劉爭(zhēng)光，馬永立，洪琪旭，吳建超

（1.中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江嘉興 314300；2.成都海光核電技術(shù)服務(wù)有限公司秦山項(xiàng)目部，浙江嘉興 314300）

0 引言

近幾年來(lái)核電基地出現(xiàn)過(guò)多起由于下游負(fù)荷故障導(dǎo)致的越級(jí)跳閘事件。主要故障原因有：①配電箱上游空氣開(kāi)關(guān)裝了漏電保護(hù)器，配電箱的開(kāi)關(guān)未加裝漏電保護(hù)器；②上下級(jí)兩個(gè)斷路器的保護(hù)定值設(shè)置不合理，未能形成合適的級(jí)差配合；③下游斷路器缺乏某些保護(hù)模式，例如接地保護(hù)，當(dāng)下游斷路器負(fù)荷發(fā)生單相接地時(shí)，上游的斷路器接地保護(hù)動(dòng)作。越級(jí)跳閘事故嚴(yán)重的話(huà)會(huì)造成整個(gè)配電柜的母線(xiàn)失電，導(dǎo)致配電柜下游重要負(fù)荷失電，最?lèi)毫拥慕Y(jié)果是造成停堆停機(jī)，極大影響核電廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。

為了減少發(fā)生越級(jí)跳閘事件，本文以某核電380 V 安全段為分析對(duì)象，結(jié)合國(guó)際主流的繼電保護(hù)配合仿真軟件ETAP 來(lái)完成繼電保護(hù)整定的優(yōu)化。

1 380 V 安全I(xiàn) 段現(xiàn)狀分析

時(shí)間定值問(wèn)題和TCC（時(shí)間電流特性）曲線(xiàn)配合問(wèn)題：

進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 的短路短延時(shí)時(shí)間定值t2與下游負(fù)荷的供電開(kāi)關(guān)的短路短延時(shí)時(shí)間定值t2沒(méi)有形成階梯差。

其他定值的設(shè)置是否合適，以及進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 的定值與負(fù)荷開(kāi)關(guān)的定值的配合是否合適，需進(jìn)一步分析。以三相短路電流較大或功率較大的負(fù)荷：設(shè)備冷卻水泵S06-02A、220 V 1#硅整流器、1#冷凍機(jī)組EB605 為例進(jìn)行分析。

設(shè)備冷卻水泵S06-02A 的電源開(kāi)關(guān)的定值與進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411的定值配合情況：

通過(guò)EAT 軟件可以畫(huà)出進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 與設(shè)備冷卻水泵S06-02A 的電源開(kāi)關(guān)的Star TCC 曲線(xiàn)。其中斷路器的LSI（過(guò)載保護(hù)、短路短延時(shí)保護(hù)、瞬時(shí)短路保護(hù)）TCC 曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。

由圖1 可知，進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 與設(shè)備冷卻水泵S06-02A 的電源開(kāi)關(guān)的定值配合存在如下問(wèn)題：

圖1 設(shè)備冷卻水泵電源開(kāi)關(guān)與進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 的TCC 曲線(xiàn)

進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 與設(shè)備冷卻水泵S06-02A 的電源開(kāi)關(guān)的TCC 曲線(xiàn)有個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)過(guò)于接近，有重合的可能，即兩個(gè)開(kāi)關(guān)有同時(shí)動(dòng)作的可能。

220 V 1#硅整流器的電源開(kāi)關(guān)的定值與進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 的定值配合情況：

通過(guò) EAT軟件可以畫(huà)出進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 與220 V 1#硅整流器的電源開(kāi)關(guān)的Star TCC 曲線(xiàn)。其中斷路器的LSI 的TCC 曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 與220 V1#硅整流器的電源開(kāi)關(guān)的定值存在如下問(wèn)題：

220 V 1#硅整流器線(xiàn)路末端三相短路時(shí)，流過(guò)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)的電流為9.49 kA。根據(jù)圖2 可知，當(dāng)220 V 1#硅整流器線(xiàn)路末端發(fā)生三相短路時(shí)，進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 與220 V 1#硅整流器的電源開(kāi)關(guān)的瞬時(shí)短路保護(hù)有同時(shí)動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)。即進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 的瞬時(shí)短路整定值不滿(mǎn)足其整定原則。

圖2 220 V 1#硅整流器電源開(kāi)關(guān)與進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 的TCC 曲線(xiàn)

1#冷凍機(jī)組EB605 的電源開(kāi)關(guān)的定值與進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411的定值配合情況：

通過(guò)EAT軟件可以畫(huà)出進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411與1#冷凍機(jī)組EB605 的電源開(kāi)關(guān)的 Star TCC 曲線(xiàn)。其中斷路器的LSI 的TCC 曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。

圖3 1#冷凍機(jī)組EB605 電源開(kāi)關(guān)與進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 的TCC 曲線(xiàn)

圖3 可知，進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 與1#冷凍機(jī)組EB605 的電源開(kāi)關(guān)的定值存在如下問(wèn)題：

進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 與1#冷凍機(jī)組EB605 的電源開(kāi)關(guān)的TCC 曲線(xiàn)有部分曲線(xiàn)過(guò)于接近，有重合的可能，即兩個(gè)開(kāi)關(guān)有同時(shí)動(dòng)作的可能。

2 380 V 安全I(xiàn) 段保護(hù)整定

380 V 安全I(xiàn) 段下游負(fù)荷主要分為55 kW 及以下的電動(dòng)機(jī)、75 kW 及其以上的電動(dòng)機(jī)、照明箱、動(dòng)力箱（包含開(kāi)關(guān)柜組）、220 V 1#硅整流器等，以進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)為例進(jìn)行定值整定計(jì)算。

進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 采用E3N 系列的框架斷路器，其電子脫扣器是PR121/P（LSIG）型。脫扣器的額定電流In=2500 A。

2.1 長(zhǎng)延時(shí)過(guò)負(fù)荷保護(hù)（L Protection）整定計(jì)算

（1）一次動(dòng)作電流整定值Ir.set按躲過(guò)廠(chǎng)用變壓器低壓側(cè)額定電流計(jì)算，1#堆用變的低壓側(cè)的額定電流為IT.N=1443 A，則：

式中，動(dòng)作電流可靠系數(shù)為Krel.i=1.2；整定倍數(shù)為Kr=Ir.set/In=0.7。

（2）動(dòng)作時(shí)間整定值tr.set。按廠(chǎng)用變壓器低壓母線(xiàn)短路時(shí)與出現(xiàn)短延時(shí)保護(hù)最長(zhǎng)動(dòng)作時(shí)間top.max=0.4 s 配合計(jì)算，3Ir.set動(dòng)作時(shí)間整定值tr.set為：

2.2 短延時(shí)短路保護(hù)（S Protection）整定計(jì)算

（1）按與出線(xiàn)短延時(shí)保護(hù)最大動(dòng)作電流Iop.max配合計(jì)算，即同1#冷凍機(jī)組EB605 電源短延時(shí)保護(hù)動(dòng)作電流Iop.max=4200 A 配合計(jì)算，則：

式中，整定倍數(shù)為ksd.set=Isd.set/In=2.5。

（3）按反時(shí)限動(dòng)作特性I2t-on，按與下一級(jí)保護(hù)最大動(dòng)作時(shí)間top.max=0.4 s 配合計(jì)算，則：

2.3 瞬時(shí)短路保護(hù)（I Protection）整定計(jì)算

進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 與各饋出線(xiàn)的保護(hù)電器都裝在低壓配電屏內(nèi)，距離不過(guò)幾米，在此范圍內(nèi)發(fā)生短路和接地故障的概率很小，不設(shè)置瞬時(shí)過(guò)電流保護(hù)，以避免饋出線(xiàn)故障時(shí)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411無(wú)選擇性動(dòng)作。應(yīng)置最大并退出。

3 結(jié)合ETAP 的Star TCC 曲線(xiàn)驗(yàn)證

通過(guò)重新對(duì)相關(guān)定值的計(jì)算再結(jié)合ETAP 的Star TCC 曲線(xiàn)進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。為了和圖1、圖2、圖3 形成對(duì)比，仍以三相短路電流較大或功率較大的負(fù)荷：設(shè)備冷卻水泵S06-02A、220 V1#硅整流器、1#冷凍機(jī)組EB605 為例進(jìn)行分析。

設(shè)備冷卻水泵S06-02A 的電源開(kāi)關(guān)的定值與進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411的定值配合情況：通過(guò)EAT 軟件可以畫(huà)出進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 與設(shè)備冷卻水泵S06-02A 的電源開(kāi)關(guān)的Star TCC 曲線(xiàn)。其中斷路器的LSI 的TCC 曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。

由圖4 可知，斷路器新的整定值滿(mǎn)足上下級(jí)的選擇性配合。

圖4 設(shè)備冷卻水泵電源開(kāi)關(guān)與進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 的TCC 曲線(xiàn)

220 V1#硅整流器的電源開(kāi)關(guān)的定值與進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411的定值配合情況：通過(guò)EAT 軟件可以畫(huà)出進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 與220 V1#硅整流器的電源開(kāi)關(guān)的Star TCC 曲線(xiàn)。其中斷路器的LSI 的TCC曲線(xiàn)見(jiàn)圖5。

由圖5 可知，斷路器的新的整定值滿(mǎn)足上下級(jí)的選擇性配合。

圖5 220 V1#硅整流器的電源開(kāi)關(guān)與進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 的TCC 曲線(xiàn)

1#冷凍機(jī)組EB605 的電源開(kāi)關(guān)的定值與進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 的定值配合情況：通過(guò)EAT 軟件可以畫(huà)出進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 與1#冷凍機(jī)組EB605 電源開(kāi)關(guān)的Star TCC 曲線(xiàn)。其中斷路器的LSI 的TCC 曲線(xiàn)見(jiàn)圖6。

由圖6 可知，斷路器新的整定值滿(mǎn)足上下級(jí)的選擇性配合。

圖6 1#冷凍機(jī)組EB605 電源開(kāi)關(guān)與進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 的TCC 曲線(xiàn)

通過(guò)ETAP 也驗(yàn)證了其他負(fù)荷的電源開(kāi)關(guān)保護(hù)定值與進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 的保護(hù)定值同樣具有良好的選擇性。

4 結(jié)論

首先通過(guò)國(guó)際主流的繼電保護(hù)配合仿真軟件ETAP 中的Star TCC 曲線(xiàn)功能分析了某核電380 V 安全I(xiàn) 段的保護(hù)定值存在如下問(wèn)題：①整定時(shí)間設(shè)置不合理，沒(méi)有形成階梯差；②進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 與某些負(fù)荷的電源開(kāi)關(guān)的TCC曲線(xiàn)過(guò)于接近，存在曲線(xiàn)交叉的可能性，也即存在越級(jí)跳閘的風(fēng)險(xiǎn)；③進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 與某些負(fù)荷的電源開(kāi)關(guān)的瞬時(shí)保護(hù)定值配合不當(dāng)，存在三相短路時(shí)，進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 與負(fù)荷的電源開(kāi)關(guān)同時(shí)動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)。

同一被保護(hù)設(shè)備，同一保護(hù)方式，保護(hù)類(lèi)型相同，動(dòng)作特性相同，如果保護(hù)型號(hào)不同，雖整定值計(jì)算原則相同，但由于保護(hù)動(dòng)作方程不同，其整定計(jì)算方法不同，從而計(jì)算整定值結(jié)果就不同。結(jié)合ABB Emax 系列框架斷路器和Isomax S 系列的塑殼斷路器的保護(hù)動(dòng)作方程，對(duì)380 V 安全I(xiàn)段的進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)和下游負(fù)荷的電源開(kāi)關(guān)的整定值進(jìn)行了重新計(jì)算，并利用ETAP 中 的Star TCC 曲線(xiàn)功能進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明：在新的整定值下，各負(fù)荷的電源開(kāi)關(guān)與進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)411 有良好的級(jí)差配合。