核電百萬千瓦發(fā)電機(jī)整組啟動(dòng)調(diào)試技術(shù)改進(jìn)與實(shí)施

2017-11-01 22:30:11陳曉義歐小高

大電機(jī)技術(shù) 2017年5期

陳曉義，歐小高，向超，劉洋

陳曉義，歐小高，向超，劉洋

（中廣核工程有限公司，廣東深圳 518124）

某在建核電項(xiàng)目以嶺澳二期為依托，同樣采用百萬千瓦汽輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)，但其設(shè)備選型存在諸多差異，發(fā)電機(jī)整組啟動(dòng)面臨新的困難。調(diào)試人員通過深入分析，解決了勵(lì)磁變接入時(shí)機(jī)、定子接地保護(hù)驗(yàn)證窗口、主變差動(dòng)校驗(yàn)方法等問題，并提出了一種新的發(fā)電機(jī)整組優(yōu)化方案，在該項(xiàng)目1~4號(hào)發(fā)電機(jī)組實(shí)踐的基礎(chǔ)上，最終形成本文，供我國(guó)核電百萬千瓦級(jí)發(fā)電機(jī)組整組啟動(dòng)參考。

核電；整組啟動(dòng)；試驗(yàn)；發(fā)電機(jī)組；改進(jìn)

0 前言

某核電站一期工程設(shè)計(jì)容量為4×1089MW。其發(fā)電機(jī)組與參考電站嶺澳二期項(xiàng)目基本一致，均采用TA1100-78型汽輪發(fā)電機(jī)組，而與發(fā)電機(jī)緊密關(guān)聯(lián)的離相封閉母線系統(tǒng)以及發(fā)變組保護(hù)系統(tǒng)選型發(fā)生了改變。對(duì)于新建機(jī)組的發(fā)電機(jī)整組啟動(dòng)調(diào)試技術(shù)已無法簡(jiǎn)單套用參考電站[1]，需對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，在有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，以期取得更大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

1 研究?jī)?nèi)容

基本思路為對(duì)比發(fā)電機(jī)整組啟動(dòng)密切相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備的差異項(xiàng)，逐項(xiàng)分析其對(duì)發(fā)電機(jī)整組啟動(dòng)的影響、試驗(yàn)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，并結(jié)合工程建設(shè)中的實(shí)際情況，在參考電站既有技術(shù)的基礎(chǔ)上，嘗試調(diào)試方法進(jìn)行改進(jìn)。一是完善整組啟動(dòng)中某些薄弱環(huán)節(jié)，二是優(yōu)化主線關(guān)鍵路徑。

1.1 設(shè)備差異性及影響分析

與發(fā)電機(jī)整組啟動(dòng)相關(guān)的系統(tǒng)按一、二次劃分。一次部分主要為發(fā)電機(jī)、機(jī)組負(fù)荷開關(guān)、機(jī)組離相封閉母線、主廠變。二次部分主要為勵(lì)磁系統(tǒng)、發(fā)變組保護(hù)系統(tǒng)、同期并網(wǎng)系統(tǒng)。其與參考電站的對(duì)比見表1。從中可以看出需重點(diǎn)分析比對(duì)的是機(jī)組離相封閉母線及發(fā)變組保護(hù)系統(tǒng)。

表1 設(shè)備選型對(duì)比表

1.1.1 機(jī)組離相封閉母線差異項(xiàng)的影響

該項(xiàng)目在發(fā)電機(jī)與主變之間，采用離相封閉母線連接[2]，其中勵(lì)磁機(jī)變T接在發(fā)電機(jī)與機(jī)組負(fù)荷開關(guān)之間的封閉母線上，位置如圖1所示。

其連接方式與嶺澳二期略有不同。其與封母連接部位在封閉母線側(cè)沒有盆式絕緣子，造成封閉母線的氣密邊界擴(kuò)展至勵(lì)磁變頂部，包括橡膠套邊沿。而發(fā)電機(jī)整組啟動(dòng)調(diào)試期間，發(fā)電機(jī)短路、空載試驗(yàn)，均使用臨時(shí)起勵(lì)電源。此時(shí)的勵(lì)磁變處于隔離狀態(tài)，隔離點(diǎn)為勵(lì)磁變與封閉母線軟連接安裝位置。當(dāng)勵(lì)磁變正式接入時(shí)，需要對(duì)連接部位的橡膠套重新進(jìn)行氣密檢查。即使按密封一次合格，從注膠到密封膠固化，也至少需要24h的主線工期，而這將成為聯(lián)調(diào)試驗(yàn)中的關(guān)鍵路徑。

圖1 離相封閉母線平面布置圖

1.1.2 發(fā)變組保護(hù)系統(tǒng)差異項(xiàng)的影響

該項(xiàng)目發(fā)變組保護(hù)裝置采用南瑞RCS-985系列，其發(fā)電機(jī)、變壓器保護(hù)類型與參考電站一致，主要的區(qū)別在于以下兩項(xiàng)：

（1）100%定子接地保護(hù)的原理改變（見表2）

南瑞注入式的100%定子接地保護(hù)，需要在發(fā)電機(jī)真實(shí)建壓的情況下，實(shí)際校驗(yàn)動(dòng)作參數(shù)[3]，即在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)實(shí)際連接接地電阻，以0.5～5kΩ的范圍，檢驗(yàn)裝置讀數(shù)與實(shí)際接地阻值的匹配度，這相當(dāng)于在發(fā)電機(jī)整組啟動(dòng)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)中新增一個(gè)項(xiàng)目。

表2 100%定子接地保護(hù)對(duì)比表

（2）主變差動(dòng)驗(yàn)證所需的負(fù)載電流改變

因采用較大變比的電流互感器（4000/1A、33000/5A），且發(fā)變組RCS-985保護(hù)顯示精度不高，最小采樣單位為0.01A，換算到一次側(cè)電流為40A，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷較小時(shí)，不能正確顯示差動(dòng)保護(hù)各側(cè)CT電流極性向量差值[4]。而首次并網(wǎng)期間，受限于核島功率不超過15%額定功率，發(fā)電機(jī)出力只能滿足廠用負(fù)荷需要，主變高壓側(cè)電流趨近于零，無法對(duì)主變差動(dòng)高壓側(cè)分支臂與發(fā)電機(jī)分支臂的差流極性進(jìn)行判別。當(dāng)主變高壓側(cè)電流達(dá)到保護(hù)裝置電流判別的門檻時(shí)，機(jī)組功率需要達(dá)到30%額定功率或更高平臺(tái)。而這意味著在機(jī)組首次并網(wǎng)至30%額定功率平臺(tái)之間，主變差動(dòng)保護(hù)無法投入，只能由主變高壓側(cè)開關(guān)的臨時(shí)充電保護(hù)替代。這極大地增加了主變高壓側(cè)故障無法及時(shí)切除的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 調(diào)試方法改進(jìn)

1.2.1 機(jī)組離相封閉母線差異項(xiàng)應(yīng)對(duì)

機(jī)組封閉母線通過軟連接與勵(lì)磁變對(duì)接，再通過套管引至勵(lì)磁變內(nèi)部，然后由一根L型導(dǎo)線與勵(lì)磁變高壓抽頭連接（如圖2所示）。此L型導(dǎo)線兩端凈空距離近50cm，而機(jī)組封閉母線線電壓24kV，相電壓13.8kV，將L型導(dǎo)線拆除，其斷口間距足夠滿足隔離24kV母線電壓的要求。這樣勵(lì)磁變與封閉母線間的軟連接可以在整組啟動(dòng)前正常安裝。然后封閉橡膠套，避免因連接正式勵(lì)磁電源而破壞機(jī)組離相封閉母線氣密邊界，延誤發(fā)電機(jī)整組啟動(dòng)試驗(yàn)的工期。

圖2 勵(lì)磁變結(jié)構(gòu)圖

1.2.2 發(fā)變組保護(hù)差異項(xiàng)應(yīng)對(duì)

（1）100%定子接地保護(hù)驗(yàn)證

該驗(yàn)證屬于新增試驗(yàn)。試驗(yàn)路徑圖如圖3所示，需要為其安排合適的試驗(yàn)窗口?？紤]其驗(yàn)證期間需要發(fā)電機(jī)真實(shí)建壓40%U，且需要發(fā)電機(jī)出線側(cè)主接線結(jié)構(gòu)正常[5]，所以可以安排在發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)完成、具備升壓條件，且勵(lì)磁變接入達(dá)到機(jī)組正常運(yùn)行狀態(tài)的窗口下進(jìn)行。具體可以選擇的窗口為發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)完成后的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)參數(shù)驗(yàn)證期間，也可以選擇在首次并網(wǎng)，電源切換試驗(yàn)跳機(jī)、跳堆后重新沖轉(zhuǎn)、起機(jī)的窗口。兩者的區(qū)別在于對(duì)首次并網(wǎng)時(shí)間點(diǎn)的影響，前者比后者多出4個(gè)小時(shí)左右。

圖3 100%定子接地保護(hù)試驗(yàn)路徑圖

（2）主變差動(dòng)帶負(fù)荷校驗(yàn)的應(yīng)對(duì)

主變差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷校驗(yàn)門檻提高帶來的問題，主要體現(xiàn)在主變失去電量主保護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)上。按慣例，主變差動(dòng)保護(hù)未經(jīng)負(fù)荷電流驗(yàn)證，不具備投入條件，所以當(dāng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)，主變差動(dòng)要提前退出，而以主變高壓側(cè)開關(guān)的充電保護(hù)替代。但此狀態(tài)下一旦機(jī)組因某種原因進(jìn)入孤島運(yùn)行模式，主變高壓側(cè)500kV開關(guān)斷開，則充電保護(hù)失效，主變即失去電量主保護(hù)；另外，若主變高壓側(cè)出現(xiàn)故障，充電保護(hù)動(dòng)作跳開主變高壓側(cè)500kV開關(guān)，只能切除外網(wǎng)能量的注入，發(fā)電機(jī)作為另外一個(gè)能量源，仍將為故障點(diǎn)提供能量，直至其它的保護(hù)動(dòng)作跳開發(fā)電機(jī)，而這不被允許，因此可采取如下應(yīng)對(duì)方法（如圖4所示）。

圖4 核電廠發(fā)電機(jī)-變壓器組主接線及主變差動(dòng)CT示意圖

①在投入充電保護(hù)的同時(shí)，在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)，再設(shè)置一項(xiàng)臨時(shí)的純過流保護(hù)，延時(shí)為0，作為總后備，遵循發(fā)電機(jī)過流保護(hù)整定原則[6]：

②改進(jìn)主變差動(dòng)的校驗(yàn)方法。傳統(tǒng)的校驗(yàn)方法為發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，以主變高壓側(cè)電流為基準(zhǔn)，校驗(yàn)與發(fā)電機(jī)機(jī)端CT的電流極性。因主變差動(dòng)實(shí)際有5個(gè)分支臂，兩兩之間的相位關(guān)系一定，所以可以采取間接分段校驗(yàn)的辦法，檢驗(yàn)主變高壓側(cè)CT與發(fā)電機(jī)機(jī)端CT的電流極性。實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)首次并網(wǎng)時(shí)，即可驗(yàn)證主變差動(dòng)極性，使之具備投入條件，規(guī)避主變電量主保護(hù)缺失的風(fēng)險(xiǎn)。具體辦法為：

(a)主變經(jīng)高廠變帶廠用電運(yùn)行，廠用負(fù)荷較大時(shí)（裝料后），分別進(jìn)行500kV邊開關(guān)CT與高廠變A/B高壓側(cè)CT的極性檢查；

(b)發(fā)電機(jī)機(jī)組首次并網(wǎng)后，進(jìn)行發(fā)電機(jī)機(jī)端側(cè)CT與高廠變CT極性檢查（機(jī)組帶初始負(fù)荷），同時(shí)以高廠變高壓側(cè)為基準(zhǔn)向量，進(jìn)行發(fā)電機(jī)機(jī)端CT與500kV邊開關(guān)CT極性校核；

1.2.3 整組啟動(dòng)調(diào)試關(guān)鍵路徑優(yōu)化

嶺澳二期發(fā)電機(jī)整組啟動(dòng)，從發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)開始，至機(jī)組首次并網(wǎng)，其中經(jīng)歷6次啟停機(jī)，調(diào)試總工期115h。本項(xiàng)目整組啟動(dòng)調(diào)試關(guān)鍵路徑優(yōu)化，首先著眼于啟停機(jī)次數(shù)的優(yōu)化，尋找可以減少啟停次數(shù)的辦法，其次考慮提升試驗(yàn)效率的辦法，尤其是可以減少試驗(yàn)間狀態(tài)轉(zhuǎn)換的辦法。

（1）95%定子接地保護(hù)實(shí)施方法優(yōu)化

發(fā)電機(jī)定子95%接地保護(hù)試驗(yàn)時(shí)系統(tǒng)接線如圖5所示。試驗(yàn)結(jié)束后需拆除裝設(shè)在發(fā)電機(jī)出線側(cè)A相封閉母線上的臨時(shí)接地線，涉及在發(fā)電機(jī)一次回路上進(jìn)行操作[7]。嶺澳二期項(xiàng)目是將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)檢修，即發(fā)電機(jī)側(cè)接地刀閘閉合狀態(tài)下進(jìn)行相關(guān)拆除工作。期間從汽機(jī)打閘到重新沖轉(zhuǎn)具備發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)條件，需要11h。根據(jù)嶺澳兩臺(tái)機(jī)組滅磁狀態(tài)下定子殘壓均在180V以內(nèi)的結(jié)果，試驗(yàn)組對(duì)本項(xiàng)目95%定子接地保護(hù)試驗(yàn)接線的拆除方法提出了改進(jìn)設(shè)想，即通過使用10kV的絕緣接地線棒及10kV絕緣手套等安全保障工具，在不停機(jī)狀態(tài)下，直接拆除臨時(shí)接地線，以節(jié)省一次汽機(jī)起、停機(jī)操作。

（2）旋轉(zhuǎn)二極管不倒通(DNC)試驗(yàn)窗口優(yōu)化

旋轉(zhuǎn)整流勵(lì)磁方式在大型發(fā)電機(jī)組中已獲得可靠應(yīng)用[8]。本項(xiàng)目沿用了參考電站的TKJ型勵(lì)磁機(jī)，并配置有旋轉(zhuǎn)二極管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其斷相檢測(cè)功能試驗(yàn)需要模擬旋轉(zhuǎn)二級(jí)管斷兩相及斷一相工況，實(shí)際拆裝3次旋轉(zhuǎn)二級(jí)管導(dǎo)電連片，經(jīng)歷3次啟停機(jī)[9]。嶺澳二期將DNC斷相試驗(yàn)安排在發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)完成勵(lì)磁變正式接入之后、AVR動(dòng)態(tài)參數(shù)試驗(yàn)之前，如圖6所示，這樣3次啟停機(jī)均處于關(guān)鍵路徑之上。

圖5 發(fā)電機(jī)95%定子接保護(hù)驗(yàn)證時(shí)接線圖

圖6 DNC斷相試驗(yàn)安排在首次并網(wǎng)前

而首次并網(wǎng)后，電源切換試驗(yàn)時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)、停堆一次。若將DNC斷相試驗(yàn)安排在電源切換試驗(yàn)之后，重新起機(jī)之前，則可以減少1次啟停機(jī)操作，如圖7所示。

圖7 DNC斷相試驗(yàn)安排在電源切換試驗(yàn)后

2 實(shí)施效果

2.1 發(fā)電機(jī)整組啟動(dòng)調(diào)試關(guān)鍵路徑大幅優(yōu)化

（1）通過優(yōu)化95%定子接地試驗(yàn)臨時(shí)接地線拆除辦法，試驗(yàn)組在發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)期間，成功地實(shí)施了汽機(jī)不打閘狀態(tài)發(fā)電機(jī)出線側(cè)95%定子接地驗(yàn)證試驗(yàn)臨時(shí)接地線拆除，減少了一次汽機(jī)起、停機(jī)操作，節(jié)省主線工期11h；

（2）通過調(diào)整勵(lì)磁變隔離點(diǎn)，將隔離點(diǎn)從勵(lì)磁變與封閉母線軟連接處下移至勵(lì)磁變柜體內(nèi)穿墻套管與勵(lì)磁變本體高壓接線柱間的導(dǎo)線處。空載試驗(yàn)期間，此隔離點(diǎn)承受住了額定相電壓的考驗(yàn)，未出現(xiàn)放電、擊穿現(xiàn)象，更為重要的是避免了連接正式勵(lì)磁電源時(shí)，破壞封閉母線氣密邊界，減少一次氣密再驗(yàn)證工作，節(jié)省主線工期13h；

（3）將DNC斷相試驗(yàn)窗口調(diào)整至首次并網(wǎng)時(shí)電源切換試驗(yàn)跳機(jī)、跳堆后重新起機(jī)的窗口，減少了一次汽機(jī)啟、停機(jī)操作，節(jié)省主線工期11h。同時(shí)大大縮短了從短路試驗(yàn)至首次并網(wǎng)的工期。

本項(xiàng)目發(fā)電機(jī)整組啟動(dòng)調(diào)試工期縮短為3個(gè)工作日，即72h，比參考電站節(jié)省43h，最終形成的發(fā)電機(jī)整組啟動(dòng)調(diào)試關(guān)鍵路徑如下：

圖8 DNC斷相試驗(yàn)調(diào)整至首次并網(wǎng)后

2.2 主變差動(dòng)保護(hù)校驗(yàn)在首次并網(wǎng)后順利完成

通過對(duì)主變差動(dòng)保護(hù)帶負(fù)荷校驗(yàn)方法改進(jìn)，本項(xiàng)目發(fā)電機(jī)組首次并網(wǎng)后，在發(fā)電機(jī)帶初始功率47MW條件下，順利完成發(fā)電機(jī)機(jī)端側(cè)CT與高廠變CT極性檢查，極性正確，具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 主變差動(dòng)保護(hù)采樣數(shù)據(jù)

而主變高壓側(cè)CT與高廠變CT極性檢查，在機(jī)組整組啟動(dòng)前已完成，極性正確，所以發(fā)電機(jī)機(jī)端側(cè)CT與主變高壓側(cè)CT極性必然正確。主變差動(dòng)保護(hù)具備投入條件，整組啟動(dòng)期間主變電量主保護(hù)缺失問題得以有效解決。

3 結(jié)束語

本核電項(xiàng)目百萬千瓦發(fā)電機(jī)整組啟動(dòng)，通過對(duì)2項(xiàng)設(shè)備差異項(xiàng)的深入分析，對(duì)2項(xiàng)整組啟動(dòng)聯(lián)調(diào)技術(shù)的改進(jìn)，優(yōu)化機(jī)組首次并網(wǎng)聯(lián)調(diào)主線工期43h以上，總結(jié)出了截止目前核電發(fā)電機(jī)整組啟動(dòng)調(diào)試最優(yōu)路徑，并排查出機(jī)組首次并網(wǎng)期間主變電量主保護(hù)單純依靠充電保護(hù)的隱患，解決了首次并網(wǎng)期間主變差動(dòng)保護(hù)驗(yàn)證的難題。其實(shí)際效果已在該項(xiàng)目4臺(tái)機(jī)組的調(diào)試過程中得到體現(xiàn)，供國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組參考。

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Start-up Commissioning Technology Improvement and Implementation for 1000MW Generator in Nuclear Power Project

CHEN Xiaoyi, OU Xiaogao, XIANG Chao, LIU Yang

(China Nuclear Power Engineering Co., Ltd., Shenzhen 518124, China)

A nuclear power project taking Ling'ao phase II as reference, applied the same 1000MW generator technology, but chose some different equipment. Through in-depth technical analysis, test personnel solved many problems such as when the excitation transformer joined in, how to do the stator earth fault and main-transformer differential protection tests, and proposed a new start-up commissioning method, this paper was written on the basis of the practice of units 1~4, which is a reference for the whole set of the 1000MW half speed generator.

nuclear power; start-up commissioning; test; generating unit; improvement

TM623.3

1000-3983(2017)05-0076-05

2016-10-25

陳曉義（1982-），2005年畢業(yè)于華中科技大學(xué)電氣自動(dòng)化專業(yè)，中廣核工程有限公司調(diào)試中心，發(fā)變電系統(tǒng)啟動(dòng)調(diào)試，高級(jí)工程師。