秦山核電500 kV輸電系統風險點及預控

王建成

（中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽314300）

秦山核電500 kV輸電系統風險點及預控

王建成

（中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽314300）

通過對秦山核電500 kV輸電系統風險論證，有針對性地提出了“嚴防薄弱區域的保護拒動，優化3/2接線的運維模式，完善現有的停/服役操作順序，運用新標準和新工藝建立輸電系統風險評價機制及狀態檢修體系”等預控措施后，減少了輸電系統的故障率和陪停率，提高了核電涉網系統連續安全運行率及送出通道的可用率。

風險點；預控；最大允許載流量；穩定限額

隨著電力系統安全穩定要求的提高，對秦山核電大修時的陪停線路、開關或母線，都設置了不同的穩定限額控制方式。如何解決此時的送出瓶頸問題，不僅關系到電力系統的安全可靠性，還涉及核電清潔能源利用率的敏感性問題。

1 設計參數及熱穩定計算

秦山500 kV聯合開關站共有4條出線，秦喬5413/5414線為同桿雙回導線，截面LGJ-4× 400/35，最大允許溫升70℃，環境溫度40℃時的最大允許載流量為4×592 A；秦由5415線和秦拳5416線導線截面為LGJ-4×630/45，最大允許溫升80℃，環境溫度40℃時的最大允許載流量為4×993 A。第3，4，5，6完整串內導體及開關額定電流2 000 A。第1、第2不完整串內導體及開關、Ⅰ段母線和Ⅱ段母線、4個出線回路導體的額定電流為4 000 A。掛在第1串至第6串的機組銘牌功率分別是2×660 MW，2×650 MW，2× 728 MW[1]。秦山核電最大運行方式下開關站熱穩定計算如圖1所示。

2 風險點分析

2.1 大修陪停母線或開關運行方式

穩定限額是在“開關、線路、TA允許承載的安全電流”的靜態要素，及“電網任一元件無故障或因故障斷開，應能保持穩定或正常供電”的動態要素基礎上所制定的最小穩定極限。然而，秦山500 kV聯合開關站不可能時刻都處于全接線合閘狀態，當正常方式（含核電大修陪停方式）及事故方式下單一元件不可用，電力系統還要儲備突發性故障重合時，不至于發生影響熱穩定/動穩定的事件[2]。因此，對秦山核電大修陪停開關或母線，穩定控制給出了3 100 MW的限額。此時，站內潮流分布如圖2—4所示。其中：灰色表示運行元件，白色表示大修陪停元件，黑色表示故障重合元件。

2.1.1 二期1號機大修陪停串內開關與秦由雙線故障重合時

如圖2所示，5臺機組負荷送同桿雙線，站內破串運行與雙線故障重合時，網廠設備不過載，潮流無偏移[3]，送出負荷處于穩定限額臨界點。

圖1 秦山最大方式下開關站熱穩定計算

2.1.2 三期2號機大修陪停串內開關與秦喬雙線故障重合時

如圖3所示，5臺機組負荷送同桿雙線，站內破串運行與雙線故障重合時，網廠設備不過載，潮流無偏移，送出負荷處于穩定限額臨界點。

2.1.3 二期4號機大修陪停Ⅱ母與秦由雙線故障重合時

如圖4所示，5臺機組負荷送同桿雙線，站內破串運行與保護拒動丟失Ⅱ母線重合時，網廠設備不過載，潮流無偏移，送出負荷處于穩定限額臨界點。

2.2 秦山核電大修陪停線路的方式

圖3 大修陪停與故障重合方式2

圖4 大修陪停與故障重合方式3

參照N-1后的靜態/動態穩定儲備原則，大修陪停任一線路與廠外嚴重事故工況重合時，電力系統要求無過壓、無過頻、無過載跡象。為此，穩定控制方式給出了1 550 MW的限額。大修陪停線路方式下的潛在風險，應引起當值運行人員的高度警覺，提前做好事故預案，在事故真正發生時能快速準確處理，并能思路清晰地陳述過程[4]。

2.2.1 二期1號機大修陪停秦喬5413線與秦由雙線故障重合時

如圖5所示，5臺機組的上網電流送秦喬單線時，5042開關及秦喬單線深度過載，屬于第二級電力系統安全穩定標準的擾動事件，需有相關配套措施立即跟進。

圖5 大修陪停與故障重合方式4

2.2.2 三期1號機大修陪停秦拳5416線與秦喬雙線故障重合時

如圖6所示，5臺機組的上網電流送秦由單線不過載[5]，5052開關過載，需機組降負荷滿足限額要求。

圖6 大修陪停與故障重合方式5

2.2.3 二期2號機大修陪停秦喬5414線與秦由方向保護拒動丟失Ⅱ段母線故障重合時

如圖7所示，由于正常方式下掛在Ⅰ段母線側和Ⅱ段母線側的機組分別為4臺和2臺，呈不對稱運行。當大修陪停線路與保護拒動丟失Ⅱ段母線故障重合時，站內潮流偏移明顯，兩點送出潮流偏差過大，盡管站內設備無過載，但秦喬單線處于熱穩定邊緣，運行方式凸顯薄弱[6]，需機組降負荷以滿足限額要求。

圖7 大修陪停與故障重合方式6

2.2.4 三期2號機大修陪停秦拳5415線與保護拒動丟失Ⅰ段母線故障重合時

如圖8所示，當大修陪停秦由5415線與保護拒動丟失Ⅰ段母線重合時，另2個送出方向仍保持“和電流”送出，站內潮流基本維持恒定，網廠設備無過載，超限額部分要通過機組降負荷來滿足。

圖8 大修陪停與故障重合方式7

3 控制預案

3.1 規范安全穩定控制裝置的動作行為

啟用安全穩定控制裝置（以下簡稱安控）的目的是即刻消除設備的過載，遏制威脅電力系統安全的勢頭。當然，這種動作同時起到了釋放部分限額的作用，但要依靠它全面釋放穩定限額即不現實，也存在一定的風險。自日本福島核事故后，國內核電在抵御外界因素觸發跳機跳堆事件方面的警戒級別愈來愈高。雖然這種動作的概率較低，但也并非可忽略不計。滿出力機組的GCB（發電機出口斷路器）突然被切，必然引起反應堆棒控棒位發生突變和反應堆芯的徑向/軸向功率分布畸變，溫度也隨之大幅變化，直接導致反應堆緊急停堆，強大的沖擊極易引發相關系統隱患及故障并發癥，如果后續相關控制系統動作無跟進，將直接釀成重大事故[7]。

（1）3/2接線方式保護配置的速動性提前覆蓋了部分工況的安控作用。3/2接線方式上的每一個原件均雙路供電，中開關在線路和變壓器之間起到了承上啟下的橋梁作用。當站內Ⅰ段母線側及相應的邊開關不可用時（包括大修陪停方式，正常檢修方式及運行方式的調整），即使再突發秦由5415/秦拳5416線或秦喬5414線永久性故障，對應的線路-變壓器串會立即被切斷，發電機自動進入孤島運行模式。這是核電設計理念的第四類保護跳閘方式，對電網穩定控制來說等價于對應的機組立即被切，雖然此時的汽輪發電機組有超速及過電壓的可能，但在硬件邏輯上保留了GCB及反應堆的熱態，發電機仍具有隨時提升功率的條件。此方式下，如果安控再動作，則擴大了外電網事故對核電安全的影響力。同理，當站內Ⅱ段母線側及相應的邊開關不可用時，即使突發秦喬5413線永久性故障，二分廠1號主變壓器上網通道會立即被切斷，覆蓋了安控所起的作用，而且比安控的動作行為更安全、更經濟。如果大修期間將相鄰完整串內的變壓器元件和線路元件錯開陪停，或者串內3個元件分步驟陪停，當與相關線路的突發故障重合時，現有的3/2保護的動作行為可完全替代安控切機的作用[8]。

（2）同等事故工況下對安控的動作要求不同。如果堅持要在大修期間將串內3個元件一次性同步陪停，那么也不能簡單地根據廠外線路故障來籠統地疊加安控投運的數量。這不僅與事故前站內潮流潛在的變化趨勢有關，而且還與切除掛在那個區域的機組有關。例如：大修陪停秦喬單線與秦由雙線故障重合，切除2臺機后，網廠設備立即不再過載，如圖5所示。但大修陪停秦由單線與秦喬雙線故障重合，如圖6所示，盡管日本三菱公司承諾開關具備允許載流2 340 A的2 h熱穩定，為安全起見，選擇性切除掛在Ⅰ段母線上任1臺機，“和電流”偏移情況即刻得到改善，剩余2 960 A的上網電流安全送出。超限額部分，由核電機組在1 h內主動配合人工降負荷，以適應區域電網調度規程中系統潮流異常的處理規定，既安全又經濟。人工降負荷與安控嚴謹合理地配合使用，可全面釋放穩定限額的作用。

（3）規范安控出口動作的判據。運行10多年的開關站已沒有獨立的TA二次繞組專供安控使用，其電流采集只能串接在其它二次設備回路中，但電流回路串接設備或觸點過多，其現場接觸電阻或負載損耗的變化及電磁感應都會產生相應的擾動，單純以電流突變量的延遲來作為安控啟動的判據略顯薄弱。3/2接線方式靈活多變，電壓輸入源以母線側電壓為基準并不靠譜，以與穩定限額密切相關的出線側TV為基準較為穩妥。因此，在以模擬量作為判據的基礎上，還應增加開關量的判據加以輔佐。在捕捉到模擬量突變的同時，還要判斷對應的“一個半斷路器”狀態位置是否有變位，才能作為啟動安控出口的基本依據。

3.2 嚴防大修陪停線路與丟失Ⅱ段母線故障重合

從電力系統穩定控制的重要性分析，就4個“線變完整串”而言：丟失Ⅱ段母線，3個涉網送出回路破串運行，使秦喬5414線和秦由5415線/秦拳5416線的送出不再是“和電流”結構，中開關壓力增大，送出能力將受單開關容量的制約。丟失I段母線，除了秦喬5413線涉網送出回路破串運行外，其它3條線路送出依舊是“和電流”結構，機組上網電流通過雙開關直接送到線路上，送出能力不受單開關容量的制約。說明Ⅱ段母線和I段母線的重要性有差異。從失靈保護動作風險性分析，站內4條線路有8套光纖電流差動保護裝置在線運行，其中8個被控對象，除了4個中開關外，Ⅱ段母線側邊開關為3個，I段母線側邊開關1個，Ⅱ段母線被失靈保護跳開的概率遠高于I段母線，這也說明Ⅱ段母線和I段母線風險性有差異[8]。

鑒于秦喬5414線、秦由5415線/秦拳5416線涉網送出回路的邊開關都掛在Ⅱ段母線側，必須不定期地依次輪流做好這些線路保護的預防性傳動試驗，消除寄生回路產生、回路電阻增大、接點卡澀等異常現象，可規避保護拒動、丟失Ⅱ段母線的風險。

3.3 優化大修陪停開關或母線的作業窗口

掛在第1、第2串的機組廠用電率約5.95%，掛在第3、第4串的機組廠用電率約6.11%，掛在第5、第6串的機組廠用電率約7.45%。如果借助掛在第5串或第6串機組的大修窗口，實施單一開關或母線陪停的預試或維修作業，那么5號機組送到線路側的負荷（包括坎杜反應堆大修要消耗的開關站內部公共負荷）基本處于穩定限額3 100 MW的臨界點[9]，有時甚至會出現余額。保持原有運行方式，無需依賴安控裝置，也是可接受的一種作業窗口。

3.4 執行新標準、運用新工藝、優化3/2接線的運維模式

（1）執行新標準：DL/T 596-1996《電力設備預防性試驗規程》已經伴隨秦山核電走過10多個年頭，為初級階段的核電安全運行發揮了主導作用。隨著節能增效理念的提升，線路的可用率要求越來越高，新的試驗方法和檢修理念應運而生，DL/T 596-1996已不能完全滿足目前秦山核電的安全與生產經營需求。2010年國家能源局頒發了國家電力行業標準DL/T 393-2010《輸變電設備狀態檢修與試驗規程》，該規程倡導的是在線監測系統、風險評估體系、狀態評價體系，線路計劃停電時間遵循的是網廠雙向調整策略，調整的唯一依據是兩側的設備狀態。執行新標準后，一定程度上提升了秦山核電的輸電系統可靠性。

（2）運用新工藝：參照2007年華東電網污區分布圖，秦山地區的爬電比距為3.0 cm/kV。2012年6月中旬，借助秦山地區500 kV換線工程，站內秦由5415/秦拳5416線門型架上的懸垂絕緣子已更換成（三傘型）防污/耐污的瓷棒絕緣子，絕緣爬距由原先2.5 cm/kV提升至3.0 cm/kV，并有自然凈化（如雨水沖刷）絕緣子鹽密污穢的效果。

500 kV帶電水沖洗已相繼在廣東電網、浙江電網成功運用，比不同鹽密地區和絕緣子爬距下的線路停電人工作業的去污效果和安全系數更好。500 kV套管、避雷器、門型架絕緣子等設備的防污、防閃絡清洗時無需再陪停線路，也不受大修窗口制約，4條出線的網廠結合部設備可以一次性帶電清洗到位。

（3）優化3/2接線方式運維模式：3/2接線方式從邏輯關系上滿足了串內運行與檢修同步進行的硬件結構要求，最大優點是連續供電可靠性高，串內變壓器或線路元件分別由2個開關供電，只要任意相鄰2個開關不同時開斷，或站內只有任意1個元件不可用時，均不會引起線路或變壓器丟失。如圖9所示的4種靈活組態運行方式下的線路、變壓器元件均可保持持續運行，其優勢是每1個斷路器兩側的隔離刀閘僅用于隔離檢修工況。而斷路器與兩側隔離刀閘之間的接地刀閘，可構成運行區域與檢修區域的明顯斷開點。

圖9 同一串內的運行與檢修方式

完整串內任一設備的預試或檢修，均可按上述4種靈活組態方式運行，劃分檢修區域和運行區域后依次隔離。重要的是秦山核電大修破串運行與嚴重故障重合時，網廠設備均不過載，潮流無偏移，并處于穩定限額臨界點，如圖2—4所示。由單開關代送線路或變壓器，雖然可靠性相對薄弱，但它是3/2接線方式固有的特征優勢，特殊工況下也是可接受的運行方式。重要的是可保持機組或線路連續運行，降低線路陪停造成的損失。要說明的是：線路瞬態故障重合閘補救的是2個斷路器，由于此時的1個斷路器處于檢修隔離狀態，二次保護方面仍要做好安全隔離措施。

3.5 根據穩定控制影響程度規范現有的停/服役操作順序

“電業安全工作規程（發電廠和變電所部分）”的第19條規定：停電操作按開關、負荷側刀閘、母線側刀閘的順序操作。這對3/2接線方式下的GIS組合電器并不適用，因為3/2接線方式下開關上下兩側均為電源側，必須結合一旦開關兩側刀閘操作發生事故對電力系統安全穩定的影響程度來確定操作順序。

圖10 秦山500 kV聯合開關站主接線圖

（1）線路停役的開關操作順序：以圖10中第3串秦喬5413線為例，應先切5032中開關，切斷部分環流，如果此操作發生故障，則故障點在線路側，仍在保護覆蓋范圍，保護動作先切除故障點，充其量是將需要停電的設備提前退出運行，但能保證同串的1號主變壓器和I段母線正常運行，后切5031邊開關，切斷送出回路全部電流。如果此前是先拉開5031開關，一旦發生故障，I段母線側的所有開關包括5011，5022，5031，5041，5051和5061跳閘，造成I段母線停運，但如果有1個開關失靈拒動，則1臺機組直接被跳，造成非計劃停運。服役操作順序正好相反。

（2）變壓器元件停役時的閘刀操作順序：以圖10第3串1號主變壓器為例，應先拉開變壓器側50331閘刀，如果操作時發生故障，則故障點在1號主變壓器側，仍在保護覆蓋范圍內，保護動作切除故障點，充其量是將需要停電的設備提前退出了運行，但能保證同串的秦喬5413線和Ⅱ段母線的正常運行，后拉開母線側50332閘刀。如果此前是先拉開50332閘刀，一旦發生故障，則Ⅱ段母線側的所有開關5012，5023，5033，5043，5053和5063跳閘，將造成Ⅱ段母線停電，但如果有1個開關失靈拒動，則會有1條線路或1臺機組直接跳閘，造成非計劃停運。服役操作順序正好相反。

（3）同串線路/變壓器保持運行、中開關停役的閘刀操作順序：以圖10第3串5032開關為例，其操作順序應按操作過程中發生故障對穩定控制的影響程度來確定，先拉開變壓器側50322閘刀，如果操作發生故障，則故障點在1號主變壓器側，但仍在保護覆蓋范圍內，保護動作切除故障點，充其量是切除1號主變壓器負荷，但能保證同串的秦喬5413線和I段母線的正常運行，后拉開線路側50321閘刀。如果此前是先拉開50321閘刀，一旦發生故障，則秦喬5413線跳閘，穩定控制1 550 MW的限額被激活，故障造成的影響更大。類似情況，應先操作對穩定控制影響較小的閘刀，后操作對穩定控制影響較大的閘刀。服役操作順序正好相反。

（4）操作過程的安全監控：操作過程中，操作系統和監控系統的人機對話界面都有模擬量、開關量、數字量的顏色、閃爍、音響提示，網絡拓撲功能可阻斷十分明顯的帶負荷拉合閘刀操作進程，每操作一步都有詳細的數據備份，可供日后檢索[10]。

4 結語

嚴防薄弱區域的保護拒動，優化3/2接線的運維模式，完善現有的停/服役操作順序，運用新標準和新工藝來建立輸電系統在線監測風險評價機制及狀態檢修體系，可降低線路的陪停率和設備的故障率，提升核電送出通道的安全穩定性。

謹此謝意：有關專家對上述論證及實踐曾給予支持或提供方便。華東電網調控中心高級工程師蔣逸靜、許俊華。浙江電力公司高級工程師傅儉鳴、龔建剛、鄭海。華東電力設計院高級工程師黃勇，浙江電力設計院教授級高工丘文千、高志林、勞建民。中核核電運行管理有限公司高級工程師張明剛、陳建剛、陳景榮、劉東兵，教授級高工唐芳軒、陳其榮、王欣、唐元琦、黃志軍、洪源平、鄒正宇、張建成、張濤等。

[1]王建成．500 kV增容導線在核電機群出線段的應用[J]．電力建設，2012，11（33）∶23-27．

[2]DL 755-2001電力系統安全穩定導則[S]．北京：中國電力出版社，2001．[3]曹路，汪德新．針對電網3/2接線方式的設備風險在線辨別方法[J]．電力系統自動化，2012，01（36）∶112-115

[4]DL 408-91電業安全工作規程[S]．北京：中國電力出版社，1991．

[5]張啟平，錢之銀．提高華東電網500 kV輸電線路輸送能力的措施[J]．電力設備，2005，11（6）∶8-13．

[6]王建成，張濤，王奇文，等．秦山第二核電廠500 kV出線三相電流不平衡原因的測試分析及對策[J]．電網技術，2005，05（29）∶76-80．

[7]丁衛東，鄭建峰．電網瞬態對壓水堆運行的風險分析[J]．中國核電，2013，3（6）∶268-274．

[8]王建成，張濤，商幼明．秦山第二核電廠2×650 MW核電機組波動分析及解決措施[J]．電力系統自動化，2005，1（19）∶97-99．

[9]王建成．秦山第二核電廠水壓試驗、非核蒸氣沖轉電源容量校核運行方式的論證及實施[J]．繼電器，2007，12（35）∶420-424．

[10]王建成．秦山第二核電廠計算機網絡監控系統的擴充、升級和改造[J]．華中電力，2009，2（22）∶41-44．

（本文編輯：龔皓）

Risk Point and Its Precontrol of 500 kV Transmission System of Qinshan Nuclear Power Plant

WANG Jiancheng
（CNNC Nuclear Power Operation Management Co.，Ltd.，Haiyan Zhejiang 314300，China）

By risk demonstration of 500 kV transmission system of Qinshan Nuclear Power Plant，the paper offers a pertinent precontrol measure of"strictly prevent operation-refusal of protection in weak area，optimize operation and maintenance mode of 3/2 connection,improve the existing operating sequence of shutoff and service，apply new standards and new technology to build up risk evaluation mechanism for transmission sys

tem and condition-based maintenance system"to reduce shutoff rate of transmission system affected by other adjacent system and raise the rate of continuous operation safety of nuclear power system related to power grid and usability of transmission channel.

risk point；precontrol；maximum allowable ampacity；stability limit

TM732

：B

：1007-1881（2014）12-00015-06

2014-06-13

王建成（1954-），男，上海人，高級工程師，從事核電機組穩定分析研究工作。