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        核電中壓系統(tǒng)接地方式探討

        2017-05-30 10:00:01胡周陽劉濤
        大東方 2017年5期

        胡周陽 劉濤

        摘 要:國內(nèi)某核電6.6kV中壓系統(tǒng)在中性點(diǎn)接地方式采用不接地的基礎(chǔ)上,同時(shí)增加了一套消弧線圈和選線屏裝置,應(yīng)對在不同工況下的特殊需求,防止中壓設(shè)備在發(fā)生接地故障時(shí)由于過大接地電容電流對事故擴(kuò)大。

        關(guān)鍵詞:中壓系統(tǒng);消弧線圈;不接地

        一、中壓系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式

        1.中壓系統(tǒng)的中性點(diǎn)不接地方式

        中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的特點(diǎn)是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí),允許繼續(xù)允許2h。它具有較高的供電可靠性。同任何一種接地方式一樣,它也有其運(yùn)行中需要解決的問題,主要是中壓電網(wǎng)常見的一些鐵磁諧振過電壓、操作過電壓、中性點(diǎn)偏移。

        2.中壓系統(tǒng)的中性點(diǎn)電抗(電阻)接地方式

        電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T620-1997(交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合)3.1.2條規(guī)定:

        3~10kV不直接連接發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)和35、66kV系統(tǒng),當(dāng)單相接地電容電流不超過下列數(shù)值時(shí),應(yīng)采用不接地方式;當(dāng)超過下列數(shù)值又需在接地故障條件下運(yùn)行時(shí),應(yīng)采用消弧線圈接地方式。

        (1)3~10kV鋼筋混凝土或金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)和所有35、66kV系統(tǒng),10A。

        (2)3~10kV非鋼筋混凝土或非金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng),當(dāng)電壓為:

        1)3kV和6kV時(shí),30A;

        2)10kV時(shí),20A;

        3)3~10kV電纜線路構(gòu)成的系統(tǒng),30A。

        3.1.4條規(guī)定:

        6~35kV主要由電纜線路構(gòu)成的送配電系統(tǒng),單相接地故障電容電流較大時(shí),可采用低電阻接地方式。

        中性點(diǎn)接地方式有4類:

        (1)高電阻、中電阻和小電阻接地;

        (2)高電抗、中電抗和小電抗接地;

        (3)不接地和消弧線圈接地;

        (4)直接接地。

        二、消弧線圈的工作原理

        在中性點(diǎn)與大地之間接入消弧線圈后,發(fā)生單相接地,其單相接地電容電流將會得到有效補(bǔ)償,當(dāng)故障點(diǎn)的殘余電流降至10A以下,就可使故障點(diǎn)電弧不易重燃,從而防止事故擴(kuò)大。因此通常把接有消弧線圈的電網(wǎng)稱為補(bǔ)償電網(wǎng)或諧振接地系統(tǒng)。

        中性點(diǎn)接入消弧線圈后,發(fā)生單相接地時(shí),通過接地點(diǎn)的接地電流為消弧線圈的電感電流與系統(tǒng)電容電流之相量和,因電感電流與電容電流方向相反,可互相抵消,減少了通過接地點(diǎn)的電流,當(dāng)殘流小于10A(一般控制在5A左右)使接地電弧過零后易于熄滅,從而防止事故擴(kuò)大。根據(jù)加入消弧線圈的電感量的大小,所產(chǎn)生的電感電流補(bǔ)償程度的不同,可以為完全補(bǔ)償、過補(bǔ)償和欠補(bǔ)償。

        三、自動選線裝置

        諧振接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),由于消弧線圈的補(bǔ)償作用,故障電流值較小以及故障電弧的不穩(wěn)定等因素,造成接地故障的選線的困難。

        按照利用信號的穩(wěn)態(tài)或暫態(tài)分量,選線技術(shù)分為穩(wěn)態(tài)選線和暫態(tài)選線兩大類。穩(wěn)態(tài)選線有S注入法、5次諧波法、零序有功率方向法、殘流增量法、中電阻法和小擾動法等,暫態(tài)選線有首半波法、小波變換法和暫態(tài)電流方向法等。

        S注入法原理是在發(fā)生單相接地時(shí),通過運(yùn)行中母線三相電壓互感器的中性點(diǎn)向接地線路注入一個(gè)特殊信號,從故障線路接地點(diǎn)流回形成通路,用信號探測器檢測每一條線路,有注入信號流過的線路,從而可確定為故障線路。S注入法的優(yōu)點(diǎn)是不受消弧線圈的影響,不要求裝設(shè)零序電流互感器,在現(xiàn)場應(yīng)用較為廣泛。由于注入信號頻率特殊,可以容易從工頻、諧波等干擾信號中提取,S注入法具有較高的可靠性,其選線正確性高于5次諧波法。

        四、核電廠中壓系統(tǒng)

        核電通過GEV系統(tǒng)將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能通過主變壓器輸送給電網(wǎng),以及通過高壓廠用變壓器向LGA、LGB、LGC、LGD、LGE、LGF、LGIA/B供電。高壓廠用變壓器包括兩臺降壓變壓器,它們T接在24kV封閉母線上,為廠用設(shè)備供6.6kV電源,降壓變壓器A為LGA、LGB、LGC、LGD、LGIA/B提供6.6kV電源,降壓變壓器B為LGE、LGF提供6.6kV電源。降壓變壓器初級線圈繞組為三角形連接,次級線圈繞組為星型連接,原設(shè)計(jì)6.6kV為不接地系統(tǒng),中性點(diǎn)未引出。

        在機(jī)組正常運(yùn)行條件下,廠用電設(shè)備配電系統(tǒng)由24kV母線經(jīng)過高壓廠用變壓器供電。24kV母線在機(jī)組運(yùn)行時(shí)由發(fā)電機(jī)供電,當(dāng)發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)則由500kV超高壓電網(wǎng)經(jīng)過開關(guān)站及主變壓器向廠內(nèi)系統(tǒng)供電。如果24kV母線失電或高壓廠變故障,則由220kV電網(wǎng)經(jīng)過輔助變壓器向常備、應(yīng)急和共用設(shè)備供電。如果24kV母線失電或高壓廠變故障,則由220Kv電網(wǎng)經(jīng)過輔助變壓器向常備、應(yīng)急和共用設(shè)備供電。如果主電網(wǎng)和輔助電網(wǎng)均失電時(shí),則由柴油發(fā)電機(jī)向應(yīng)急設(shè)備供電。

        在該核電,負(fù)荷切換還有兩種情況:(1)由于某種故障,500kV斷路器跳閘,轉(zhuǎn)為發(fā)電機(jī)帶廠用電運(yùn)行;(2)廠用常備負(fù)荷、應(yīng)急和公用廠用設(shè)備切換到220kV輔助電源供電。

        五、限制單相接地電容電流方案

        根據(jù)電纜集團(tuán)提供的6.6kV電纜電容參數(shù)重新計(jì)算電容電流,LGIB的電容電流為27.25A,不計(jì)及LGIB母線的電容電流為17.36A,根據(jù)計(jì)算結(jié)果,電容電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)值,6.6kV系統(tǒng)無法帶接地點(diǎn)運(yùn)行,在不改變廠用電接地線的情況下,無法有效限制電容電流。

        因此,在電廠正常運(yùn)行時(shí),6.6kV系統(tǒng)維持中性點(diǎn)不接地的方式;發(fā)生單相故障時(shí)報(bào)警,并將消弧線圈投入,高壓廠變和輔助變低壓中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地,中性點(diǎn)的位移電壓產(chǎn)生感性電流流過接地點(diǎn),補(bǔ)償電容電流,將接地點(diǎn)的綜合電流限制在10A以下,達(dá)到自動熄弧、選線、繼續(xù)供電的目的。之后,切除該消弧線圈。這樣既滿足RCC-E相關(guān)要求,又能消弧并選線。

        為了提高接地保護(hù)靈敏度和選擇性,在消弧線圈的二次側(cè)裝設(shè)并聯(lián)電阻,當(dāng)機(jī)組的負(fù)荷變化時(shí),需要改變消弧線圈的分接頭以適應(yīng)廠用電系統(tǒng)電容電流的變化,但消弧線圈變比改變后又改變了接地點(diǎn)的電流值。為了保持接地故障電流不變,必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)二次側(cè)的電阻,所以二次電阻應(yīng)有與消弧線圈分接頭相匹配的調(diào)節(jié)分接頭。

        消弧線圈采用以過補(bǔ)償為基礎(chǔ)的運(yùn)行時(shí),既按照補(bǔ)償系統(tǒng)最大電容電流為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算,消弧線圈的容量為60kVA左右。

        在變壓器中性點(diǎn)接入消弧線圈后,因串聯(lián)諧振的關(guān)系,中性點(diǎn)位移電壓將遠(yuǎn)大于原設(shè)計(jì)的中性點(diǎn)殘余電壓,在中性點(diǎn)還必須裝設(shè)電壓互感器測量變壓器中性點(diǎn)位移電壓。

        在調(diào)試過程,發(fā)現(xiàn)投運(yùn)的消弧線圈設(shè)備計(jì)算不準(zhǔn),檢查發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)過于平衡,計(jì)算過程中,中性點(diǎn)電壓最大不超過6V,中性點(diǎn)電流基本為0,計(jì)算過程未超過1mA,導(dǎo)致設(shè)備無法計(jì)算。我們只能通過人為方式加大系統(tǒng)的不平衡,計(jì)算電容電流,以便裝置實(shí)現(xiàn)正常補(bǔ)償。我們也是采用注入信號的方式解決了此問題。

        六、結(jié)論

        我們通過把兩種中性點(diǎn)接地方式的優(yōu)劣進(jìn)行分析,取長補(bǔ)短,根據(jù)不同的工況采用不同的接地方式,并采納了自動選線裝置,較好地解決了電廠所遇到的難題。

        作者簡介

        胡周陽,男,目前在中國核電工程有限公司調(diào)試部從事電氣調(diào)試,工程師職稱。

        (作者單位:中國核電工程有限公司)

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