核電廠電氣二次設(shè)備分析

□楊 榛 崔 春

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)電力需求量越來(lái)越多，使得核電廠建設(shè)數(shù)量逐漸增多。核電廠電氣設(shè)備主要分兩個(gè)類(lèi)型，分別是電氣一次設(shè)備和電氣二次設(shè)備。電氣二次設(shè)備主要包括繼電保護(hù)設(shè)備、自動(dòng)裝置、故障錄波、就地監(jiān)控和遠(yuǎn)動(dòng)裝置，是核電廠電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的根本保證。核電廠電氣二次設(shè)備主要組成有如下方面：NCS系統(tǒng)(電廠升壓站計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng))；ECMS系統(tǒng)(電廠廠用電氣監(jiān)控管理系統(tǒng))；繼電保護(hù)(升壓站、發(fā)變組、廠用電繼電保護(hù))；準(zhǔn)同期裝置；PMU系統(tǒng)(同步相量測(cè)量系統(tǒng))；安全穩(wěn)定系統(tǒng)；故障錄波器等。本文將分別介紹各系統(tǒng)的功能、配置原則等。

一、NCS系統(tǒng)

通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)微機(jī)保護(hù)、微機(jī)控制與測(cè)量裝置實(shí)施監(jiān)控。升壓站網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)作為全廠控制系統(tǒng)子站，與DCS等其他系統(tǒng)一起構(gòu)成完整的電廠自動(dòng)化系統(tǒng)，進(jìn)行全廠生產(chǎn)管理與發(fā)電控制。

NCS系統(tǒng)具有“四遙”功能(遙信、遙測(cè)、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(wǎng)絡(luò)通信功能、AGC&AVC功能。其中遠(yuǎn)動(dòng)裝置用于收集全站測(cè)控單元保護(hù)裝置等智能電子設(shè)備的數(shù)據(jù)，經(jīng)規(guī)約轉(zhuǎn)換后通過(guò)模擬通道、數(shù)字通道或網(wǎng)絡(luò)向調(diào)度端/集控站傳送，同時(shí)接收調(diào)度端/集控站的遙控遙調(diào)命令向變電站設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)。遠(yuǎn)動(dòng)信息采用“直采直送”的方式，通訊裝置的運(yùn)行獨(dú)立于后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，雙方互不影響。

二、ECMS系統(tǒng)

監(jiān)控對(duì)象及功能：對(duì)電廠高壓、低壓廠用電部分的監(jiān)控；對(duì)廠用電切換裝置的監(jiān)控；對(duì)廠用變壓器的監(jiān)控；對(duì)啟備變、發(fā)變組保護(hù)的監(jiān)控；對(duì)交流直流智能系統(tǒng)的監(jiān)視；對(duì)保安電源(應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī))的監(jiān)測(cè)；對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)；與DCS、SIS、MIS系統(tǒng)的信息交互；對(duì)廠用電信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)；通過(guò)通信方法實(shí)現(xiàn)對(duì)各斷路器的控制；提供電度、電壓合格率、開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)等統(tǒng)計(jì)計(jì)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(shí)的準(zhǔn)確性；通過(guò)多種通訊方式實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的信息交互等。典型組網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1

三、繼電保護(hù)系統(tǒng)

升壓站繼電保護(hù)系統(tǒng)具有以下功能：線路保護(hù)功能(以光纖差動(dòng)保護(hù)為例，重合閘功能、接地距離保護(hù)、相機(jī)距離保護(hù)、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)零序過(guò)流保護(hù)、)；母線保護(hù)功能(差動(dòng)保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)(220kV配置)、CT斷線邏輯)；母聯(lián)保護(hù)功能(充電過(guò)流及零序過(guò)流功能)；斷路器保護(hù)功能(三相不一致保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)、死區(qū)保護(hù)、充電過(guò)流保護(hù)、重合閘功能)；變壓器保護(hù)功能(差動(dòng)保護(hù)(主保護(hù))、高、低壓側(cè)后備保護(hù)(相間后備、接地后備)、CT、PT斷線邏輯、非電量報(bào)警、跳閘功能)。

線路保護(hù)配置原則：220kV及以上電壓等級(jí)需按照雙重化配置，光纖差動(dòng)線路保護(hù)兩側(cè)裝置型號(hào)須一致，通道可分為復(fù)用或直連。母線保護(hù)配置原則：220kV及以上電壓等級(jí)需按照雙重化配置。母聯(lián)保護(hù)配置原則：雙母線接線時(shí)按照單重化配置。斷路器保護(hù)配置原則：3/2接線每臺(tái)斷路器按照單套配置。變壓器保護(hù)配置原則：220kV及以上電壓等級(jí)需按照電量保護(hù)雙重化，非電量保護(hù)單重化原則配置。發(fā)變組繼電保護(hù)具有以下功能，如表1所示。發(fā)變組保護(hù)配置原則：150MW或220kV及以上電壓等級(jí)需按照電量保護(hù)雙重化，非電量保護(hù)單重化原則配置。

表1

四、準(zhǔn)同期裝置

理想的同期條件：一是斷路器兩側(cè)的電壓幅值相等：Us=Ug；二是斷路器兩側(cè)的電壓頻率相等：fs=fg；三是斷路器合閘瞬間，兩側(cè)電壓的角差為零：δ=0，使得合閘瞬間系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)的沖擊電流為0。

現(xiàn)實(shí)的同期條件：一是斷路器兩側(cè)的電壓幅值差在給定范圍內(nèi)：|Us-Ug|<壓差設(shè)定值；二是斷路器兩側(cè)的電壓頻率差在給定范圍內(nèi)：|fs-fg|<頻差設(shè)定值|dΔf/dt|<頻差加速度設(shè)定值；三是斷路器合閘瞬間，兩側(cè)電壓的角差為零：δ≈0，使得合閘瞬間系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)的沖擊電流在允許范圍內(nèi)。

準(zhǔn)同期方式介紹:自動(dòng)方式：只需一個(gè)遙控啟動(dòng)脈沖。半自動(dòng)方式：手動(dòng)選點(diǎn)+手選確認(rèn)。手動(dòng)方式：所有的操作均響應(yīng)外部開(kāi)入，只有同期允許為程序判別。

圖2

五、PMU系統(tǒng)

主要功能：實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，通過(guò)調(diào)度中心主站實(shí)現(xiàn)對(duì)核電廠動(dòng)態(tài)過(guò)程的監(jiān)測(cè)分析，以加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全穩(wěn)定的監(jiān)控，提高調(diào)度機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確把握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的能力。

主要配置：數(shù)據(jù)集中器、升壓站數(shù)據(jù)采集單元、主廠房數(shù)據(jù)采集單元、時(shí)鐘同步。

六、安全穩(wěn)定系統(tǒng)

安全穩(wěn)定系統(tǒng)的三道防線：第一道防線：電網(wǎng)快速保護(hù)及預(yù)防控制裝置，發(fā)生單一故障時(shí)，保持電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和正常供電；第二道防線：穩(wěn)定控制裝置/系統(tǒng)及切機(jī)切負(fù)荷，保證電網(wǎng)在發(fā)生概率較低的嚴(yán)重故障時(shí)，能繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行；第三道防線：電網(wǎng)失步解列、電壓及頻率緊急控制，當(dāng)電網(wǎng)遇到概率很低的多重嚴(yán)重事故而穩(wěn)定破壞時(shí)，依靠這些裝置防止事故擴(kuò)大，大面積停電。

主要配置：發(fā)電廠作為區(qū)域電網(wǎng)的執(zhí)行端，一般按照主從配置安穩(wěn)裝置。220kV及以上電壓等級(jí)需按照雙重化配置。發(fā)電廠站應(yīng)裝設(shè)失步解列、頻率電壓緊急控制等設(shè)備。

七、故障錄波器

功能及配置原則：記錄電力系統(tǒng)大擾動(dòng)發(fā)生前后的有關(guān)系統(tǒng)電參量的變化過(guò)程及繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的動(dòng)作行為，為擾動(dòng)分析提供幫助。升壓站及發(fā)變組均需配置相應(yīng)故障錄波器。