CPR1000核電機(jī)組發(fā)變組保護(hù)國產(chǎn)化后保護(hù)配置優(yōu)化

朱春鋒++程兆輝++譚勝盛++李先軍++王東

【摘 要】CPR1000核電在役及在建機(jī)組，發(fā)變組保護(hù)多采用國外進(jìn)口技術(shù)，直至寧德核電及防城港核電項(xiàng)目，采用南京南瑞生產(chǎn)的RCS-985系列保護(hù)裝置，首次實(shí)現(xiàn)了發(fā)變組保護(hù)的國產(chǎn)化。但在調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)部分保護(hù)配置不滿足核電機(jī)組安全運(yùn)行要求，存在保護(hù)誤動和拒動的隱患。結(jié)合核電機(jī)組運(yùn)行特點(diǎn)，通過研究保護(hù)配置中存在的風(fēng)險并改進(jìn)優(yōu)化，確保發(fā)變組保護(hù)能可靠投入。優(yōu)化后發(fā)變組保護(hù)配置具有典型意義，為核電廠發(fā)變組保護(hù)國產(chǎn)化應(yīng)用補(bǔ)上了實(shí)踐改進(jìn)的最后一環(huán)，對其它堆型的發(fā)變組保護(hù)配置也具有較高的推廣借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】核電 發(fā)變組保護(hù) 配置優(yōu)化

發(fā)電機(jī)和變壓器保護(hù)系統(tǒng)是核電機(jī)組最核心的電氣繼電保護(hù)系統(tǒng)，承擔(dān)著汽輪發(fā)電機(jī)、主變壓器和高壓廠用變壓器的故障或非正常運(yùn)行狀態(tài)時可靠切除故障設(shè)備、確保機(jī)組安全運(yùn)行的重要作用。CPR1000核電在役及在建機(jī)組，發(fā)變組保護(hù)多采用國外進(jìn)口設(shè)備，直至某核電廠，首次采用國產(chǎn)發(fā)變組保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)了CPR1000核電機(jī)組發(fā)變組保護(hù)的國產(chǎn)化。但在調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)了部分保護(hù)配置未考慮CPR1000核電機(jī)組運(yùn)行要求，存在一定的跳機(jī)跳堆風(fēng)險，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 發(fā)變組保護(hù)在核電機(jī)組首次應(yīng)用時存在的問題

在設(shè)備調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)部分保護(hù)配置未考慮核電機(jī)組運(yùn)行特點(diǎn)和試驗(yàn)要求，存在極大的跳機(jī)跳堆風(fēng)險，不能滿足核電廠正常運(yùn)行要求，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）主變過激磁保護(hù)有流判據(jù)閉鎖元件造成保護(hù)拒動的問題；（2）發(fā)電機(jī)頻率保護(hù)配置問題；（3）電壓型保護(hù)動作元件無法啟動發(fā)電機(jī)斷路器失靈保護(hù)問題。

2 發(fā)變組保護(hù)配置優(yōu)化

針對保護(hù)配置中存在的隱患，通過研究分析，優(yōu)化保護(hù)配置，消除設(shè)備誤動和拒動隱患，確保發(fā)變組保護(hù)能夠可靠投入。

2.1 主變過激磁保護(hù)配置優(yōu)化

2.1.1 主變過激磁保護(hù)配置分析

為了防止主變過激磁引起的溫升加速絕緣老化、使繞組的絕緣強(qiáng)度和機(jī)械性能惡化，配置主變過激磁保護(hù)[1]。過激磁保護(hù)邏輯圖見圖1。

配置主變有流判據(jù)閉鎖的目的：為了防止主變高壓側(cè)TV在暫態(tài)過程中的電壓量影響，造成主變過激磁保護(hù)誤動作[1]。核電機(jī)組主變高壓側(cè)CT變比4000/1A，有流判據(jù)動作一次電流為160A；但主變經(jīng)高廠變帶廠用電運(yùn)行期間，最大廠用電負(fù)荷為68MW（核電廠日常運(yùn)行數(shù)據(jù)），經(jīng)過計(jì)算，主變空載運(yùn)行時，最大負(fù)荷電流為73A，遠(yuǎn)小于主變有流值160A。因此，若發(fā)生主變過激磁故障，有流判據(jù)將閉鎖保護(hù)，主變過激磁保護(hù)拒動。

2.1.2 主變過激磁保護(hù)配置優(yōu)化措施

（1）取消主變過激磁有流判據(jù)，防止保護(hù)拒動；（2）主變過激磁保護(hù)選取反時限保護(hù)，確保保護(hù)不會誤動作。

2.2 發(fā)電機(jī)頻率保護(hù)配置優(yōu)化

2.2.1 低頻保護(hù)配置分析

為了確保核電廠安全運(yùn)行，發(fā)電機(jī)頻率過低時，首先跳開500kV開關(guān)，切除機(jī)組與系統(tǒng)聯(lián)系，避免系統(tǒng)故障影響核電機(jī)組安全運(yùn)行；若發(fā)電機(jī)頻率仍然不滿足要求，啟動機(jī)組停機(jī)、啟動廠用電切換。因此，發(fā)電機(jī)低頻延時保護(hù)至少要求配置2段，方可滿足核電機(jī)組需求。原低頻延時保護(hù)跳閘功能僅配置1段，不滿足核電運(yùn)行要求。

優(yōu)化后保護(hù)配置見圖2。

2.2.2 過頻保護(hù)配置分析

頻率異常保護(hù)用于保護(hù)汽輪機(jī)，防止汽輪機(jī)葉片及其拉金的斷裂事故。如果發(fā)電機(jī)頻率升高或降低，會使葉片受到很大的諧振應(yīng)力，使金屬材料疲勞，材料的疲勞是一個不可逆轉(zhuǎn)的過程，所以應(yīng)給出規(guī)定的頻率下累計(jì)運(yùn)行時間[2]。當(dāng)發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷至空載或打閘停機(jī)期間，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速短時上升，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過1545轉(zhuǎn)/分鐘時，將啟動發(fā)電機(jī)過頻保護(hù)跳閘，跳開500kV開關(guān)，造成主變及廠用電失電，引起機(jī)組故障擴(kuò)大，觸發(fā)跳堆風(fēng)險。

發(fā)電機(jī)過頻保護(hù)由過頻保護(hù)報警和過頻保護(hù)跳閘組成，原過頻延時保護(hù)無閉鎖，存在保護(hù)誤動風(fēng)險。

優(yōu)化后保護(hù)配置見圖3。

2.2.3 頻率保護(hù)配置優(yōu)化

根據(jù)上述分析，優(yōu)化發(fā)電機(jī)頻率保護(hù)配置，見表1。

由表1可見，發(fā)電機(jī)頻率保護(hù)主要進(jìn)行如下優(yōu)化改進(jìn)：

（1）低頻保護(hù)增加配置2段低頻延時保護(hù)，均可分別整定，實(shí)現(xiàn)保護(hù)選擇性。

（2）過頻保護(hù)增加發(fā)電機(jī)出口斷路器位置閉鎖，并可經(jīng)控制字選擇投退，防止保護(hù)誤動作風(fēng)險。

（3）增加兩段過頻累計(jì)保護(hù)配置，保護(hù)汽輪機(jī)，防止產(chǎn)生汽輪機(jī)機(jī)械損傷。

2.3 電壓型保護(hù)動作啟動發(fā)電機(jī)出口斷路器失靈保護(hù)配置優(yōu)化

2.3.1 發(fā)電機(jī)出口斷路器失靈保護(hù)配置分析

發(fā)電機(jī)電流型故障時，電流判據(jù)可以正常啟動發(fā)電機(jī)出口斷路器失靈保護(hù)，但是，對于電壓型保護(hù)故障，如發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)、功率保護(hù)動作時，故障發(fā)電機(jī)電流判據(jù)可能不能滿足失靈啟動判據(jù)，若發(fā)電機(jī)出口斷路器失靈，則不能啟動失靈保護(hù)。

2.3.2 失靈保護(hù)配置優(yōu)化

優(yōu)化發(fā)電機(jī)出口斷路器失靈保護(hù)配置，增加發(fā)電機(jī)失靈保護(hù)直跳邏輯，即對于電壓型保護(hù)如定子接地保護(hù)、功率保護(hù)等，保護(hù)動作后，若持續(xù)時間大于開關(guān)分閘時間后，保護(hù)跳閘信號仍然存在，則不經(jīng)電流元件判據(jù)閉鎖，直接啟動發(fā)電機(jī)失靈保護(hù)，跳開相鄰開關(guān)。

3 結(jié)語

經(jīng)過CPR1000核電機(jī)組發(fā)變組保護(hù)國產(chǎn)化實(shí)施，解決了發(fā)變組保護(hù)過激磁保護(hù)、頻率保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)誤動和拒動的問題，消除了機(jī)組跳機(jī)跳堆的隱患；同時，為核電廠發(fā)變組保護(hù)國產(chǎn)化應(yīng)用補(bǔ)上了實(shí)踐改進(jìn)的最后一環(huán)，該配置已成功推廣應(yīng)用于防城港、福清等核電廠，對其它堆型的發(fā)變組保護(hù)配置也具有較高的推廣借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2002.

[2]賀家李，李永麗，董新洲，李斌.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理（第四版）.北京：中國電力出版社：電力系統(tǒng)自動化，2010.1.