消弧線圈系統(tǒng)在核電廠中的應(yīng)用

徐盛海

福建福清核電有限公司 福建福清 350318

M310堆型核電廠（以下簡稱電廠）中壓系統(tǒng)電壓等級為6．6KV，按照DL/T5153-2002《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定》的規(guī)定，6．6KV系統(tǒng)中性點不能直接接地運行。因此，電廠前期投運的中壓系統(tǒng)的中性點接地方式采用不接地系統(tǒng)。隨著電廠中壓系統(tǒng)所帶負荷的增多，電纜使用量相應(yīng)增加，對地電容電流也不斷增大，中壓中性點不接地系統(tǒng)已不能滿足中壓系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

設(shè)計院通過電廠6．6KV電纜的電容參數(shù)計算中壓系統(tǒng)的電容電流，該電容電流遠遠超過標(biāo)準值10A。在不改變廠用電接線的情況下，不接地就無法有效降低電容電流。在不斷重視電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的現(xiàn)在，通過將中壓廠用電系統(tǒng)改為經(jīng)消弧線圈接地，提供補償電流并維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，是解決中壓系統(tǒng)電容電流超標(biāo)的最佳途徑。

1 消弧線圈的組成和主要功能

核電廠采用的消弧線圈是相控式消弧線圈。

1.1 消弧線圈的組成

消弧線圈主要由以下兩部分組成：消弧線圈組合柜和選線屏。其中選線屏又分純選線屏（僅進行選線）和選線控制屏(既可以進行選線又可以發(fā)命令給消弧線圈組合柜進行合閘。)

消弧線圈組合柜主要有以下幾個部分：三次電抗器和三次電容器、五次電抗器和五次電容器、可控硅、消弧線圈本體、風(fēng)扇、加熱器等。選線屏主要由XHK-II-B選線裝置和相關(guān)繼電器回路搭建而成[1]。

1.2 消弧線圈的主要功能

消弧線圈組合柜的主要功能：

·補償了電容電流，減小故障點的接地電流，電弧容易熄滅，不易重燃，防止事故擴大甚至消除事故；

·可帶單相接地故障運行一段時間；

·瞬時接地故障容易恢復(fù)，降低發(fā)展成永久接地的概率；

·抑制間歇性弧光過電壓。

選線屏的主要功能有：運行狀態(tài)指示、接地信息、選線分析、模塊狀態(tài)、系統(tǒng)設(shè)置、線路編號、信息統(tǒng)計、故障顯示。

2 電廠消弧線圈成套系統(tǒng)的保護原理和控制原理

2.1 消弧線圈成套系統(tǒng)的保護原理

·消弧線圈流過補償電流IL；

·電容上流過電容電流Ic；

·接地點流過殘流Ig=IL-Ic。

流過接地弧道的殘流由電容電流Ic和電感電流Il組成，他們可互相抵消。這就促使電弧自動熄滅（詳見圖1所示）。

圖1 保護原理圖

2.2 消弧線圈成套系統(tǒng)的控制原理

電廠使用是可控硅控制變壓器式消弧線圈。其一次繞組接中性點及地，二次繞組分為兩個；其中一個二次繞組構(gòu)成可控硅回路，另一個二次繞組構(gòu)成濾波回路。這種方式的消弧線圈實際上是漏抗很大的變壓器，通過調(diào)節(jié)可控硅導(dǎo)通角度，即可改變等效電抗值大小。由于可控硅控制時產(chǎn)生一定的諧波,三次繞組的濾波回路可以消除可控硅控制回路所引起的部分諧波電流，從而使一次繞組的總諧波電流控制在一定范圍內(nèi)。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，選線控制屏接收到中性點電壓和零序電流。當(dāng)接收電壓和電流同時超過整定值后，立即發(fā)信號給消弧線圈組合柜進行合閘，并通過可控硅改變消弧線圈等效阻抗來調(diào)節(jié)補償電流。

在消弧線圈投用之后，通過并聯(lián)中電阻進行選線；并在發(fā)現(xiàn)故障無法立即消除后，人為對開關(guān)進行斷開[2]。

3 消弧線圈在核電站中的特殊應(yīng)用

3.1 消弧線圈的投用方式

在系統(tǒng)正常運行期間，消弧線圈是不投用的；待系統(tǒng)發(fā)生接地故障時再投用。

雖然在系統(tǒng)接地期間，消弧線圈的投用可以減小接地殘流甚至達到自動熄弧的作用；但是在正常運行期間，消弧線圈如果繼續(xù)投用，有可能引發(fā)串聯(lián)諧振。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時投入消弧線圈，消弧線圈與三相對地等效為電容式并聯(lián)回路，不會發(fā)生諧振過電壓。

如果在系統(tǒng)正常運行期間投入消弧線圈，消弧線圈與三相對地電容是串聯(lián)回路。此時如果發(fā)生諧振，那么中性點電壓就會大大高于不對稱電壓。而系統(tǒng)要求正常時中性點電壓不超過0．15UN。即使不發(fā)生系統(tǒng)諧振，消弧線圈的投入也會引起變壓器中性點電壓位移，從而導(dǎo)致相電壓升高，對電廠的穩(wěn)定運行也是不利的。

考慮到核電站的特殊性和對安全系數(shù)要求較高的原因，經(jīng)過專家的討論和研究，確定核電廠消弧線圈的投用方案為：在正常運行時，6．6．kV系統(tǒng)維持中性點不接地的方式；發(fā)生單相故障時報警，并將消弧線圈投入，高壓廠變和輔助變低壓中性點經(jīng)消弧線圈接地，中性點的位移電壓產(chǎn)生感性電流流過接地點，補償電容電流，將接地點的綜合電流限制在10A以下；達到自動熄弧、選線、繼續(xù)供電的目的。之后，在故障處理完成后，將消弧線圈退出。這樣既能滿足RCC-E相關(guān)要求，又能消弧并選線，并且在投切消弧線圈時，不會對廠用電系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊。

3.2 選線屏采樣的特殊要求

原應(yīng)急段（LHA/LHB）采集的零序電流為開關(guān)柜自產(chǎn)的零序電流，而其他常規(guī)島饋線柜采集的零序電流為開關(guān)柜實際零序CT采集的零序電流。考慮到核安全的特殊性，應(yīng)急段饋線柜增加單獨的零序CT對二次電流信號進行傳輸，以防止可能出現(xiàn)的零序電流采樣不準確而導(dǎo)致選線屏無法正確選線[3]。

4 結(jié)語

電廠中壓系統(tǒng)由不接地系統(tǒng)改為經(jīng)過消弧線圈接地后，既保留了中性點不接地方式的優(yōu)點，即可以帶單相接地故障運行一段時間；又抑制了諧振過電壓，防止過電壓導(dǎo)致的設(shè)備損壞及對人身安全構(gòu)成的威脅。缺點是對選線的要求提高了，整個系統(tǒng)的操作因此也變得復(fù)雜一些，增加了系統(tǒng)運行與維護的成本。