核電廠常規島廠用電電源慢速切換邏輯設計

管新娟

(華東電力設計院,上海 200063)

核電廠常規島 6 kV廠用電由廠用工作電源及輔助優先電源供電,其廠用電系統的安全可靠性對整個機組乃至整個核電廠的安全、可靠運行有著相當重要的影響,而廠用電切換則是整個廠用電系統的一個重要環節.

對于核電廠常規島 6 kV廠用電的切換,由于其備用變壓器容量較小,只能斷開大部分電動機負荷后才可投入備用電源,因此只能進行慢速切換.此外,廠用電切換的基本要求是安全性和可靠性,其安全性體現為切換過程中不能造成設備損壞,而可靠性則體現為提高切換成功率,減少輔助變過流或重要輔機跳閘造成核島停堆的事故.

本設計根據秦山核電廠二期擴建工程廠用電接線的實際,提出慢速切換的邏輯設計及技術要求,并給出初步整定值.

1 工程概況和運行條件

1.1 工程概況

秦山核電廠二期工程需擴建 2臺 660MW汽輪發電機組,2臺機組均采用半斷路器方式接入500 kV電壓系統.發電機出口與斷路器相連,其與主變壓器之間則用離相封閉母線連接.每臺機組設 2臺高壓廠用分裂變變壓器,分裂變的低壓兩側各接一段 6 kV廠用母線.2臺機組共設 2臺高壓輔助變壓器,并通過高壓開關接于 220 kV母線上.此外,2臺輔助變壓器均為雙卷變壓器,其低壓側接在 6 kV公用母線上.發電機主要技術參數如下:型式為 QFSN-660-2;額定容量為 733.3 MW.主變壓器主要技術參數如下:雙線圈銅繞組無勵磁調壓油浸式變壓器,型式為單相,額定容量為 260MW(繞組溫升 55 K時).高壓廠用工作分裂變壓器容量為 50/25-25 MW.輔助雙卷變壓器容量為 31.5 MW.

1.2 遵循的主要現行標準

核電廠常規島廠用電電源遵循的主要現行標準見表 1.

表1 主要的現行標準

1.3 基本技術條件

裝置類型:微機廠用電慢速切換裝置,型號為MFC2000-2S.

工作環境條件:環境溫度為 -10～+50℃;相對濕度為 5% ～95%;大氣壓力為 86～106 kPa.

裝置直流電源:額定電壓為 DC 48 V;允許偏差為 -10%～+10%;紋波系數為不大于 5%.

額定交流輸入:交流電流為 5 A;交流電壓為100 V或 57.7 V;頻率為 50 Hz.

輸出接點信號容量:跳合閘出口為 DC48 V,5 A(接通);信號為 DC 48 V,50W(斷開);

測量精度:電壓電流為不大于 ±2%;頻率為不大于 ±0.1Hz;相角為不大于 0.5°;延時為不大于2 ms.

功率消耗:當交流電流回路為 5 A時,每相不大于 1W;當交流電壓回路為 100 V時,每相不大于 1W;直流電源回路正常工作時,不大于 30W,切換時,不大于 50W.

過載能力:交流電流回路為 2倍額定電流時,可連續工作;為 10倍額定電流,允許過載 10 s;為40倍額定電流時,允許過載 1 s.交流電壓回路為1.5倍額定電壓時,可連續工作;直流電源回路為80%～115%額定電壓時,可連續工作.

2 裝置特點及主要技術性能

2.1 裝置主要特點

核電廠常規島廠用電電源慢速切換裝置采用人機界面,即裝置本體設有大液晶顯示屏,能實時顯示主接線、開關狀態、母線電壓、分支電流、頻率差、相位差等運行參數,信息較齊全.此外,該系統還采用中文操作菜單,簡單明了、易學易用.操作過程中提示故障異常情況,并可隨時提供切換后的記錄信息.該裝置的主要功能包括切換功能、通信功能和其他功能.

(1)切換功能 兼有正常手動切換,事故切換和不正常情況切換功能;兼有快速切換,同期捕捉、殘壓和長延時切換功能;所有切換模式都采用串聯模式.

(2)通信功能 485口接入 DCS系統或電氣監控系統,實現遠方操作和信息上送;232口接插便攜機,具有專用通信接口軟件,可在便攜機上進行監測,并對記錄數據進行分析、儲存、打印等.

(3)其他功能 保護閉鎖、出口閉鎖;自動投入后加速保護;分支電流錄波;監測后備電源失電、PT斷線、開關位置異常等.

2.2 技術性能要求

秦山核電廠二期擴建工程的廠用電母線切換裝置應具有同期捕捉、慢速切換、快速切換 3種切換方式,以及同時切換、串聯切換 2種切換模式.每種切換方式都應能單獨投退.本工程以慢速串聯切換為主要切換方式.裝置應具有同期檢定和只動作一次的功能.

該裝置能實現正常手動并聯、串聯切換,通過DCS操作員或裝置面板上手動啟動裝置,實現從工作電源到備用電源,或從備用電源到工作電源的雙向切換.對裝置中不需要的功能,如定值和控制字等進行屏蔽,并設有管理密碼,方便以后使用.

該裝置的一次接線示意如圖 1所示.圖 1中,中高壓工作廠變—— 主網供電時為工作開關LGA100JA合位,輔網供電時為備用開關LGA200JA合位.

圖1 廠用電母線切換的一次接線示意

正常的母線切換由手動啟動,在控制臺、DCS系統或裝置面板上均可進行.正常切換是雙向的,可以由工作電源切向備用電源,也可以由備用電源切向工作電源.正常切換邏輯有以下幾種方式.

(1)反向切換邏輯 正常啟機,事故后恢復.具體過程為:開入量“檢修恢復方式”處于斷開狀態,經 LGA100JA斷路器在分閘位置、LGA200JA斷路器合閘位置、LGA工作進線斷路器 PT有電壓確認,且應確定在正常運行的無閉鎖狀態下,由開入“反向手動切換”接點閉合啟動,裝置先跳開備用進線開關,確認跳開后,經設定的定值“串聯切換合閘延時”進行延時后,投入母線殘壓和長延時判斷,若滿足任一條件即閉合工作進線開關.檢修后恢復的具體過程為:開入量“檢修恢復方式”處于閉合狀態,經 LGA100JA斷路器在分閘位置、LGA 200JA斷路器合閘位置、LGA工作進線斷路器 PT有電壓確認,且應確定在正常運行的無閉鎖狀態下,由開入“反向手動切換”接點閉合啟動,裝置先跳開備用進線開關,確認跳開后,投入快速、同捕、母線殘壓和長延時判斷,若滿足任一條件即閉合工作進線開關.

(2)正向切換邏輯 工作進線閉合,備用進線斷開,正常運行在無閉鎖狀態下,由開入量“正向手動切換”接點閉合啟動,經 LGA 100JA斷路器在合閘位置、LGA200JA斷路器分閘位置、LGA備用進線斷路器 PT有電壓確認,且應確定在正常運行無閉鎖狀態下,裝置先跳開工作進線開關,確認跳開后,經設定的定值“串聯切換合閘延時”進行延時后(此時長延時計時),投入母線殘壓和長延時判斷,若滿足任一條件即閉合備用進線開關.

事故切換由保護出口啟動,只能進行由工作電源切向備用電源的單向操作.

為實現核電廠常規島廠用電電源的慢速切換,該裝置應具有閉鎖功能,在出現 PT斷線、保護閉鎖、失去備用電源等情況時自動報警,并將裝置閉鎖,防止裝置誤動.該裝置還具有自檢功能,可在線自動檢測內部電路、合跳閘出口、直流電源和所設參數等內部運行情況,發現異常自動報警,并可顯示故障位置和事故原因.此外,該裝置具有數字化錄波功能,能夠提供完整的切換過程頻差、相差和電壓幅值.能夠追蹤每次切換的所有定值、所有開關狀態、啟動原因、裝置發出的合跳閘命令等.錄波從裝置啟動開始(應包括切換前 0.1 s的錄波),每 10 ms采樣一次,總錄波時間不小于 2 s,并且保證數據在裝置掉電后不丟失,同時具有遠傳功能.由于該裝置具備打印功能,所有錄波數據均可打印輸出.在“復歸”前可進行反復打印.

2.3 定值參數的設定

該裝置所有的整定值、運行方式(控制字)均可在液晶屏上按照菜單提示用按鍵方式進行設定,修改前必須輸入正確密碼.密碼為 4位數字,出廠時的密碼為 0000,用戶使用時可根據需要自行設定.

2.3.1 整定定值

該裝置的參考整定定值見表 2.

表2 參考整定值

同捕恒定越前時間是根據裝置外圍實際合閘回路的總時間來進行整定的.

2.3.2 切換方式設置

切換方式設置見表 3.

在各種切換方式中,需要對后備失電閉鎖投退方式進行說明.此功能用于備用 PT檢修時,若暫時退出該功能,此時裝置仍能進行切換,但切換方式與正常方式有所不同:在后備不失電情況下,裝置仍然可以進行正常切換;而在后備失電情況下,只能進行殘壓和長延時切換.

表3 切換方式設置

3 結 論

(1)電源切換時供電大約中斷 1.5 s,使電動機內部電壓衰減,可防止由于不同相切換而引起的電動機聯軸器和端部繞組的損壞.

(2)切換后系統母線上只剩下永久性廠用設備負荷,對秦山二期擴建工程常規島廠用電而言,只剩下閉式冷卻水泵和低壓廠用變壓器負荷,其目的是保證對永久性廠用設備供電的連續性.

(3)如果待切換的系統在保護范圍內發生繼電保護動作,則閉鎖慢速切換,即事故切換只能單向操作.

［1］弋東方.電力工程電氣設計手冊:電氣一次部分［S］.北京:中國電力出版社,2009:268-286.

［2］卓樂友.電力工程電氣設計手冊:電氣二次部分［S］.北京:中國電力出版社,2009:618-676.

［3］劉取.電力穩定性及發電機勵磁控制［M］.北京:中國電力出版社,2007:218-260.

［4］高亮.發電機組繼電保護及自動裝置［M］.北京:中國電力出版社,2009:69-81.

［5］何首賢.供配電技術［M］.北京:中國水利電力出版社,2005:231-233.