CPR-1000

CPR-1000或CPR1000，全称中国改进型压水堆核电技术（China Pressurized Reactor），是在“第二代+”压水反应堆的基础上，将1990年代引进的Framatome（现为 Areva/Framatome）M310 技术900MWe的三个冷却回路设计的大亚湾核电站改进成为拥有净输出功率1000兆瓦（1080兆瓦的毛输出功率），单层外壳，设计使用寿命60年，采用主动安全防护，无被动安全防护，更加先进的数字控制系统（DCS），157堆芯，提升了燃料组件的性能，换料周期12-18个月，增加了电站的运行效率。法国Areva 公司保留了 CPR-1000 的部分关键知识产权；根据当年的技术转让协议，中国可以在国内大规模建造该堆型，但如果要向第三方国家出口，必须获得法国的许可，甚至可能需要与法国公司合作进行出口（即“拼单”）。

CPR-1000由中国广核集团（中广核集团）建造和经营，中广核集团前身为中国广东核电公司。第一台机组（岭澳核电站3号）国产化率约为30%。第二个机组设备（岭澳4号机组）中70％是中国国产的设备。随着工程推进，CPR-1000的国产化率大幅提升。从最初大亚湾机组依赖进口，到后期CPR1000机组的核岛主设备设备（压力容器、蒸汽发生器、主泵、主管道）与主泵与数字控制系统(DCS)实现了80%以上（部分85%）比例国内制造。

通过对CPR1000机组的标准化，中国在长三角、珠三角等地培育了一大批具备核级设备制造资质的企业，形成了完整的核电设备产业链，国内设备供应商可以实现批量化生产，大幅降低了单台设备的生产成本，使核电在经济性上具备了竞争力。

CPR-1000代表了中国第一个（主要）适用于国际市场的反应堆。如果该反应堆在国外建成，中国届时将成为出口核反应堆的六个国家之一。

## 运营机组

2005年12月15日，中国首台CPR-1000的核电机组岭澳核电站3号开始建设；岭澳核电站4号机组2026年7月14日开始建设；2009年9月，3号机组冷试成功。合计建设了22台机组。

核电站名称｜编号｜类型｜净容量 MWe｜毛容量 MWe｜热容量 MWt｜开工｜商用｜备注

岭澳核电站｜3号｜CPR-1000｜1007｜1086｜2905｜2005年12月15日｜2010年9月15日

4号｜CPR-1000｜1007｜1086｜2905｜2005年12月15日｜2010年9月15日

红沿河核电站｜1号｜CPR-1000｜1061｜1119｜2905｜2007年8月18日｜2013年6月6日

2号｜CPR-1000｜1061｜1119｜2905｜2008年3月28日｜2014年5月13日

3号｜CPR-1000｜1061｜1119｜2905｜2009年3月7日｜2015年8月16日

4号｜CPR-1000｜1061｜1119｜2905｜2009年8月15日｜2016年6月8日

阳江核电站｜1号｜CPR-1000｜1000｜1086｜2905｜2008年12月16日｜2014年3月25日

2号｜CPR-1000｜1000｜1086｜2905｜2009年6月4日｜2015年6月5日

3号｜CPR-1000｜1000｜1086｜2905｜2010年11月15日｜2016年1月1日

4号｜CPR-1000｜1000｜1086｜2905｜2012年11月17日｜2017年3月15日

福清核电站｜1号｜CPR-1000｜1000｜1089｜2905｜2008年11月21日｜2014年11月22日

2号｜CPR-1000｜1000｜1089｜2905｜2009年6月17日｜2015年10月16日

3号｜CPR-1000｜1000｜1089｜2905｜2010年12月31日｜2016年10月24日

4号｜CPR-1000｜1000｜1089｜2905｜2012年11月17日｜2017年9月17日

宁德核电站｜1号｜CPR-1000｜1018｜1089｜2905｜2008年2月18日｜2013年4月15日

2号｜CPR-1000｜1018｜1089｜2905｜2008年11月12日｜2014年5月4日

3号｜CPR-1000｜1018｜1089｜2905｜2010年1月8日｜2015年6月10日

4号｜CPR-1000｜1018｜1089｜2905｜2010年9月29日｜2016年3月29日

防城港核电站｜1号｜CPR-1000｜1000｜1086｜2905｜2010年7月30日｜2016年1月1日

2号｜CPR-1000｜1000｜1086｜2905｜2010年12月23日｜2016年10月1日

方家山核电站｜1号｜CPR-1000｜1012｜1089｜2905｜2008年12月26日｜2014年12月15日

2号｜CPR-1000｜1012｜1089｜2905｜2009年7月17日｜2015年2月12日

## 设计寿命

核电机组因为长期持续性地处在高温、高压的环境下，机件容易疲乏、老化。举例来说，压水式反应炉必须在150大气压下将300℃的水保持在液态，结构承受的力极大，因此寿命约在30年左右。核能工业虽然希望能延长核电厂使用时间为40年，但1997年以前已退役的84座核能机组寿命平均仅17年，1999年11月瑞典关闭的首座电厂也仅使用26年。

## 升级改造

CPR-1000机组（如岭澳二期、红沿河一期、宁德一期等）在建设初期，其仪控系统存在以下局限：

- 备件荒：早期采用的模拟板卡（如早期的法国或西门子组件）在全球范围内停产，维护成本极高且面临断供风险。
- 孤岛效应：模拟系统数据不互通，无法实现大数据分析或人工智能诊断。
- 安全防御：早期系统在应对现代网络安全威胁（网络攻击、恶意软件）方面设计较弱。

升级改造通常利用核电站每18个月一次的停堆换料大修（Outage）进行，采用模块化替换，“预装配、整体换”的模式，缩短工期，避免因改造导致电站长时间停工。对 CPR-1000 的升级改造主要分为“在役机组大修技改”（如岭澳、红沿河、阳江1/2号的DCS和换料周期改造）和“在建设计直接升型”（如阳江3/4号升级为 CPR1000+，阳江5/6号、红沿河5/6号、田湾5/6号在设计阶段直接升级为具备三代特征的 ACPR-1000 或 M310+）。这些改造最终为中国全面走向第三代自主核电技术“华龙一号” (HPR1000) 奠定了最坚实的技术与工程基础。国产化率技术改造：在常规岛及核心泵阀大修更换时，逐步提升国内自主配件比例。升级改造的具体内容可以细分为以下几个超级模块：

### 数字化仪控系统（DCS）的“断代式”换装

这是 CPR-1000 改造中技术难度最高、涉及范围最广的项目。由于早期机组依赖法国阿海珐（TXS）和西门子（TXP）的工业控制板卡，面临停产和被断供的绝境。

- 全系统换装“和睦系统”：中广核利用完全自主知识产权的核级 DCS 平台（和睦系统/FirmSys）整体替代了原有的进口系统。改造涵盖了反应堆保护系统（安全级 1E）和电厂控制系统（非安全级 NC）。对早期“和睦系统”中部分依赖进口通用半导体的非核心板卡进行了整批次的升级，更换为中国全自主设计制造的工业级和核级微处理器，实现了从原材料到全套芯片的100%自主可控。
- 网络安全物理隔离优化：加装了高安全级别的单向光闸（数据二极管），确保发电设备控制网（核岛、常规岛）的数据只能单向输出到管理网，外部网络绝无可能渗透攻击核电控制内核。
- 主控室（MCR）报警泛滥管理优化：重构了 HMI（人机界面）的软件报警过滤算法，引入状态关联抑制逻辑。在遭遇大瞬态（如反应堆跳闸）时，系统会自动将数千个衍生出来的次要次级警报合并、隐藏，只将关键根源报警呈现在操纵员屏幕上。

### 福岛核事故反馈的“极限安全加固”（Fukushima Retrofits）

根据国家核安全局提出的防灾改进行动要求，对所有在役 CPR-1000 进行了强制性的安全补强，使其具备抵御“超出设计基准”极端灾害的能力：

- 加装非能动氢气复合器（PAR）：在安全壳内部各关键节点加装了大量不需要电力的催化消氢装置，一旦发生严重事故，直接将堆内泄漏的氢气与氧气化合成水，彻底杜绝了类似日本福岛的氢气爆炸风险。
- 增设移动式应急“三合一”接口：在核岛外墙加固改装了专门的应急注水、充气、供电外接接口。配合厂区配备的抗震防淹移动式大功率柴油发电机和高压水泵，在全厂断电（SBO）时可以强行向堆芯和乏燃料池注水冷却。
- 增设安全壳过滤排放系统（CFVS）：在极端超压工况下，安全壳内的带有放射性的气体会通过该系统过滤后再释放，过滤效率高达 99.9% 以上，防止安全壳超压破裂引发放射性物质大规模外泄。

### 一回路关键设备与抗震/长寿命化改造

为了让 CPR-1000 安全平稳地运行 40 年并为后续延寿（LTO）至 60 年打下基础，对一回路核岛核心部件进行了结构强化：

- 破前漏（LBB）技术应用与监测改造：通过在一回路主管道、稳压器波动管上加装高精度的光纤光栅应变传感器和微流量声学泄漏监测系统，使机组具备“破前漏”预警能力（在管道发生灾难性断裂前，提前捕捉到微米级的应力变化和微量渗漏）。
- 蒸汽发生器（SG）排污与支撑改造：对蒸汽发生器传热管加装了高强度的抗震抗冲击拉杆与减振球铰，优化了二次侧的连续排污系统，降低了传热管出现应力腐蚀开裂（SCC）的概率。
- 反应堆压力容器（RPV）辐照脆化监测升级：重新排布并升级了堆内的辐照监视管（Surveillance Capsules），用更先进的探测器实时精准监测中子轰击对压力容器钢材的脆化破坏程度。

### 堆芯换料周期从12个月向18个月长周期全面过渡

这是提高核电站经济效益最核心的改造。

- 高富集度核燃料组件换代：将原有的燃料组件逐步更换为中国自主的先进燃料组件（如 AFA-3G 的国产改良版或 STEP 系列）。燃料的 U-235 富集度从早期的 3.2% 提升到 4.45% 以上，并采用了先进的低吸收中子包壳材料（低铌锆合金），使燃料棒能够耐受长达 18 个月的高通量轰击而不变形，显著降低了单位发电量的乏燃料（Spent Fuel）产生量。
- 可燃毒物配置优化：为了控制长周期换料在运行初期过剩的反应堆反应堆剩余活性，堆芯内部改装了全新排布的一体化可燃毒物（IFBA）（如在燃料颗粒表面涂覆硼化锆），确保反应堆在 18 个月运行周期内功率输出极其平稳。同时电厂对乏燃料池（Spent Fuel Pool）制冷与扩容的配套微调。

### 智能化工业物联网与“数字孪生”运维改造

利用现代数字化工业技术对老旧 CPR-1000 注入科技感：

- 转动设备故障预测与健康管理（PHM）：在核心的大型旋转机械（主泵、汽轮机发电机组、主给水泵）上，加装了成百上千个无线振动、温度、声音传感器，利用 AI 算法对设备的轴承摩擦、不平衡进行“全天候画像”，将原有的“定期拆修”转变为“视情维护”。利用 AI 算法对大件旋转机械进行不间断的残余寿命预测（RUL），在轴承出现微米级磨损或金属疲劳前 3 到 6 个月发出预警，直接消除了非计划停堆（Scram）隐患。
- 大修智能机器人替代：在大修换料期间，改造并引入了全自动反应堆换料机、蒸汽发生器水室检查机器人（一回路涡流检测机器人），该机器人不仅检测速度翻倍（降低了员工辐射剂量），其搭载的分析软件还能通过三维建模自动捕捉传热管壁厚万分之一毫米级的微小减薄、应力腐蚀开裂（SCC）趋势，机器人将人类员工从高辐射、高风险的核岛区域解脱出来，大幅降低了电厂员工的集体辐射剂量（Collective Dose）。

### 针对极端气候的“外部防御实体”改造

随着全球气候变化，沿海核电站面临的极端台风、暴雨、风暴潮及海生物入侵风险加剧，堆机组进行了针对性的硬防线改造：

- 防汛防淹与应急接口强化：对厂区外围的移动应急柴油发电机接口、移动高压水泵集水口实施了抗浪涌、防淹没的实体封堵与装甲化隔离改建，确保即使遭遇类似福岛的极端“超设计基准”水淹，外接应急电源和冷却水依然能“插上即用”。
- 冷源海生物取水口截留系统改造：针对近年来沿海频发的毛虾、水母、海苔大规模堵塞核电冷源取水口的严重威胁的循环水进水过滤建筑（常规岛冷源）加装了多级智能声波驱赶、主动式旋转滤网以及全自动海生物刮除拦截系统，从源头上预防因冷源丧失导致的非计划降功率或停堆。

## ACPR-1000

2010年，中国广核集团宣布进一步向第三代水平的ACPR-1000设计方向发展，该方案也将取代受限制的知识产权组件。中国广核集团的目标是在2013年之前能够独立销售ACPR-1000出口产品。中国广核集团一直与东方电气，上海电气，哈尔滨电气集团公司，中国一重，和中国二重合作进行开发工作。

依旧采用157堆芯，ACPR-1000相对CPR-1000改进部分包括：

- 双层安全壳：从CPR-1000单层壳改进，外层安全壳通常设计为钢筋混凝土结构，能够抵御大型商用飞机撞击和外部爆炸冲击。
- 抗震能力从CPR-1000的0.2g提高到0.3 g。
- 堆芯捕集器 (Core Catcher)：相对CPR-1000，新增了用于严重事故下的堆芯熔融物收集装置，防止堆芯熔融穿透安全壳，这是三代核电的典型标志。
- 被动安全特性：引入了部分非能动安全系统（如非能动氢复合器），在失去动力源的情况下，依然能维持基本的余热导出和安全功能。
- 数字化仪控系统 (DCS)：首次采用了中国广东核电集团有限公司（简称中广核集团）所属北京广利核系统工程有限公司自主研发的数字化仪控系统，不再依赖外国的软硬件，解决了长期以来的知识产权（IP）问题。

阳江核电站5号机组于2013年底开始建设第一台ACPR-1000核电机组。这个反应堆包括一个堆芯捕捉器和双层安全壳等附加安全措施。

### 运营机组

中国合计建设了6个ACPR-1000核电机组。

- 阳江核电站 5号机组2018年7月12日商用、6号机组2019年6月29日商用
- 红沿河核电站 5号机组2021年7月31日商用、6号机组2022年5月2日商用
- 田湾核电站 5号机组2020年9月8日商用、6号机组2021年6月2日商用

## ACPR-1000+

在2011年福岛第一核电站事故发生后，中广核提出并设计名为ACPR-1000+的修订版本。提升总功率到1150 MW。

ACPR-1000+ 计划从2014年开始出口。伴随华龙一号的设计，该型号机组从来没有建设与运营。

## 华龙一合并设计

自2011年起，中国广核集团逐步将ACPR-1000与中国核工业集团公司的ACP1000设计合并为新的华龙一号设计。