施,并防止放射性物質(zhì)的擴(kuò)散。
二回路系統(tǒng)由汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組、冷凝器、凝結(jié)水泵、給水加熱器、除氧器、給水泵、蒸汽發(fā)生器、汽水分離再熱器等設(shè)備組成。蒸汽發(fā)生器的給水在蒸汽發(fā)生器吸收熱量變成高壓蒸汽,然后驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電,作功后的乏汽在冷凝器內(nèi)冷凝成水,凝結(jié)水由凝結(jié)水泵輸送,經(jīng)低壓加熱器進(jìn)入除氧器,除氧水由給水泵送入高壓加熱器加熱后重新返回蒸汽發(fā)生器,如此形成熱力循環(huán)。為了保證二回路系統(tǒng)的正常運(yùn)行,二回路系統(tǒng)也設(shè)有一系列輔助系統(tǒng)。
循環(huán)水系統(tǒng)主要用來為冷凝器提供冷卻水。
我們看到,在壓水堆電廠,一回路系統(tǒng)的冷卻劑與汽輪機(jī)回路工質(zhì)是完全隔離的,這就是所謂的“間接循環(huán)”。采用間接循環(huán)具有使二回路系統(tǒng)免受放射性玷污的優(yōu)點(diǎn),但它與采用直接循環(huán)的沸水堆核電廠(圖2.3)相比,增加了蒸汽發(fā)生器。壓水堆體積較小和控制要求簡單等因素可以彌補(bǔ)這一不足,并使這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)在經(jīng)濟(jì)上具有競爭力。
發(fā)電機(jī)和輸配電系統(tǒng)的主要設(shè)備有發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)、主變壓器、廠用變壓器、啟動(dòng)變壓器、高壓開關(guān)站和柴油發(fā)電機(jī)組等組成。其主要作用是將核電廠發(fā)出的電能向電網(wǎng)輸送,同時(shí)保證核電廠內(nèi)部設(shè)備的可靠供電。
發(fā)電機(jī)的出線電壓一般為22kV左右,經(jīng)變壓器升至外網(wǎng)電壓。為保證核電廠安全運(yùn)行,核電廠至少與兩條不同方向的獨(dú)立電源相連接,以避免因雷擊、地震、颶風(fēng)或洪水等自然災(zāi)害可能造成的全廠斷電。
每臺(tái)發(fā)電機(jī)組的引出母線上,均接有兩臺(tái)廠用變壓器。為廠用電設(shè)備提供高壓電源。高壓廠用電系統(tǒng)一般為6kV左右。該高壓廠用電系統(tǒng)直接向核電廠大功率動(dòng)力設(shè)備供電。對(duì)于小功率設(shè)備,經(jīng)
變壓器降壓后供給380/220V低壓電源。通常高壓廠用電系統(tǒng)分為工作母線和安全母線兩部分,高壓廠用電系統(tǒng)的工作母線,可以由外電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)供電,高壓廠用電的安全母線,除外網(wǎng)和發(fā)電機(jī)外,還可由柴油發(fā)電機(jī)供電。
在電廠正常功率運(yùn)行時(shí),發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能大部分經(jīng)主變壓器升壓至外網(wǎng)電壓輸送給用戶。同時(shí),整個(gè)廠用設(shè)備的配電系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)的引出母線經(jīng)廠用變壓器降壓后供電。當(dāng)發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí),則由外部電網(wǎng)經(jīng)啟動(dòng)變壓器供電。當(dāng)外網(wǎng)和發(fā)電機(jī)組都不能供電時(shí),則由柴油發(fā)電機(jī)組向安全母線供電,以保證核電廠設(shè)備的安全。 點(diǎn)擊圖片可放大
輸配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與機(jī)組容量、電網(wǎng)系統(tǒng)環(huán)境等密切相關(guān),各核電廠設(shè)計(jì)會(huì)有較大差異,圖2.4所示為一般核電廠電氣系統(tǒng)示意圖。