張 奇，梁忠英，耿 艷，劉 樂，*

（1.環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京 100082；2.大亞灣核電運營管理有限責任公司，深圳518124；3.國網(wǎng)冀北電力有限公司，北京 100053）

某核電廠開關(guān)站500kV母差保護拒動事件原因分析及解決方案

張 奇1，梁忠英2，耿 艷3，劉 樂1，*

（1.環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京 100082；2.大亞灣核電運營管理有限責任公司，深圳518124；3.國網(wǎng)冀北電力有限公司，北京 100053）

本文針對某核電廠開關(guān)站500kV母線故障時，母差保護裝置RADSS拒動事件，分析得出RADSS母差保護拒動的根本原因是故障時電流互感器（CT）根部浪涌吸收器導通，導致流過RADSS保護裝置的故障電流被分流。根據(jù)這一分析結(jié)果，采取了將RADSS母差保護裝置整體換型為微機型母差保護裝置的措施，最終提高了母差保護的穩(wěn)定性，保證了核電廠廠外電源的安全穩(wěn)定。

母差保護；拒動；浪涌吸收器；核電廠；廠外電

廠外電源在核電機組啟停機時，可將電網(wǎng)電力供給給核電廠內(nèi)用電設(shè)備［1］，同時也是核電廠縱深防御的重要環(huán)節(jié)。隨著現(xiàn)代核電技術(shù)的發(fā)展，核電廠對于系統(tǒng)自動化程度，軟硬件可靠程度的要求越來越高［2，3］，而核電廠開關(guān)站的自動化以及可靠度也得到了廣泛的重視。母線是核電廠開關(guān)站中的一個重要組成元件，母線保護的正確動作對于核電廠廠外電源的安全及核電廠的穩(wěn)定運行具有重要意義［4］。

近期，某核電廠開關(guān)站發(fā)生了一起母差保護裝置拒動事件。該型母差保護為RADSS母差保護，RADSS母差保護是瑞士ABB公司生產(chǎn)的中阻抗比率制動式電流差動保護。中阻抗母線差動保護以其結(jié)構(gòu)簡單、動作快速、抗電流互感器（CT）飽和等特點，在高壓電網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用［5］。本文通過對RADSS母線差動保護裝置及相關(guān)回路進行檢查，分析了RADSS母線差動保護拒動的原因，并通過對母差保護裝置整體改造的措施，解決了此類母線差動保護的缺陷問題。

1 某核電廠開關(guān)站母線保護現(xiàn)狀

某核電廠開關(guān)站高壓系統(tǒng)一次接線如圖1、圖2所示，系統(tǒng)采用一個半斷路器接線方式，布置完整五串，系統(tǒng)包含500 kV與400 kV兩個電壓等級，并通過兩臺聯(lián)變實現(xiàn)互聯(lián)。而本次故障的產(chǎn)生位置為500 kV側(cè)母線。

500 kV側(cè)兩段母線編號分別為801 JB和802 JB。每段母線母差保護均采用雙套配置，第一套采用ABB公司生產(chǎn)的RADSS型差動保護，第二套采用阿爾斯通公司生產(chǎn)的TDB11型差動保護。

圖1 開關(guān)站500 kV側(cè)單線圖Fig.1 Electricalsingle linediagram of sw itching station

圖2 開關(guān)站400 kV側(cè)單線圖Fig.2 Electrical single line diagram of sw itch ing station

2 500 kV母差保護拒動原因分析

2.1 故障時的運行方式

500 kV母線802 JB發(fā)生故障時的運行方式如圖3所示，此時第五串合環(huán)運行，第四串停電檢修，運行人員在將隔離開關(guān)407 JS進行分閘操作的過程中，出現(xiàn)802 JB母線A相對地放電，第一套母線保護裝置RADSS拒動。檢查相關(guān)保護裝置和二次回路，未發(fā)現(xiàn)異常。

圖3 母線802 JB故障時的運行方式Fig.3 Faultoperationm ode of busbar 802JB

2.2 母差保護拒動的根本原因分析

2.2.1 裝置原理

（1）RADSS中阻式母線比率差動保護原理

RADSS中阻式母線保護兼用了電壓差動保護與比率制動作用的原理，如圖4所示。其動作原理是比較作用于差動元件KR上的經(jīng)整流的動作電壓Uop和制動電壓Ur的大?。?］。母線區(qū)內(nèi)故障時，所有支路電流同向，必然滿足Uop＞Ur，差動繼電器快速動作。當發(fā)生區(qū)外故障時，無論該側(cè)電流互感器是否飽和均有Uop＜Ur，差動繼電器不動作。

（2）電流互感器（CT）浪涌吸收器原理

檢查500 kV二次回路接線時，發(fā)現(xiàn)在母線保護第四串的電流互感器（CT）二次側(cè)并聯(lián)了CT浪涌吸收器，其限制電壓為500V。

電流互感器（CT）浪涌吸收器主要由氧化鋅壓敏電阻構(gòu)成。此類壓敏電阻是一種以氧化鋅為主要成份的金屬氧化物半導體非線性電阻元件。在正常的工作電壓下（即小于壓敏電壓）壓敏電阻值很大，相當于絕緣狀態(tài)。但在沖擊電壓的作用下（大于壓敏電壓），壓敏電阻呈低值被擊穿，相當于短路狀態(tài)。當高于壓敏電壓的電壓撤銷后，它又恢復高阻狀態(tài)。因此安裝氧化鋅浪涌吸收器后，可以抑制電路中經(jīng)常出現(xiàn)的異常過電壓，保護電路免受過電壓的損害。

2.2.2 RADSS差動回路的電阻計算

當母線發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，所有有源間隔均會向RADSS的差回路提供故障電流。其特點是：差回路為中阻抗［7］，一般差回路的電阻范圍為165Ω～301Ω［8］；要求電流互感器（CT）拐點電壓較高，對于1安培電流下的電流互感器（CT）拐點電壓不低于100 V～500 V（具體取決于RADSS的整定動作電壓）。

對于802 JB母線的RADSS差回路（如圖4中箭頭所示）的電阻計算公式如下：

其中：RTD——TD一次側(cè)線圈電阻；RA——電流互感器（CT）斷線告警繼電器電阻；——折算至TD一次側(cè)的差回路電阻；Rd3——差回路可調(diào)電阻。

2.2.3 現(xiàn)場故障分析

母線802JB發(fā)生故障時的運行方式為第五串合環(huán)運行，第四串停電檢修。由圖3可以看出由于801JB母線上1號聯(lián)絡(luò)變壓器提供的短路電流未計算在內(nèi)，母線故障的短路電流至少應(yīng)該為2號聯(lián)絡(luò)變壓器和出線線路的電流之和。

圖4 RADSS中阻式母線比率差動保護原理圖Fig.4 Schem atic diagram of RADSS ratio restrain differential protection

如圖5、圖6所示，通過分析2#聯(lián)絡(luò)變壓器及出線線路的故障錄波波形，可知母線故障時的短路電流約為24000A，按552 JA開關(guān)側(cè)電流互感器（CT）變比3000/1估算的母線短路容量應(yīng)大于8A。其在差回路上產(chǎn)生的電壓約為

UDT≈8×318.5=2548（V）

該電壓大大超過并接于電流互感器（CT）兩端的氧化鋅浪涌吸收器的動作電壓500 V，氧化鋅浪涌吸收器瞬時動作，故障電流在電流互感器（CT）與氧化鋅浪涌吸收器之間形成環(huán)流，部分故障電流由Q點流經(jīng)S點分流，因差動回路電阻大于制動回路電阻，因此差動回路電壓小于制動回路電壓，比率差動不滿足動作條件，結(jié)果導致RADSS母差拒動。

3 解決方案

通過以上分析，提出了該核電廠開關(guān)站500 kV母線保護的改進措施：保留電流互感器（CT）浪涌吸收器、將RADSS型母差保護升級為微機型母線差動保護。

圖5 2聯(lián)絡(luò)變壓器故障錄波波形Fig.5 W aveform of faultoscillograph of 2#interconnecting transform er

圖6 出線線路故障錄波波形Fig.6 W aveform of faultoscillograph of the transm ission line

3.1 微機型母線差動保護原理

數(shù)字式微機型繼電保護裝置運用數(shù)學公式運算，實現(xiàn)故障量的測量、分析和判斷［9］。微機型母線保護裝置采用的是基于采樣值的比率制動式電流差動保護［10］，并且采用一次系統(tǒng)的穿越電流作為制動電流［11］，以克服區(qū)外故障時由于電流互感器誤差產(chǎn)生差動不平衡電流而造成的保護誤動［12］。

微機型母線保護裝置基于其二次回路的設(shè)計，可以將微機型母線保護裝置定義為低阻式母線保護裝置，微機型母線保護裝置二次回路原理圖如圖7所示：

圖7 微機母線保護裝置二次回路原理圖Fig.7 Schem aticd iagram ofsecondary circuitofm icrocompu ter busbar protection device

3.2 CT浪涌吸收器微機型母線保護裝置影響分析

由圖7可知，微機型母線保護裝置各支路的二次回路完全獨立［13］，裝置的信號采集電壓很低（上限為10 V），內(nèi)部回路阻抗值較小，因此微機型母線保護裝置內(nèi)部回路不會產(chǎn)生高壓。對于電流互感器（CT）二次回路，接入保護裝置每個間隔的二次回路獨立［14］，回路負載阻抗值近似為零，在短路故障條件下不會在電流互感器（CT）浪涌吸收器上產(chǎn)生過電壓，從而不會造成流入保護裝置的二次電流出現(xiàn)分流，因此在二次回路安裝電流互感器（CT）浪涌吸收器對微機型母線保護裝置無影響。

4 結(jié)論

本文針對某核電廠開關(guān)站發(fā)生的一起RADSS母差保護拒動事件，根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)支持，分析得出了母差保護拒動的根本原因是電流互感器（CT）根部浪涌吸收器率先導通，流過RADSS保護裝置的故障電流被分流，從而導致母差保護拒動。

根據(jù)分析結(jié)果，采取RADSS母差保護整體換型為微機型母線差動保護的措施，有效避免了浪涌吸收器的誤導通，確保了保護裝置的可靠運行，有利于核電廠廠外電源［15］的穩(wěn)定運行。

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Analysisand Solution Schemeof500 kV Busbar DifferentialProtection Non-response in a Nuclear Power Plant

ZHANGQi1，LIANGZhongying2，GENGYan3，LIU Le1，*
（1.Nuclearand Radiation SafetyCenter，Beijing100082，China；2.DayaBay NuclearpowerOperations andManagementCompany Lim ited，Shenzhen518124，China；3.StateGrid JibeiElectricPowerCompany Lim ited，Beijing100053，China）

Aim ing at the non-response problem of busbar differential protection device（RADSS） when 500 kV busbar fault occurred in a nuclear power plant，the reason of RADSS non-response，which is analyzed，is thatCT'ssurgeabsorberwhich isclosed leads to faultcurrentisshunt.According to the resultof analysis，this paper takes a measure which is that the RADSS is replaced by m icro-processor busbar differential protection device.As a result，the busbar differential protection device reliability is greatly improved and thusthesaftyand stablity of theoffsitepowersystem isensured.

busbar differential protection；non-response；surge absorber；nuclear power plant；offsite powersystem

TM 772

：B

：1672-5360（2015）02-0030-05

2013-02-20

2014-03-13

環(huán)保公益性行業(yè)科研專項之福島核事故后二代改進型核電廠改進措施的技術(shù)要求研究，課題編號201309054

張 奇（1983—），男，山東德州人，高級工程師，現(xiàn)主要從事核電廠電氣系統(tǒng)自動化的研究工作

*通訊作者：劉 樂，E-mail：liule@chinansc.cn