CPR1000核電機組發變組保護國產化后保護配置優化

朱春鋒++程兆輝++譚勝盛++李先軍++王東

【摘 要】CPR1000核電在役及在建機組，發變組保護多采用國外進口技術，直至寧德核電及防城港核電項目，采用南京南瑞生產的RCS-985系列保護裝置，首次實現了發變組保護的國產化。但在調試過程中，發現部分保護配置不滿足核電機組安全運行要求，存在保護誤動和拒動的隱患。結合核電機組運行特點，通過研究保護配置中存在的風險并改進優化，確保發變組保護能可靠投入。優化后發變組保護配置具有典型意義，為核電廠發變組保護國產化應用補上了實踐改進的最后一環，對其它堆型的發變組保護配置也具有較高的推廣借鑒意義。

【關鍵詞】核電 發變組保護 配置優化

發電機和變壓器保護系統是核電機組最核心的電氣繼電保護系統，承擔著汽輪發電機、主變壓器和高壓廠用變壓器的故障或非正常運行狀態時可靠切除故障設備、確保機組安全運行的重要作用。CPR1000核電在役及在建機組，發變組保護多采用國外進口設備，直至某核電廠，首次采用國產發變組保護裝置，實現了CPR1000核電機組發變組保護的國產化。但在調試過程中，發現了部分保護配置未考慮CPR1000核電機組運行要求，存在一定的跳機跳堆風險，影響機組安全穩定運行。

1 發變組保護在核電機組首次應用時存在的問題

在設備調試中，發現部分保護配置未考慮核電機組運行特點和試驗要求，存在極大的跳機跳堆風險，不能滿足核電廠正常運行要求，具體表現在以下幾個方面：（1）主變過激磁保護有流判據閉鎖元件造成保護拒動的問題；（2）發電機頻率保護配置問題；（3）電壓型保護動作元件無法啟動發電機斷路器失靈保護問題。

2 發變組保護配置優化

針對保護配置中存在的隱患，通過研究分析，優化保護配置，消除設備誤動和拒動隱患，確保發變組保護能夠可靠投入。

2.1 主變過激磁保護配置優化

2.1.1 主變過激磁保護配置分析

為了防止主變過激磁引起的溫升加速絕緣老化、使繞組的絕緣強度和機械性能惡化，配置主變過激磁保護[1]。過激磁保護邏輯圖見圖1。

配置主變有流判據閉鎖的目的：為了防止主變高壓側TV在暫態過程中的電壓量影響，造成主變過激磁保護誤動作[1]。核電機組主變高壓側CT變比4000/1A，有流判據動作一次電流為160A；但主變經高廠變帶廠用電運行期間，最大廠用電負荷為68MW（核電廠日常運行數據），經過計算，主變空載運行時，最大負荷電流為73A，遠小于主變有流值160A。因此，若發生主變過激磁故障，有流判據將閉鎖保護，主變過激磁保護拒動。

2.1.2 主變過激磁保護配置優化措施

（1）取消主變過激磁有流判據，防止保護拒動；（2）主變過激磁保護選取反時限保護，確保保護不會誤動作。

2.2 發電機頻率保護配置優化

2.2.1 低頻保護配置分析

為了確保核電廠安全運行，發電機頻率過低時，首先跳開500kV開關，切除機組與系統聯系，避免系統故障影響核電機組安全運行；若發電機頻率仍然不滿足要求，啟動機組停機、啟動廠用電切換。因此，發電機低頻延時保護至少要求配置2段，方可滿足核電機組需求。原低頻延時保護跳閘功能僅配置1段，不滿足核電運行要求。

優化后保護配置見圖2。

2.2.2 過頻保護配置分析

頻率異常保護用于保護汽輪機，防止汽輪機葉片及其拉金的斷裂事故。如果發電機頻率升高或降低，會使葉片受到很大的諧振應力，使金屬材料疲勞，材料的疲勞是一個不可逆轉的過程，所以應給出規定的頻率下累計運行時間[2]。當發電機組甩負荷至空載或打閘停機期間，汽輪機轉速短時上升，當轉速超過1545轉/分鐘時，將啟動發電機過頻保護跳閘，跳開500kV開關，造成主變及廠用電失電，引起機組故障擴大，觸發跳堆風險。

發電機過頻保護由過頻保護報警和過頻保護跳閘組成，原過頻延時保護無閉鎖，存在保護誤動風險。

優化后保護配置見圖3。

2.2.3 頻率保護配置優化

根據上述分析，優化發電機頻率保護配置，見表1。

由表1可見，發電機頻率保護主要進行如下優化改進：

（1）低頻保護增加配置2段低頻延時保護，均可分別整定，實現保護選擇性。

（2）過頻保護增加發電機出口斷路器位置閉鎖，并可經控制字選擇投退，防止保護誤動作風險。

（3）增加兩段過頻累計保護配置，保護汽輪機，防止產生汽輪機機械損傷。

2.3 電壓型保護動作啟動發電機出口斷路器失靈保護配置優化

2.3.1 發電機出口斷路器失靈保護配置分析

發電機電流型故障時，電流判據可以正常啟動發電機出口斷路器失靈保護，但是，對于電壓型保護故障，如發電機定子接地保護、功率保護動作時，故障發電機電流判據可能不能滿足失靈啟動判據，若發電機出口斷路器失靈，則不能啟動失靈保護。

2.3.2 失靈保護配置優化

優化發電機出口斷路器失靈保護配置，增加發電機失靈保護直跳邏輯，即對于電壓型保護如定子接地保護、功率保護等，保護動作后，若持續時間大于開關分閘時間后，保護跳閘信號仍然存在，則不經電流元件判據閉鎖，直接啟動發電機失靈保護，跳開相鄰開關。

3 結語

經過CPR1000核電機組發變組保護國產化實施，解決了發變組保護過激磁保護、頻率保護、斷路器失靈保護誤動和拒動的問題，消除了機組跳機跳堆的隱患；同時，為核電廠發變組保護國產化應用補上了實踐改進的最后一環，該配置已成功推廣應用于防城港、福清等核電廠，對其它堆型的發變組保護配置也具有較高的推廣借鑒意義。

參考文獻：

[1]王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用[M].北京：中國電力出版社，2002.

[2]賀家李，李永麗，董新洲，李斌.電力系統繼電保護原理（第四版）.北京：中國電力出版社：電力系統自動化，2010.1.