朱春鋒++程兆輝++譚勝盛++李先軍++王東

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

【關鍵詞】核電 發(fā)變組保護 配置優(yōu)化

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

1 發(fā)變組保護在核電機組首次應用時存在的問題

在設備調試中，發(fā)現(xiàn)部分保護配置未考慮核電機組運行特點和試驗要求，存在極大的跳機跳堆風險，不能滿足核電廠正常運行要求，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）主變過激磁保護有流判據(jù)閉鎖元件造成保護拒動的問題；（2）發(fā)電機頻率保護配置問題；（3）電壓型保護動作元件無法啟動發(fā)電機斷路器失靈保護問題。

2 發(fā)變組保護配置優(yōu)化

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

2.1 主變過激磁保護配置優(yōu)化

2.1.1 主變過激磁保護配置分析

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

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

2.1.2 主變過激磁保護配置優(yōu)化措施

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

2.2 發(fā)電機頻率保護配置優(yōu)化

2.2.1 低頻保護配置分析

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

優(yōu)化后保護配置見圖2。

2.2.2 過頻保護配置分析

頻率異常保護用于保護汽輪機，防止汽輪機葉片及其拉金的斷裂事故。如果發(fā)電機頻率升高或降低，會使葉片受到很大的諧振應力，使金屬材料疲勞，材料的疲勞是一個不可逆轉的過程，所以應給出規(guī)定的頻率下累計運行時間[2]。當發(fā)電機組甩負荷至空載或打閘停機期間，汽輪機轉速短時上升，當轉速超過1545轉/分鐘時，將啟動發(fā)電機過頻保護跳閘，跳開500kV開關，造成主變及廠用電失電，引起機組故障擴大，觸發(fā)跳堆風險。

發(fā)電機過頻保護由過頻保護報警和過頻保護跳閘組成，原過頻延時保護無閉鎖，存在保護誤動風險。

優(yōu)化后保護配置見圖3。

2.2.3 頻率保護配置優(yōu)化

根據(jù)上述分析，優(yōu)化發(fā)電機頻率保護配置，見表1。

由表1可見，發(fā)電機頻率保護主要進行如下優(yōu)化改進：

（1）低頻保護增加配置2段低頻延時保護，均可分別整定，實現(xiàn)保護選擇性。

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

（3）增加兩段過頻累計保護配置，保護汽輪機，防止產(chǎn)生汽輪機機械損傷。

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

2.3.1 發(fā)電機出口斷路器失靈保護配置分析

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

2.3.2 失靈保護配置優(yōu)化

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

3 結語

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

參考文獻：

[1]王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用[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)繼電保護原理（第四版）.北京：中國電力出版社：電力系統(tǒng)自動化，2010.1.