核電廠常規(guī)島廠用電電源慢速切換邏輯設(shè)計(jì)

管新娟

(華東電力設(shè)計(jì)院,上海 200063)

核電廠常規(guī)島 6 kV廠用電由廠用工作電源及輔助優(yōu)先電源供電,其廠用電系統(tǒng)的安全可靠性對(duì)整個(gè)機(jī)組乃至整個(gè)核電廠的安全、可靠運(yùn)行有著相當(dāng)重要的影響,而廠用電切換則是整個(gè)廠用電系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié).

對(duì)于核電廠常規(guī)島 6 kV廠用電的切換,由于其備用變壓器容量較小,只能斷開大部分電動(dòng)機(jī)負(fù)荷后才可投入備用電源,因此只能進(jìn)行慢速切換.此外,廠用電切換的基本要求是安全性和可靠性,其安全性體現(xiàn)為切換過程中不能造成設(shè)備損壞,而可靠性則體現(xiàn)為提高切換成功率,減少輔助變過流或重要輔機(jī)跳閘造成核島停堆的事故.

本設(shè)計(jì)根據(jù)秦山核電廠二期擴(kuò)建工程廠用電接線的實(shí)際,提出慢速切換的邏輯設(shè)計(jì)及技術(shù)要求,并給出初步整定值.

1 工程概況和運(yùn)行條件

1.1 工程概況

秦山核電廠二期工程需擴(kuò)建 2臺(tái) 660MW汽輪發(fā)電機(jī)組,2臺(tái)機(jī)組均采用半斷路器方式接入500 kV電壓系統(tǒng).發(fā)電機(jī)出口與斷路器相連,其與主變壓器之間則用離相封閉母線連接.每臺(tái)機(jī)組設(shè) 2臺(tái)高壓廠用分裂變變壓器,分裂變的低壓兩側(cè)各接一段 6 kV廠用母線.2臺(tái)機(jī)組共設(shè) 2臺(tái)高壓輔助變壓器,并通過高壓開關(guān)接于 220 kV母線上.此外,2臺(tái)輔助變壓器均為雙卷變壓器,其低壓側(cè)接在 6 kV公用母線上.發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下:型式為 QFSN-660-2;額定容量為 733.3 MW.主變壓器主要技術(shù)參數(shù)如下:雙線圈銅繞組無勵(lì)磁調(diào)壓油浸式變壓器,型式為單相,額定容量為 260MW(繞組溫升 55 K時(shí)).高壓廠用工作分裂變壓器容量為 50/25-25 MW.輔助雙卷變壓器容量為 31.5 MW.

1.2 遵循的主要現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)

核電廠常規(guī)島廠用電電源遵循的主要現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)見表 1.

表1 主要的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)

1.3 基本技術(shù)條件

裝置類型:微機(jī)廠用電慢速切換裝置,型號(hào)為MFC2000-2S.

工作環(huán)境條件:環(huán)境溫度為 -10～+50℃;相對(duì)濕度為 5% ～95%;大氣壓力為 86～106 kPa.

裝置直流電源:額定電壓為 DC 48 V;允許偏差為 -10%～+10%;紋波系數(shù)為不大于 5%.

額定交流輸入:交流電流為 5 A;交流電壓為100 V或 57.7 V;頻率為 50 Hz.

輸出接點(diǎn)信號(hào)容量:跳合閘出口為 DC48 V,5 A(接通);信號(hào)為 DC 48 V,50W(斷開);

測(cè)量精度:電壓電流為不大于 ±2%;頻率為不大于 ±0.1Hz;相角為不大于 0.5°;延時(shí)為不大于2 ms.

功率消耗:當(dāng)交流電流回路為 5 A時(shí),每相不大于 1W;當(dāng)交流電壓回路為 100 V時(shí),每相不大于 1W;直流電源回路正常工作時(shí),不大于 30W,切換時(shí),不大于 50W.

過載能力:交流電流回路為 2倍額定電流時(shí),可連續(xù)工作;為 10倍額定電流,允許過載 10 s;為40倍額定電流時(shí),允許過載 1 s.交流電壓回路為1.5倍額定電壓時(shí),可連續(xù)工作;直流電源回路為80%～115%額定電壓時(shí),可連續(xù)工作.

2 裝置特點(diǎn)及主要技術(shù)性能

2.1 裝置主要特點(diǎn)

核電廠常規(guī)島廠用電電源慢速切換裝置采用人機(jī)界面,即裝置本體設(shè)有大液晶顯示屏,能實(shí)時(shí)顯示主接線、開關(guān)狀態(tài)、母線電壓、分支電流、頻率差、相位差等運(yùn)行參數(shù),信息較齊全.此外,該系統(tǒng)還采用中文操作菜單,簡單明了、易學(xué)易用.操作過程中提示故障異常情況,并可隨時(shí)提供切換后的記錄信息.該裝置的主要功能包括切換功能、通信功能和其他功能.

(1)切換功能 兼有正常手動(dòng)切換,事故切換和不正常情況切換功能;兼有快速切換,同期捕捉、殘壓和長延時(shí)切換功能;所有切換模式都采用串聯(lián)模式.

(2)通信功能 485口接入 DCS系統(tǒng)或電氣監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方操作和信息上送;232口接插便攜機(jī),具有專用通信接口軟件,可在便攜機(jī)上進(jìn)行監(jiān)測(cè),并對(duì)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、儲(chǔ)存、打印等.

(3)其他功能 保護(hù)閉鎖、出口閉鎖;自動(dòng)投入后加速保護(hù);分支電流錄波;監(jiān)測(cè)后備電源失電、PT斷線、開關(guān)位置異常等.

2.2 技術(shù)性能要求

秦山核電廠二期擴(kuò)建工程的廠用電母線切換裝置應(yīng)具有同期捕捉、慢速切換、快速切換 3種切換方式,以及同時(shí)切換、串聯(lián)切換 2種切換模式.每種切換方式都應(yīng)能單獨(dú)投退.本工程以慢速串聯(lián)切換為主要切換方式.裝置應(yīng)具有同期檢定和只動(dòng)作一次的功能.

該裝置能實(shí)現(xiàn)正常手動(dòng)并聯(lián)、串聯(lián)切換,通過DCS操作員或裝置面板上手動(dòng)啟動(dòng)裝置,實(shí)現(xiàn)從工作電源到備用電源,或從備用電源到工作電源的雙向切換.對(duì)裝置中不需要的功能,如定值和控制字等進(jìn)行屏蔽,并設(shè)有管理密碼,方便以后使用.

該裝置的一次接線示意如圖 1所示.圖 1中,中高壓工作廠變—— 主網(wǎng)供電時(shí)為工作開關(guān)LGA100JA合位,輔網(wǎng)供電時(shí)為備用開關(guān)LGA200JA合位.

圖1 廠用電母線切換的一次接線示意

正常的母線切換由手動(dòng)啟動(dòng),在控制臺(tái)、DCS系統(tǒng)或裝置面板上均可進(jìn)行.正常切換是雙向的,可以由工作電源切向備用電源,也可以由備用電源切向工作電源.正常切換邏輯有以下幾種方式.

(1)反向切換邏輯 正常啟機(jī),事故后恢復(fù).具體過程為:開入量“檢修恢復(fù)方式”處于斷開狀態(tài),經(jīng) LGA100JA斷路器在分閘位置、LGA200JA斷路器合閘位置、LGA工作進(jìn)線斷路器 PT有電壓確認(rèn),且應(yīng)確定在正常運(yùn)行的無閉鎖狀態(tài)下,由開入“反向手動(dòng)切換”接點(diǎn)閉合啟動(dòng),裝置先跳開備用進(jìn)線開關(guān),確認(rèn)跳開后,經(jīng)設(shè)定的定值“串聯(lián)切換合閘延時(shí)”進(jìn)行延時(shí)后,投入母線殘壓和長延時(shí)判斷,若滿足任一條件即閉合工作進(jìn)線開關(guān).檢修后恢復(fù)的具體過程為:開入量“檢修恢復(fù)方式”處于閉合狀態(tài),經(jīng) LGA100JA斷路器在分閘位置、LGA 200JA斷路器合閘位置、LGA工作進(jìn)線斷路器 PT有電壓確認(rèn),且應(yīng)確定在正常運(yùn)行的無閉鎖狀態(tài)下,由開入“反向手動(dòng)切換”接點(diǎn)閉合啟動(dòng),裝置先跳開備用進(jìn)線開關(guān),確認(rèn)跳開后,投入快速、同捕、母線殘壓和長延時(shí)判斷,若滿足任一條件即閉合工作進(jìn)線開關(guān).

(2)正向切換邏輯 工作進(jìn)線閉合,備用進(jìn)線斷開,正常運(yùn)行在無閉鎖狀態(tài)下,由開入量“正向手動(dòng)切換”接點(diǎn)閉合啟動(dòng),經(jīng) LGA 100JA斷路器在合閘位置、LGA200JA斷路器分閘位置、LGA備用進(jìn)線斷路器 PT有電壓確認(rèn),且應(yīng)確定在正常運(yùn)行無閉鎖狀態(tài)下,裝置先跳開工作進(jìn)線開關(guān),確認(rèn)跳開后,經(jīng)設(shè)定的定值“串聯(lián)切換合閘延時(shí)”進(jìn)行延時(shí)后(此時(shí)長延時(shí)計(jì)時(shí)),投入母線殘壓和長延時(shí)判斷,若滿足任一條件即閉合備用進(jìn)線開關(guān).

事故切換由保護(hù)出口啟動(dòng),只能進(jìn)行由工作電源切向備用電源的單向操作.

為實(shí)現(xiàn)核電廠常規(guī)島廠用電電源的慢速切換,該裝置應(yīng)具有閉鎖功能,在出現(xiàn) PT斷線、保護(hù)閉鎖、失去備用電源等情況時(shí)自動(dòng)報(bào)警,并將裝置閉鎖,防止裝置誤動(dòng).該裝置還具有自檢功能,可在線自動(dòng)檢測(cè)內(nèi)部電路、合跳閘出口、直流電源和所設(shè)參數(shù)等內(nèi)部運(yùn)行情況,發(fā)現(xiàn)異常自動(dòng)報(bào)警,并可顯示故障位置和事故原因.此外,該裝置具有數(shù)字化錄波功能,能夠提供完整的切換過程頻差、相差和電壓幅值.能夠追蹤每次切換的所有定值、所有開關(guān)狀態(tài)、啟動(dòng)原因、裝置發(fā)出的合跳閘命令等.錄波從裝置啟動(dòng)開始(應(yīng)包括切換前 0.1 s的錄波),每 10 ms采樣一次,總錄波時(shí)間不小于 2 s,并且保證數(shù)據(jù)在裝置掉電后不丟失,同時(shí)具有遠(yuǎn)傳功能.由于該裝置具備打印功能,所有錄波數(shù)據(jù)均可打印輸出.在“復(fù)歸”前可進(jìn)行反復(fù)打印.

2.3 定值參數(shù)的設(shè)定

該裝置所有的整定值、運(yùn)行方式(控制字)均可在液晶屏上按照菜單提示用按鍵方式進(jìn)行設(shè)定,修改前必須輸入正確密碼.密碼為 4位數(shù)字,出廠時(shí)的密碼為 0000,用戶使用時(shí)可根據(jù)需要自行設(shè)定.

2.3.1 整定定值

該裝置的參考整定定值見表 2.

表2 參考整定值

同捕恒定越前時(shí)間是根據(jù)裝置外圍實(shí)際合閘回路的總時(shí)間來進(jìn)行整定的.

2.3.2 切換方式設(shè)置

切換方式設(shè)置見表 3.

在各種切換方式中,需要對(duì)后備失電閉鎖投退方式進(jìn)行說明.此功能用于備用 PT檢修時(shí),若暫時(shí)退出該功能,此時(shí)裝置仍能進(jìn)行切換,但切換方式與正常方式有所不同:在后備不失電情況下,裝置仍然可以進(jìn)行正常切換;而在后備失電情況下,只能進(jìn)行殘壓和長延時(shí)切換.

表3 切換方式設(shè)置

3 結(jié) 論

(1)電源切換時(shí)供電大約中斷 1.5 s,使電動(dòng)機(jī)內(nèi)部電壓衰減,可防止由于不同相切換而引起的電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器和端部繞組的損壞.

(2)切換后系統(tǒng)母線上只剩下永久性廠用設(shè)備負(fù)荷,對(duì)秦山二期擴(kuò)建工程常規(guī)島廠用電而言,只剩下閉式冷卻水泵和低壓廠用變壓器負(fù)荷,其目的是保證對(duì)永久性廠用設(shè)備供電的連續(xù)性.

(3)如果待切換的系統(tǒng)在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生繼電保護(hù)動(dòng)作,則閉鎖慢速切換,即事故切換只能單向操作.

［1］弋東方.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè):電氣一次部分［S］.北京:中國電力出版社,2009:268-286.

［2］卓樂友.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè):電氣二次部分［S］.北京:中國電力出版社,2009:618-676.

［3］劉取.電力穩(wěn)定性及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制［M］.北京:中國電力出版社,2007:218-260.

［4］高亮.發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置［M］.北京:中國電力出版社,2009:69-81.

［5］何首賢.供配電技術(shù)［M］.北京:中國水利電力出版社,2005:231-233.