核電廠電氣二次設備分析

□楊 榛 崔 春

隨著我國社會經濟的不斷發展，對電力需求量越來越多，使得核電廠建設數量逐漸增多。核電廠電氣設備主要分兩個類型，分別是電氣一次設備和電氣二次設備。電氣二次設備主要包括繼電保護設備、自動裝置、故障錄波、就地監控和遠動裝置，是核電廠電力系統穩定運行的根本保證。核電廠電氣二次設備主要組成有如下方面：NCS系統(電廠升壓站計算機網絡監控系統)；ECMS系統(電廠廠用電氣監控管理系統)；繼電保護(升壓站、發變組、廠用電繼電保護)；準同期裝置；PMU系統(同步相量測量系統)；安全穩定系統；故障錄波器等。本文將分別介紹各系統的功能、配置原則等。

一、NCS系統

通過計算機對微機保護、微機控制與測量裝置實施監控。升壓站網絡監控系統作為全廠控制系統子站，與DCS等其他系統一起構成完整的電廠自動化系統，進行全廠生產管理與發電控制。

NCS系統具有“四遙”功能(遙信、遙測、遙控、遙脈)、檢同期功能、直流變送器采集功能、全站邏輯閉鎖功能、主接線、一次值顯示功能、網絡通信功能、AGC&AVC功能。其中遠動裝置用于收集全站測控單元保護裝置等智能電子設備的數據，經規約轉換后通過模擬通道、數字通道或網絡向調度端/集控站傳送，同時接收調度端/集控站的遙控遙調命令向變電站設備轉發。遠動信息采用“直采直送”的方式，通訊裝置的運行獨立于后臺監控系統，雙方互不影響。

二、ECMS系統

監控對象及功能：對電廠高壓、低壓廠用電部分的監控；對廠用電切換裝置的監控；對廠用變壓器的監控；對啟備變、發變組保護的監控；對交流直流智能系統的監視；對保安電源(應急柴油發電機)的監測；對勵磁系統的監測；與DCS、SIS、MIS系統的信息交互；對廠用電信息進行監測；通過通信方法實現對各斷路器的控制；提供電度、電壓合格率、開關動作次數等統計計算及管理功能；事故追憶及全站所有遙信的SOE功能保證了事故分析時的準確性；通過多種通訊方式實現與其他系統的信息交互等。典型組網架構如圖1所示。

圖1

三、繼電保護系統

升壓站繼電保護系統具有以下功能：線路保護功能(以光纖差動保護為例，重合閘功能、接地距離保護、相機距離保護、縱聯差動保護零序過流保護、)；母線保護功能(差動保護、斷路器失靈保護(220kV配置)、CT斷線邏輯)；母聯保護功能(充電過流及零序過流功能)；斷路器保護功能(三相不一致保護、斷路器失靈保護、死區保護、充電過流保護、重合閘功能)；變壓器保護功能(差動保護(主保護)、高、低壓側后備保護(相間后備、接地后備)、CT、PT斷線邏輯、非電量報警、跳閘功能)。

線路保護配置原則：220kV及以上電壓等級需按照雙重化配置，光纖差動線路保護兩側裝置型號須一致，通道可分為復用或直連。母線保護配置原則：220kV及以上電壓等級需按照雙重化配置。母聯保護配置原則：雙母線接線時按照單重化配置。斷路器保護配置原則：3/2接線每臺斷路器按照單套配置。變壓器保護配置原則：220kV及以上電壓等級需按照電量保護雙重化，非電量保護單重化原則配置。發變組繼電保護具有以下功能，如表1所示。發變組保護配置原則：150MW或220kV及以上電壓等級需按照電量保護雙重化，非電量保護單重化原則配置。

表1

四、準同期裝置

理想的同期條件：一是斷路器兩側的電壓幅值相等：Us=Ug；二是斷路器兩側的電壓頻率相等：fs=fg；三是斷路器合閘瞬間，兩側電壓的角差為零：δ=0，使得合閘瞬間系統對發電機的沖擊電流為0。

現實的同期條件：一是斷路器兩側的電壓幅值差在給定范圍內：|Us-Ug|<壓差設定值；二是斷路器兩側的電壓頻率差在給定范圍內：|fs-fg|<頻差設定值|dΔf/dt|<頻差加速度設定值；三是斷路器合閘瞬間，兩側電壓的角差為零：δ≈0，使得合閘瞬間系統對發電機的沖擊電流在允許范圍內。

準同期方式介紹:自動方式：只需一個遙控啟動脈沖。半自動方式：手動選點+手選確認。手動方式：所有的操作均響應外部開入，只有同期允許為程序判別。

圖2

五、PMU系統

主要功能：實時動態監測，通過調度中心主站實現對核電廠動態過程的監測分析，以加強對電力系統動態安全穩定的監控，提高調度機構準確把握系統運行狀態的能力。

主要配置：數據集中器、升壓站數據采集單元、主廠房數據采集單元、時鐘同步。

六、安全穩定系統

安全穩定系統的三道防線：第一道防線：電網快速保護及預防控制裝置，發生單一故障時，保持電網穩定運行和正常供電；第二道防線：穩定控制裝置/系統及切機切負荷，保證電網在發生概率較低的嚴重故障時，能繼續穩定運行；第三道防線：電網失步解列、電壓及頻率緊急控制，當電網遇到概率很低的多重嚴重事故而穩定破壞時，依靠這些裝置防止事故擴大，大面積停電。

主要配置：發電廠作為區域電網的執行端，一般按照主從配置安穩裝置。220kV及以上電壓等級需按照雙重化配置。發電廠站應裝設失步解列、頻率電壓緊急控制等設備。

七、故障錄波器

功能及配置原則：記錄電力系統大擾動發生前后的有關系統電參量的變化過程及繼電保護與安全自動裝置的動作行為，為擾動分析提供幫助。升壓站及發變組均需配置相應故障錄波器。