秦山CANDU機組發電機勵磁變后備保護在運行期間失效的處理方法及探討

步禎祎，湯 倩

（中核核電運行管理有限公司 秦三廠，浙江 海鹽 314300）

0 引言

勵磁系統是同步發電機的重要組成部分，其安全對發電機的正常運行至關重要[1]。勵磁系統通常由勵磁電源設備（如交流勵磁機、直流勵磁機、勵磁變壓器及整流裝置），手動、自動調節勵磁裝置，自動滅磁裝置以及開關等設備和上述裝置的控制、信號、測量儀表、保護等組成[2]。秦山CANDU機組的發電機勵磁變由日本日立（HITATCH）公司生產，為普通干式三相變壓器，高、低壓側繞組均為三角形接法，且都不接地。勵磁變保護裝置采用ALSTOM生產的K系列保護裝置組成，保護回路由美國Bechtel設計整定。勵磁變保護主要由電氣量保護：變壓器差動保護裝置、過流保護裝置；非電氣量保護：繞組溫度高保護、勵磁系統軟件保護及轉子接地報警裝置組成。

其中，差動保護裝置中配置的差動保護為無延時快速出口，過流保護裝置中配置的速斷過流保護在設計中有0.5s的延時，定時限過流保護和高壓側零序過流保護也均有延時出口。在秦山CANDU機組發電機勵磁變保護的原設計中，差動保護作為主保護，過流保護裝置中所配置的3個保護作為后備保護。

1 事件概述

2020年2 月21 日中班，主控室操縱員在巡檢時發現，秦山CANDU機組發電機勵磁變過流保護裝置在機組正常運行期間“HEALTHY”綠燈熄滅，“ALARM”黃燈常亮，保護裝置上無相關報文信息，主控室也未出現相關報警，發變組其他保護裝置均無任何報警及異常。

經現場檢查確認，發電機勵磁變電流數值處于正常范圍內，過流保護裝置顯示的勵磁變電流數值與實際值相同，過流保護裝置無任何保護動作，也未出現過相關報文信息。對過流保護裝置進行了多次復位，“ALARM”黃燈依舊常亮，查閱產品使用手冊后，確認出現該現象的原因為發電機勵磁變過流保護裝置設備失效。

2 事件后果

勵磁變作為專門為發電機勵磁系統提供三相交流勵磁電源的設備，其安全、穩定運行是前提，是發電機組穩定發電、滿負荷發電的先決條件，是勵磁系統可靠運行的關鍵[3]。而發電機勵磁變過流保護裝置的失效降低了發電機勵磁變保護的可靠性，失效的過流保護裝置隨時都有可能出現拒動或誤動的情況。在機組正常運行期間，發電機勵磁變過流保護裝置的拒動，會讓發電機勵磁變失去部分后備保護。而發電機勵磁變過流保護裝置的誤動作，則會導致發電機跳閘，嚴重影響機組的安全穩定運行。

3 故障處理

秦山CANDU機組發電機勵磁變過流保護裝置失效故障的處理步驟如下：

1）屏蔽失效裝置的保護出口，避免發生誤動作。

2）對后備保護退出期間風險進行控制。

3）在機組停機的窗口下，對失效裝置進行更換。

4）更換完成后，進行試驗檢查，確認故障消除。

3.1 屏蔽保護出口

勵磁變差動保護裝置和過流保護裝置的保護出口是相互獨立的，過流保護裝置退出運行，不會影響差動保護裝置的正常運行。過流保護裝置到發電機跳閘出口繼電器的回路中無出口壓板，由保護屏內的電纜直接連接。為了防止過流保護裝置誤動作而擴大故障范圍，需要將其保護出口進行屏蔽。因此，在保護屏內拆除了過流保護裝置啟動發電機跳閘出口繼電器回路的電纜，并用絕緣膠帶對其金屬部分進行纏繞隔離，確保過流保護裝置即使發生誤動作也不會啟動發電機跳閘出口繼電器。

圖1 勵磁變保護出口邏輯圖Fig.1 Logical diagram of the exit of the excitation transformer protection

3.2 風險分析與控制措施

發電機勵磁變差動保護裝置和過流保護裝置在勵磁變的高壓側使用的是同一組電流互感器，過流保護裝置退出后，勵磁變高壓側封閉母線進線（高壓側差動電流互感器安裝處）至低壓側勵磁柜內封閉母線進線（低壓側差動電流互感器安裝處）之間的故障，可以由差動保護功能所覆蓋。

由于勵磁變高低壓側均為三角形繞組，低壓側的零序電流不會輸出到高壓側，高壓側零序過流保護可以依靠發變組保護本身配置的發電機定子接地/中性點電壓偏移保護和發電機出口母線接地/中性點電壓偏移保護。因此，過流保護裝置中配置的高壓側零序過流保護功能投退，系統運行也不受影響。

只有在發生發電機或勵磁系統故障，而且它們本身配置的保護都不能快速切除故障的極端情況下，才會有可能需要過流保護裝置發揮作用。所以，屏蔽過流保護裝置的保護出口后，退出的3種后備保護所涉及的保護范圍均有其它保護所覆蓋，且保護配置合理，無需對其它保護配置進行修改或調整。

過流保護裝置退出期間，勵磁變的電氣量保護只有差動保護。若此期間勵磁變主保護裝置也發生裝置失效的情況，則必須停機進行處理。而由于裝置失效這個故障情況并不會觸發任何報警去主控，只有通過保護裝置上的“HELATHY”綠燈和“ALARM”黃燈來判斷裝置是否正常運行。因此，機組運行人員加強了對勵磁變壓器差動保護裝置工作狀態的巡檢，如果發現差動保護裝置有任何異常情況，立即聯系維修人員進行確認處理。

3.3 保護裝置更換

由于故障發生于機組正常運行期間，在線檢修的風險極大，而失效的過流保護裝置所保護的范圍也有其他保護所覆蓋。為確保機組能夠保持穩定運行，失效過流保護裝置的更換在機組停機的窗口下實施。

圖2 過流保護裝置本體與外殼Fig.2 Overcurrent protection device body and shell

ALSTOM公司K系列的過流保護裝置在屏柜上的安裝方式為插拔式，即過流保護裝置的外殼固定在屏柜上，其與外部回路的電纜連接均固定在裝置的外殼背面，保護裝置本體可以通過插拔的方式進行更換。在停機窗口下，將失效的過流保護裝置從安裝孔中拔出，再將事先校驗合格的過流保護裝置備件插入安裝孔中，確認安裝牢靠后，恢復過流保護裝置啟動發電機跳閘出口繼電器回路的電纜即可。

3.4 更換后試驗

雖然新換上的過流保護裝置已經通過校驗并確認合格，但為了防止新過流保護裝置在運輸途中損壞、定值誤改或所在回路故障的情況，在過流保護裝置更換完成且恢復了啟動發電機跳閘出口繼電器回路的電纜后，進行如下檢查與試驗：

1）定值核對：確保新換上的保護裝置定值完整、正確。

2）采樣精度檢查：使用繼電保護校驗儀向電流互感器回路輸入三相數值不同的交流電，確保電流互感器采樣回路正常，保護裝置電流采樣精度滿足要求，根據裝置說明書要求采樣精度最大誤差為5%。

3）保護出口回路試驗：使用繼電保護校驗儀加量模擬勵磁變發生短路故障，使得勵磁變速斷保護動作，確認保護裝置動作正常且啟動了發電機跳閘出口繼電器，主控出現對應報警。

表1 采樣精度檢查結果Table 1 Sampling accuracy check results

經此三項試驗合格，可以確認新保護裝置工作狀態正常，回路邏輯正確，保護裝置更換成功，故障處理完畢。

4 經驗反饋

秦山CANDU機組的運行人員實行三班倒的工作模式，每一班運行人員都會對機組進行一次巡檢，機組巡檢的頻率約為8小時一次。本次裝置失效故障的情況是由機組運行人員在巡檢時發現，也就是說裝置失效故障的存在時間可能有8個小時之久，這8個小時內裝置隨時都有可能發生誤動的情況，這對于正在運行的機組而言是極大的風險隱患。若是將裝置失效報警的信號接入機組主控室，主控室能在裝置失效后立即收到信號并聯系維修人員進行檢查與維修，可以有效提升機組運行的穩定性。

5 結束語

綜上所述，本文對發電機勵磁變后備保護裝置失效故障的處理過程進行了詳細的介紹，并結合秦山CANDU機組保護回路的情況，提出了將機組重要保護裝置失效報警信號接入主控室的建議。