陳曉義，歐小高，向 超，劉 洋

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核電百萬千瓦發(fā)電機整組啟動調(diào)試技術(shù)改進與實施

陳曉義，歐小高，向 超，劉 洋

（中廣核工程有限公司，廣東深圳 518124）

某在建核電項目以嶺澳二期為依托，同樣采用百萬千瓦汽輪發(fā)電機組技術(shù)，但其設(shè)備選型存在諸多差異，發(fā)電機整組啟動面臨新的困難。調(diào)試人員通過深入分析，解決了勵磁變接入時機、定子接地保護驗證窗口、主變差動校驗方法等問題，并提出了一種新的發(fā)電機整組優(yōu)化方案，在該項目1~4號發(fā)電機組實踐的基礎(chǔ)上，最終形成本文，供我國核電百萬千瓦級發(fā)電機組整組啟動參考。

核電；整組啟動；試驗；發(fā)電機組；改進

0 前言

某核電站一期工程設(shè)計容量為4×1089MW。其發(fā)電機組與參考電站嶺澳二期項目基本一致，均采用TA1100-78型汽輪發(fā)電機組，而與發(fā)電機緊密關(guān)聯(lián)的離相封閉母線系統(tǒng)以及發(fā)變組保護系統(tǒng)選型發(fā)生了改變。對于新建機組的發(fā)電機整組啟動調(diào)試技術(shù)已無法簡單套用參考電站[1]，需對其進行改進和優(yōu)化，在有效規(guī)避風(fēng)險的同時，以期取得更大的社會、經(jīng)濟效益。

1 研究內(nèi)容

基本思路為對比發(fā)電機整組啟動密切相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備的差異項，逐項分析其對發(fā)電機整組啟動的影響、試驗可能存在的風(fēng)險，并結(jié)合工程建設(shè)中的實際情況，在參考電站既有技術(shù)的基礎(chǔ)上，嘗試調(diào)試方法進行改進。一是完善整組啟動中某些薄弱環(huán)節(jié)，二是優(yōu)化主線關(guān)鍵路徑。

1.1 設(shè)備差異性及影響分析

與發(fā)電機整組啟動相關(guān)的系統(tǒng)按一、二次劃分。一次部分主要為發(fā)電機、機組負荷開關(guān)、機組離相封閉母線、主廠變。二次部分主要為勵磁系統(tǒng)、發(fā)變組保護系統(tǒng)、同期并網(wǎng)系統(tǒng)。其與參考電站的對比見表1。從中可以看出需重點分析比對的是機組離相封閉母線及發(fā)變組保護系統(tǒng)。

表1 設(shè)備選型對比表

1.1.1 機組離相封閉母線差異項的影響

該項目在發(fā)電機與主變之間，采用離相封閉母線連接[2]，其中勵磁機變T接在發(fā)電機與機組負荷開關(guān)之間的封閉母線上，位置如圖1所示。

其連接方式與嶺澳二期略有不同。其與封母連接部位在封閉母線側(cè)沒有盆式絕緣子，造成封閉母線的氣密邊界擴展至勵磁變頂部，包括橡膠套邊沿。而發(fā)電機整組啟動調(diào)試期間，發(fā)電機短路、空載試驗，均使用臨時起勵電源。此時的勵磁變處于隔離狀態(tài)，隔離點為勵磁變與封閉母線軟連接安裝位置。當(dāng)勵磁變正式接入時，需要對連接部位的橡膠套重新進行氣密檢查。即使按密封一次合格，從注膠到密封膠固化，也至少需要24h的主線工期，而這將成為聯(lián)調(diào)試驗中的關(guān)鍵路徑。

圖1 離相封閉母線平面布置圖

1.1.2 發(fā)變組保護系統(tǒng)差異項的影響

該項目發(fā)變組保護裝置采用南瑞RCS-985系列，其發(fā)電機、變壓器保護類型與參考電站一致，主要的區(qū)別在于以下兩項：

（1）100%定子接地保護的原理改變（見表2）

南瑞注入式的100%定子接地保護，需要在發(fā)電機真實建壓的情況下，實際校驗動作參數(shù)[3]，即在發(fā)電機中性點側(cè)實際連接接地電阻，以0.5～5kΩ的范圍，檢驗裝置讀數(shù)與實際接地阻值的匹配度，這相當(dāng)于在發(fā)電機整組啟動聯(lián)調(diào)試驗中新增一個項目。

表2 100%定子接地保護對比表

（2）主變差動驗證所需的負載電流改變

因采用較大變比的電流互感器（4000/1A、33000/5A），且發(fā)變組RCS-985保護顯示精度不高，最小采樣單位為0.01A，換算到一次側(cè)電流為40A，當(dāng)機組負荷較小時，不能正確顯示差動保護各側(cè)CT電流極性向量差值[4]。而首次并網(wǎng)期間，受限于核島功率不超過15%額定功率，發(fā)電機出力只能滿足廠用負荷需要，主變高壓側(cè)電流趨近于零，無法對主變差動高壓側(cè)分支臂與發(fā)電機分支臂的差流極性進行判別。當(dāng)主變高壓側(cè)電流達到保護裝置電流判別的門檻時，機組功率需要達到30%額定功率或更高平臺。而這意味著在機組首次并網(wǎng)至30%額定功率平臺之間，主變差動保護無法投入，只能由主變高壓側(cè)開關(guān)的臨時充電保護替代。這極大地增加了主變高壓側(cè)故障無法及時切除的風(fēng)險。

1.2 調(diào)試方法改進

1.2.1 機組離相封閉母線差異項應(yīng)對

機組封閉母線通過軟連接與勵磁變對接，再通過套管引至勵磁變內(nèi)部，然后由一根L型導(dǎo)線與勵磁變高壓抽頭連接（如圖2所示）。此L型導(dǎo)線兩端凈空距離近50cm，而機組封閉母線線電壓24kV，相電壓13.8kV，將L型導(dǎo)線拆除，其斷口間距足夠滿足隔離24kV母線電壓的要求。這樣勵磁變與封閉母線間的軟連接可以在整組啟動前正常安裝。然后封閉橡膠套，避免因連接正式勵磁電源而破壞機組離相封閉母線氣密邊界，延誤發(fā)電機整組啟動試驗的工期。

圖2 勵磁變結(jié)構(gòu)圖

1.2.2 發(fā)變組保護差異項應(yīng)對

（1）100%定子接地保護驗證

該驗證屬于新增試驗。試驗路徑圖如圖3所示，需要為其安排合適的試驗窗口?？紤]其驗證期間需要發(fā)電機真實建壓40%U，且需要發(fā)電機出線側(cè)主接線結(jié)構(gòu)正常[5]，所以可以安排在發(fā)電機空載試驗完成、具備升壓條件，且勵磁變接入達到機組正常運行狀態(tài)的窗口下進行。具體可以選擇的窗口為發(fā)電機空載試驗完成后的勵磁調(diào)節(jié)器動態(tài)參數(shù)驗證期間，也可以選擇在首次并網(wǎng)，電源切換試驗跳機、跳堆后重新沖轉(zhuǎn)、起機的窗口。兩者的區(qū)別在于對首次并網(wǎng)時間點的影響，前者比后者多出4個小時左右。

圖3 100%定子接地保護試驗路徑圖

（2）主變差動帶負荷校驗的應(yīng)對

主變差動保護帶負荷校驗門檻提高帶來的問題，主要體現(xiàn)在主變失去電量主保護的風(fēng)險上。按慣例，主變差動保護未經(jīng)負荷電流驗證，不具備投入條件，所以當(dāng)發(fā)電機并網(wǎng)時，主變差動要提前退出，而以主變高壓側(cè)開關(guān)的充電保護替代。但此狀態(tài)下一旦機組因某種原因進入孤島運行模式，主變高壓側(cè)500kV開關(guān)斷開，則充電保護失效，主變即失去電量主保護；另外，若主變高壓側(cè)出現(xiàn)故障，充電保護動作跳開主變高壓側(cè)500kV開關(guān)，只能切除外網(wǎng)能量的注入，發(fā)電機作為另外一個能量源，仍將為故障點提供能量，直至其它的保護動作跳開發(fā)電機，而這不被允許，因此可采取如下應(yīng)對方法（如圖4所示）。

圖4 核電廠發(fā)電機-變壓器組主接線及主變差動CT示意圖

①在投入充電保護的同時，在發(fā)電機中性點側(cè)，再設(shè)置一項臨時的純過流保護，延時為0，作為總后備，遵循發(fā)電機過流保護整定原則[6]：

②改進主變差動的校驗方法。傳統(tǒng)的校驗方法為發(fā)電機并網(wǎng)后，以主變高壓側(cè)電流為基準(zhǔn)，校驗與發(fā)電機機端CT的電流極性。因主變差動實際有5個分支臂，兩兩之間的相位關(guān)系一定，所以可以采取間接分段校驗的辦法，檢驗主變高壓側(cè)CT與發(fā)電機機端CT的電流極性。實現(xiàn)發(fā)電機首次并網(wǎng)時，即可驗證主變差動極性，使之具備投入條件，規(guī)避主變電量主保護缺失的風(fēng)險。具體辦法為：

(a)主變經(jīng)高廠變帶廠用電運行，廠用負荷較大時（裝料后），分別進行500kV邊開關(guān)CT與高廠變A/B高壓側(cè)CT的極性檢查；

(b)發(fā)電機機組首次并網(wǎng)后，進行發(fā)電機機端側(cè)CT與高廠變CT極性檢查（機組帶初始負荷），同時以高廠變高壓側(cè)為基準(zhǔn)向量，進行發(fā)電機機端CT與500kV邊開關(guān)CT極性校核；

(c)500kV開關(guān)合環(huán)運行，通過合環(huán)電流進行500kV邊開關(guān)與中開關(guān)CT電流極性檢查。

1.2.3 整組啟動調(diào)試關(guān)鍵路徑優(yōu)化

嶺澳二期發(fā)電機整組啟動，從發(fā)電機短路試驗開始，至機組首次并網(wǎng)，其中經(jīng)歷6次啟停機，調(diào)試總工期115h。本項目整組啟動調(diào)試關(guān)鍵路徑優(yōu)化，首先著眼于啟停機次數(shù)的優(yōu)化，尋找可以減少啟停次數(shù)的辦法，其次考慮提升試驗效率的辦法，尤其是可以減少試驗間狀態(tài)轉(zhuǎn)換的辦法。

（1）95%定子接地保護實施方法優(yōu)化

發(fā)電機定子95%接地保護試驗時系統(tǒng)接線如圖5所示。試驗結(jié)束后需拆除裝設(shè)在發(fā)電機出線側(cè)A相封閉母線上的臨時接地線，涉及在發(fā)電機一次回路上進行操作[7]。嶺澳二期項目是將發(fā)電機轉(zhuǎn)檢修，即發(fā)電機側(cè)接地刀閘閉合狀態(tài)下進行相關(guān)拆除工作。期間從汽機打閘到重新沖轉(zhuǎn)具備發(fā)電機空載試驗條件，需要11h。根據(jù)嶺澳兩臺機組滅磁狀態(tài)下定子殘壓均在180V以內(nèi)的結(jié)果，試驗組對本項目95%定子接地保護試驗接線的拆除方法提出了改進設(shè)想，即通過使用10kV的絕緣接地線棒及10kV絕緣手套等安全保障工具，在不停機狀態(tài)下，直接拆除臨時接地線，以節(jié)省一次汽機起、停機操作。

（2）旋轉(zhuǎn)二極管不倒通(DNC)試驗窗口優(yōu)化

旋轉(zhuǎn)整流勵磁方式在大型發(fā)電機組中已獲得可靠應(yīng)用[8]。本項目沿用了參考電站的TKJ型勵磁機，并配置有旋轉(zhuǎn)二極管監(jiān)測系統(tǒng)。其斷相檢測功能試驗需要模擬旋轉(zhuǎn)二級管斷兩相及斷一相工況，實際拆裝3次旋轉(zhuǎn)二級管導(dǎo)電連片，經(jīng)歷3次啟停機[9]。嶺澳二期將DNC斷相試驗安排在發(fā)電機空載試驗完成勵磁變正式接入之后、AVR動態(tài)參數(shù)試驗之前，如圖6所示，這樣3次啟停機均處于關(guān)鍵路徑之上。

圖5 發(fā)電機95%定子接保護驗證時接線圖

圖6 DNC斷相試驗安排在首次并網(wǎng)前

而首次并網(wǎng)后，電源切換試驗時，也會導(dǎo)致機組停機、停堆一次。若將DNC斷相試驗安排在電源切換試驗之后，重新起機之前，則可以減少1次啟停機操作，如圖7所示。

圖7 DNC斷相試驗安排在電源切換試驗后

2 實施效果

2.1 發(fā)電機整組啟動調(diào)試關(guān)鍵路徑大幅優(yōu)化

（1）通過優(yōu)化95%定子接地試驗臨時接地線拆除辦法，試驗組在發(fā)電機空載試驗期間，成功地實施了汽機不打閘狀態(tài)發(fā)電機出線側(cè)95%定子接地驗證試驗臨時接地線拆除，減少了一次汽機起、停機操作，節(jié)省主線工期11h；

（2）通過調(diào)整勵磁變隔離點，將隔離點從勵磁變與封閉母線軟連接處下移至勵磁變柜體內(nèi)穿墻套管與勵磁變本體高壓接線柱間的導(dǎo)線處?？蛰d試驗期間，此隔離點承受住了額定相電壓的考驗，未出現(xiàn)放電、擊穿現(xiàn)象，更為重要的是避免了連接正式勵磁電源時，破壞封閉母線氣密邊界，減少一次氣密再驗證工作，節(jié)省主線工期13h；

（3）將DNC斷相試驗窗口調(diào)整至首次并網(wǎng)時電源切換試驗跳機、跳堆后重新起機的窗口，減少了一次汽機啟、停機操作，節(jié)省主線工期11h。同時大大縮短了從短路試驗至首次并網(wǎng)的工期。

本項目發(fā)電機整組啟動調(diào)試工期縮短為3個工作日，即72h，比參考電站節(jié)省43h，最終形成的發(fā)電機整組啟動調(diào)試關(guān)鍵路徑如下：

圖8 DNC斷相試驗調(diào)整至首次并網(wǎng)后

2.2 主變差動保護校驗在首次并網(wǎng)后順利完成

通過對主變差動保護帶負荷校驗方法改進，本項目發(fā)電機組首次并網(wǎng)后，在發(fā)電機帶初始功率47MW條件下，順利完成發(fā)電機機端側(cè)CT與高廠變CT極性檢查，極性正確，具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 主變差動保護采樣數(shù)據(jù)

而主變高壓側(cè)CT與高廠變CT極性檢查，在機組整組啟動前已完成，極性正確，所以發(fā)電機機端側(cè)CT與主變高壓側(cè)CT極性必然正確。主變差動保護具備投入條件，整組啟動期間主變電量主保護缺失問題得以有效解決。

3 結(jié)束語

本核電項目百萬千瓦發(fā)電機整組啟動，通過對2項設(shè)備差異項的深入分析，對2項整組啟動聯(lián)調(diào)技術(shù)的改進，優(yōu)化機組首次并網(wǎng)聯(lián)調(diào)主線工期43h以上，總結(jié)出了截止目前核電發(fā)電機整組啟動調(diào)試最優(yōu)路徑，并排查出機組首次并網(wǎng)期間主變電量主保護單純依靠充電保護的隱患，解決了首次并網(wǎng)期間主變差動保護驗證的難題。其實際效果已在該項目4臺機組的調(diào)試過程中得到體現(xiàn)，供國內(nèi)同類型機組參考。

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Start-up Commissioning Technology Improvement and Implementation for 1000MW Generator in Nuclear Power Project

CHEN Xiaoyi, OU Xiaogao, XIANG Chao, LIU Yang

(China Nuclear Power Engineering Co., Ltd., Shenzhen 518124, China)

A nuclear power project taking Ling'ao phase II as reference, applied the same 1000MW generator technology, but chose some different equipment. Through in-depth technical analysis, test personnel solved many problems such as when the excitation transformer joined in, how to do the stator earth fault and main-transformer differential protection tests, and proposed a new start-up commissioning method, this paper was written on the basis of the practice of units 1~4, which is a reference for the whole set of the 1000MW half speed generator.

nuclear power; start-up commissioning; test; generating unit; improvement

TM623.3

B

1000-3983(2017)05-0076-05

2016-10-25

陳曉義（1982-），2005年畢業(yè)于華中科技大學(xué)電氣自動化專業(yè)，中廣核工程有限公司調(diào)試中心，發(fā)變電系統(tǒng)啟動調(diào)試，高級工程師。