陳計超

三門核電有限公司 浙江臺州 317112

1 案例簡介

某日某核電機組處于85%電功率運行。約凌晨06點，主控室出現(xiàn)2環(huán)路熱段流量低報、ECS-EV-61-STRG1（VFD2B Control Status Feedback）、故 障 錄 波 器 啟 動、IDSB/D-DU/DT-1/2-TRBL、EDS2/4-DT/DT-1-TRBL等報警，IDS、EDS相關(guān)報警隨后復歸。2環(huán)路熱段流量降至91.889%（任一熱段流量4取2低于90%會觸發(fā)反應(yīng)堆停堆），主泵2B轉(zhuǎn)速降至84.113%（4取2主泵轉(zhuǎn)速低于91%會觸發(fā)反應(yīng)堆停堆），主泵2B電流從754A瞬降至0A后逐步回升，歷經(jīng)21秒恢復至之前水平，主泵2B變頻器控制器由正?？刂破鰽切換至冗余控制器B運行。主泵2B變頻器就地設(shè)備HMI畫面存在Alarm黃燈報警、Redun Loss紅燈報警、B1Bypassed。機組經(jīng)歷瞬態(tài)后無人為干預，狀態(tài)穩(wěn)定，維持85%電功率運行。

2 背景介紹

該核電機組為壓水堆類型，一回路反應(yīng)堆冷卻劑配置4臺主泵，主泵額定輸入線電壓6.9kV，額定頻率60Hz，接入10kV，50Hz廠用電中壓母線[1]。由于兩者電壓和頻率不匹配，在主泵啟動、調(diào)速和全速連續(xù)運行時需要使用變頻器。

主泵變頻器為非核安全級設(shè)備，由變壓器柜、運行控制盤柜、功率單元模塊（IGBT）盤柜和冷卻系統(tǒng)等構(gòu)成，變頻器控制器是控制柜的核心控制部分。主泵變頻器控制器冗余配置，每臺主泵變頻器有A、B兩套控制器，控制器A為主控制器，控制器B為備用控制器。三相每相各6個功率單元根據(jù)控制指令輸出電壓和頻率，驅(qū)動主泵電機。通過先進的“中性點漂逸技術(shù)”實現(xiàn)N-2冗余，即使兩個功率單元旁路，變頻器亦能維持正常輸出。

3 案例分析

事件直接原因是電廠配套設(shè)施10kV負荷開關(guān)因預維不當在分斷工作電流過程中滅弧裝置失效，發(fā)生三相弧光短路，引起上游10kV母線電壓降低，該10kV母線（ES-6段）所帶載主泵的變頻器輸入電壓短時超限，觸發(fā)主泵變頻器控制器切換和功率單元旁路，產(chǎn)生主泵運行瞬態(tài)。

負荷開關(guān)的三相弧光短路產(chǎn)生接地電流，ES-6段工作進線斷路器電流從約860A突變至約11000A，線電壓從10.3kV突變至約7.1kV（降至初始水平的69%，相電壓從5.9kV突變至4.1kV），持續(xù)時間278毫秒。ES-609間隔斷路器保護裝置記錄（如圖1所示）饋線電流，電流突變至10000A以上，可以判斷故障電流來自ES-609間隔下游。ES-H08間隔斷路器綜保裝置動作情況與之相符。

IDS/EDS報警原因是ES-6段母線電壓降低，由于ES-2段與ES-6段工作電源同時取自廠變B的X繞組，ES-2段母線電壓也連帶降低，引起IDS/EDS調(diào)壓變輸出電壓降低，逆變器檢測出調(diào)壓變輸出電壓降低的情形，逆變器主回路和旁路不同步，觸發(fā)報警。

變頻器輸入電壓下降至70%，變頻器能連續(xù)運行。本事件中主泵變頻器輸入電壓降低至66.3%額定電壓，導致輸出電流控制不穩(wěn)定，輸出轉(zhuǎn)矩不能維持主泵轉(zhuǎn)速，變頻器進入失壓穿越模式，關(guān)斷有功輸出，輸入功率和輸出功率均緩慢下降，二者偏差呈增大趨勢，按照過損耗保護計算原理，觸發(fā)過損耗保護動作，從工作控制器切換至備用控制器。

功率單元B1旁路原因為直流母線過電壓“B1DC Bus Over Volt”，而導致直流母線過電壓有兩種可能。主泵變頻器輸入電壓降低至66.3%額定電壓，導致輸出電流控制不穩(wěn)定，輸出轉(zhuǎn)矩不能維持主泵轉(zhuǎn)速，變頻器進入失壓穿越模式，為維持直流母線電壓保證電機磁通具備電壓恢復后重啟條件，自動調(diào)節(jié)增大直流母線電壓，此過程中可能導致功率單元直流母線過電壓?；蛘撸冾l器停止輸出后，主泵電機反送有功功率至主泵變頻器功率單元，最大發(fā)送有功功率72.2kW，充電直流母線電容，可能導致直流母線過電壓。

4 繼電保護動作分析

該事件中，ES-H08間隔斷路器過流一段保護正確動作，但是保護延時定值為0.2秒，加上斷路器的固有分閘時間，使得故障在近280毫秒后切除，使ES-6段母線電壓從10.3kV最低降至約7.1kV，進而對主泵變頻器的運行產(chǎn)生影響。

ES-H08間隔下有多級負荷，為實現(xiàn)繼電保護選擇性，按照逐級配合原則整定，速斷定值整定為0.2秒。多級負荷的整定配合使得該故障情況下保護動作時間較長，導致機組廠用電母線電壓異常，超出主泵變頻器設(shè)計基準。

ES-609間隔斷路器速斷保護延時0.6秒；ES-H08間隔斷路器速斷保護延時0.2秒，ES-H段進線斷路器速斷保護延時0.5秒，而同類中壓饋線斷路器速斷保護延時典型為0.02秒或0.1秒[2]。以上保護配置情況可以保證下游故障保護動作的選擇性，但在保護配合的速動性方面存在不足。

假想ES-609間隔至電廠配套設(shè)施ES-H段工作進線間隔之間的電氣回路發(fā)生非接地短路，ES-609間隔斷路器約680毫秒后方切除故障，對主泵和機組的影響將更顯著。對于電廠配套設(shè)施非重要負荷，建議考慮適當犧牲選擇性，提高保護動作速度以便故障快速切除[3]。

5 結(jié)語

綜上所述，電廠配套設(shè)施接入生產(chǎn)電氣系統(tǒng)時，對繼電保護的配合有所考慮，但對電廠配套設(shè)施潛在故障情況引起廠用中壓母線電壓降低的分析存在不足。設(shè)計方出具的系統(tǒng)計算書分析了各種電氣故障，但后期沒有針對電廠配套設(shè)施接入廠用中壓母線，對計算書進行升版。設(shè)計、運行階段尤其需要關(guān)注潛在故障對關(guān)鍵敏感設(shè)備運行的影響，在繼電保護配置方面要有所側(cè)重，必要時適當?shù)貭奚糠诌x擇性，來保障機組安全運行。