核電站500kV主開關站遠距離T區保護方案

葉育林 張延青

【摘 要】接地短路電流、雷擊、分布電容等都會對控制電纜中傳輸的保護信號和控制信號產生干擾，很容易造成保護的據動或者誤動。本文就某核電站工程實例，計算分析保護信號和控制信號在遠距離傳輸時所受到的影響，發現在區內短路故障情況下，保護裝置端子上產生的端子對地電壓甚至達到3400V，可能燒毀保護裝置的端子。因此，對于保護信號和控制信號通過常規的控制電纜傳輸距離十分有限。但核電站的廠區規模越來越大，機組主變和500kV開關站的距離越來越遠，對于此類遠距離的T區保護問題，傳統的T區保護已經不再適用，需更換了思路，引入了新的保護方案，并成功的在工程中得到實踐，為類似電力工程中，特別是廠區內長距離保護配置問題的解決提供可供參考和借鑒的案例。

【關鍵詞】核電站 500kV T區保護

1 引言

隨著國家核電發展規劃的出臺，我國核電進入了快速發展期。由于核電廠址寶貴，一般在一個核電廠址會批量建設4～6臺核電機組，有的甚至更多，因此核電廠址的占地面積均較大。另外，核電機組輸出電能的方式一般是通過主變升壓后通過GIL管廊接入廠內500kV開關站。500kV開關站一般采用3/2接線方式。由于廠區大，主變又位于機組側，因而經常出現主變到500kV主開關站距離較遠。在實際工程中，有的機組主變高壓側距離500kV開關站超過1.5km。對于這種遠距離T區的保護配置，需要進行新的思考。

2 遠距離T區保護設備選型計算

2.1 電流互感器參數選型校驗

2.1.1 短路電流

（1）系統側短路電流

系統源對稱短路電流周期分量（系統側63kA）。電廠主接線圖如圖1。

圖1 電廠主接線圖

（2）發電機源對稱短路電流

① 發電機源對稱短路電流：

② 非周期時間常數：

（3）廠用變壓器電動機源短路電流由于短路電流較小，忽略不計。

2.1.2 CT特性校驗

（1） 校驗工況

校驗工程實際短路暫態過程中電流互感器特性時應考慮以下幾種工況：

發變組T區內故障，重合閘不動作時，即在C-t-O情況下，電流互感器等效電勢（對應圖1中d1點短路）；

驗證發變組T接區外故障，線路保護重合閘動作時，即在C- t-O- tfr -C- t”-O工作循環過程中，電流互感器等效電勢（對應圖1中 d2點短路）；

（2） 校驗方法

根據《電流互感器和電壓互感器選擇及計算導則》DL/T866-2004對于C-t-O工作循環，所需的暫態面積系數為：

對于C-t-O-tfr-C-t”-工作循環，所需的暫態面積系數為：

電流互感器參數參照某核電工程中電流互感器廠家資料進行計算；對應于發變組T接區內故障，重合閘不動作的工況（C-t-O），取斷路器失靈保護切除故障時間250ms；對于發變組T接區外故障，線路保護重合閘動作的工況（C-t-O-tfr-C-t”-O），取一般保護故障切除時間100ms，自動重合閘無流時間取300ms，取斷路器動作的故障切除時間100ms，取斷路器動作的故障切除時間100ms；發變組至500kV開關站間的電纜長度按1500米考慮，電纜截面積取4mm2；保護裝置繼電器負荷（電流為1A時）按0.5VA考慮。

（3） 校驗情況

① 電流互感器額定二次極限電動勢：Eal = KtdKsscIsn（Rct+Rbn） =16466.96V；

② 發變組T區內故障，重合閘不動作時，等效二次極限電勢為：

Eal=KtdKpcf（R?ct+Rb）= =11408.1V

小于額定二次極限電勢16466.96V，滿足要求；

暫態誤差： ，

小于規范中要求10%誤差，滿足要求。

③發變組T區外故障，線路保護重合閘動作時，等效二次極限電勢為：

Eal=KtdKpcf（R?ct+Rb）= 971.7708V

小于額定二次極限電勢16466.96V，滿足要求；

暫態誤差： ，小于10%誤差，滿足要求。

2.1.3 CT二次側回路電壓計算

根據GB 16847《保護用電流互感器暫態特性技術要求》附錄E中的圖E1所示，當電流互感器二次側接地在電流互感器本時，電流互感器二次回路可以簡化為下圖：

2.1.4 分析

計算表明，該核電廠電流互感器選型滿足規范要求，但其二次極限電勢最高達11408.1V，二次側端口電壓達到近6600V，選用450/750V常規電纜時，無法滿足耐壓要求。同時，保護端口對地電壓達到3400V，已超過保護設備端口耐壓水平，很可能燒毀保護設備。

2.2 控制和信號回路用控制電纜選擇

根據《電力工程電氣設計手冊-電氣二次部分》規定，只要操作回路按正常最大負荷下至各設備的電壓降不得超過10%的條件校驗電纜芯截面，可滿足要求。

電纜壓降問題可以通過增大電纜截面積來解決，但是在工程實際運用中，接地短路、雷擊、分布電容等都會對控制電纜產生干擾。據有關工程經驗及研究，當電纜超過800m時，控制信號通過電纜傳輸已不可靠。

3 短線光差保護的引入應用

傳統的T區保護已無法解決上述兩個問題，但如果把遠距離的T區看作一條短線路的話，那么就可以采用光纖電流差動保護裝置來構建保護方案。具體為用兩套短線光差保護加上一套短引線保護，代替常規的T區保護，其中一套短線光差保護布置在機組側，另一套短線光差保護和短引線保護布置在500kV開關站側。將500kV開關站串內中、邊斷路器側的兩組電流互感器的二次側并接，形成和電流，作為一組電流輸入到光差保護裝置中。如圖3所示。當主變側出線隔離開關閉合時，兩側光纖差動保護均可自動或手動投入，短引線保護可自動或手動退出；當主變側出線隔離開關打開時，兩側光纖差動保護均可自動或手動退出，短引線保護可自動或手動投入。

4 結語

核電站的廠區規模越來越大，機組主變和500kV開關站的距離越來越遠，因而產生了很多控制保護問題。本文簡要分析了由于距離原因造成的保護配置方案的問題，并更換了思路，提出了新的保護方案。目前此方案已在多個核電站工程實際中應用，截止目前，運行狀況良好。

參考文獻：

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[2] 卓樂友.電力工程電氣設計200例[M].中國電力出版社，2004年6月.