核電站500kV主開關(guān)站遠(yuǎn)距離T區(qū)保護(hù)方案

葉育林 張延青

【摘 要】接地短路電流、雷擊、分布電容等都會對控制電纜中傳輸?shù)谋Ｗo(hù)信號和控制信號產(chǎn)生干擾，很容易造成保護(hù)的據(jù)動或者誤動。本文就某核電站工程實(shí)例，計(jì)算分析保護(hù)信號和控制信號在遠(yuǎn)距離傳輸時所受到的影響，發(fā)現(xiàn)在區(qū)內(nèi)短路故障情況下，保護(hù)裝置端子上產(chǎn)生的端子對地電壓甚至達(dá)到3400V，可能燒毀保護(hù)裝置的端子。因此，對于保護(hù)信號和控制信號通過常規(guī)的控制電纜傳輸距離十分有限。但核電站的廠區(qū)規(guī)模越來越大，機(jī)組主變和500kV開關(guān)站的距離越來越遠(yuǎn)，對于此類遠(yuǎn)距離的T區(qū)保護(hù)問題，傳統(tǒng)的T區(qū)保護(hù)已經(jīng)不再適用，需更換了思路，引入了新的保護(hù)方案，并成功的在工程中得到實(shí)踐，為類似電力工程中，特別是廠區(qū)內(nèi)長距離保護(hù)配置問題的解決提供可供參考和借鑒的案例。

【關(guān)鍵詞】核電站 500kV T區(qū)保護(hù)

1 引言

隨著國家核電發(fā)展規(guī)劃的出臺，我國核電進(jìn)入了快速發(fā)展期。由于核電廠址寶貴，一般在一個核電廠址會批量建設(shè)4～6臺核電機(jī)組，有的甚至更多，因此核電廠址的占地面積均較大。另外，核電機(jī)組輸出電能的方式一般是通過主變升壓后通過GIL管廊接入廠內(nèi)500kV開關(guān)站。500kV開關(guān)站一般采用3/2接線方式。由于廠區(qū)大，主變又位于機(jī)組側(cè)，因而經(jīng)常出現(xiàn)主變到500kV主開關(guān)站距離較遠(yuǎn)。在實(shí)際工程中，有的機(jī)組主變高壓側(cè)距離500kV開關(guān)站超過1.5km。對于這種遠(yuǎn)距離T區(qū)的保護(hù)配置，需要進(jìn)行新的思考。

2 遠(yuǎn)距離T區(qū)保護(hù)設(shè)備選型計(jì)算

2.1 電流互感器參數(shù)選型校驗(yàn)

2.1.1 短路電流

（1）系統(tǒng)側(cè)短路電流

系統(tǒng)源對稱短路電流周期分量（系統(tǒng)側(cè)63kA）。電廠主接線圖如圖1。

圖1 電廠主接線圖

（2）發(fā)電機(jī)源對稱短路電流

① 發(fā)電機(jī)源對稱短路電流：

② 非周期時間常數(shù)：

（3）廠用變壓器電動機(jī)源短路電流由于短路電流較小，忽略不計(jì)。

2.1.2 CT特性校驗(yàn)

（1） 校驗(yàn)工況

校驗(yàn)工程實(shí)際短路暫態(tài)過程中電流互感器特性時應(yīng)考慮以下幾種工況：

發(fā)變組T區(qū)內(nèi)故障，重合閘不動作時，即在C-t-O情況下，電流互感器等效電勢（對應(yīng)圖1中d1點(diǎn)短路）；

驗(yàn)證發(fā)變組T接區(qū)外故障，線路保護(hù)重合閘動作時，即在C- t-O- tfr -C- t”-O工作循環(huán)過程中，電流互感器等效電勢（對應(yīng)圖1中 d2點(diǎn)短路）；

（2） 校驗(yàn)方法

根據(jù)《電流互感器和電壓互感器選擇及計(jì)算導(dǎo)則》DL/T866-2004對于C-t-O工作循環(huán)，所需的暫態(tài)面積系數(shù)為：

對于C-t-O-tfr-C-t”-工作循環(huán)，所需的暫態(tài)面積系數(shù)為：

電流互感器參數(shù)參照某核電工程中電流互感器廠家資料進(jìn)行計(jì)算；對應(yīng)于發(fā)變組T接區(qū)內(nèi)故障，重合閘不動作的工況（C-t-O），取斷路器失靈保護(hù)切除故障時間250ms；對于發(fā)變組T接區(qū)外故障，線路保護(hù)重合閘動作的工況（C-t-O-tfr-C-t”-O），取一般保護(hù)故障切除時間100ms，自動重合閘無流時間取300ms，取斷路器動作的故障切除時間100ms，取斷路器動作的故障切除時間100ms；發(fā)變組至500kV開關(guān)站間的電纜長度按1500米考慮，電纜截面積取4mm2；保護(hù)裝置繼電器負(fù)荷（電流為1A時）按0.5VA考慮。

（3） 校驗(yàn)情況

① 電流互感器額定二次極限電動勢：Eal = KtdKsscIsn（Rct+Rbn） =16466.96V；

② 發(fā)變組T區(qū)內(nèi)故障，重合閘不動作時，等效二次極限電勢為：

Eal=KtdKpcf（R?ct+Rb）= =11408.1V

小于額定二次極限電勢16466.96V，滿足要求；

暫態(tài)誤差： ，

小于規(guī)范中要求10%誤差，滿足要求。

③發(fā)變組T區(qū)外故障，線路保護(hù)重合閘動作時，等效二次極限電勢為：

Eal=KtdKpcf（R?ct+Rb）= 971.7708V

小于額定二次極限電勢16466.96V，滿足要求；

暫態(tài)誤差： ，小于10%誤差，滿足要求。

2.1.3 CT二次側(cè)回路電壓計(jì)算

根據(jù)GB 16847《保護(hù)用電流互感器暫態(tài)特性技術(shù)要求》附錄E中的圖E1所示，當(dāng)電流互感器二次側(cè)接地在電流互感器本時，電流互感器二次回路可以簡化為下圖：

2.1.4 分析

計(jì)算表明，該核電廠電流互感器選型滿足規(guī)范要求，但其二次極限電勢最高達(dá)11408.1V，二次側(cè)端口電壓達(dá)到近6600V，選用450/750V常規(guī)電纜時，無法滿足耐壓要求。同時，保護(hù)端口對地電壓達(dá)到3400V，已超過保護(hù)設(shè)備端口耐壓水平，很可能燒毀保護(hù)設(shè)備。

2.2 控制和信號回路用控制電纜選擇

根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊-電氣二次部分》規(guī)定，只要操作回路按正常最大負(fù)荷下至各設(shè)備的電壓降不得超過10%的條件校驗(yàn)電纜芯截面，可滿足要求。

電纜壓降問題可以通過增大電纜截面積來解決，但是在工程實(shí)際運(yùn)用中，接地短路、雷擊、分布電容等都會對控制電纜產(chǎn)生干擾。據(jù)有關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)及研究，當(dāng)電纜超過800m時，控制信號通過電纜傳輸已不可靠。

3 短線光差保護(hù)的引入應(yīng)用

傳統(tǒng)的T區(qū)保護(hù)已無法解決上述兩個問題，但如果把遠(yuǎn)距離的T區(qū)看作一條短線路的話，那么就可以采用光纖電流差動保護(hù)裝置來構(gòu)建保護(hù)方案。具體為用兩套短線光差保護(hù)加上一套短引線保護(hù)，代替常規(guī)的T區(qū)保護(hù)，其中一套短線光差保護(hù)布置在機(jī)組側(cè)，另一套短線光差保護(hù)和短引線保護(hù)布置在500kV開關(guān)站側(cè)。將500kV開關(guān)站串內(nèi)中、邊斷路器側(cè)的兩組電流互感器的二次側(cè)并接，形成和電流，作為一組電流輸入到光差保護(hù)裝置中。如圖3所示。當(dāng)主變側(cè)出線隔離開關(guān)閉合時，兩側(cè)光纖差動保護(hù)均可自動或手動投入，短引線保護(hù)可自動或手動退出；當(dāng)主變側(cè)出線隔離開關(guān)打開時，兩側(cè)光纖差動保護(hù)均可自動或手動退出，短引線保護(hù)可自動或手動投入。

4 結(jié)語

核電站的廠區(qū)規(guī)模越來越大，機(jī)組主變和500kV開關(guān)站的距離越來越遠(yuǎn)，因而產(chǎn)生了很多控制保護(hù)問題。本文簡要分析了由于距離原因造成的保護(hù)配置方案的問題，并更換了思路，提出了新的保護(hù)方案。目前此方案已在多個核電站工程實(shí)際中應(yīng)用，截止目前，運(yùn)行狀況良好。

參考文獻(xiàn)：

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