秦山第二核電廠輔變運(yùn)行操作優(yōu)化

王思睿 陳天朋 盧孟輝

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 嘉興 314300）

0 引言

秦二廠機(jī)組輔變的設(shè)計(jì)于二十世紀(jì)九十年代，受制于當(dāng)時(shí)電網(wǎng)發(fā)展和技術(shù)，使得輔變?cè)谶\(yùn)行或檢修時(shí)的運(yùn)行倒閘操作十分復(fù)雜，增加了人因失誤的可能和檢修時(shí)間，這對(duì)核電機(jī)組而言是十分不利的。本文提出了新的倒閘操作方式，并論證了該操作方式的可行性，減少了輔助變不可用的時(shí)間，提高了輔助電源的可靠性。

秦二廠核電為M310壓水堆，與大亞灣核電一脈相承，輔變采用高壓側(cè)220KV供電，經(jīng)過并列兩臺(tái)變壓器，低壓側(cè)單母分段，母聯(lián)開關(guān)保持?jǐn)嚅_的運(yùn)行方式。單母分段的接線方式提高了供電的可靠性和靈活性，任一母線或母線隔離開關(guān)檢修，只需要停運(yùn)該段母線，減小了停電范圍。但是，為了提高輔變操作過程的可靠性，母聯(lián)開關(guān)保持?jǐn)嚅_即分列運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)需要對(duì)單臺(tái)輔變進(jìn)行檢修時(shí)，采用全停一段母線后再合閘母聯(lián)開關(guān)進(jìn)行供電的倒閘操作方式。

1 秦二廠3、4號(hào)機(jī)組輔變說明

1.1 輔變接線方式

秦山二廠3、4號(hào)機(jī)組輔助電源變電站（鴿山變）有兩路電源進(jìn)線。其一次接線圖如圖1所示。

圖1 鴿山變一次接線圖

1.2 輔變的運(yùn)行

1.2.1 輔變的倒閘操作

在管理上，一臺(tái)輔變的檢修采用的都是先停運(yùn)再供電的方式。

一臺(tái)輔變的檢修操作（1#輔變?yōu)槔?/p>

斷開Ⅰ段母線下游所有斷路器，斷開Ⅰ段母線進(jìn)線開關(guān)104JA，用聯(lián)鎖鑰匙將母聯(lián)開關(guān)207JA合閘，恢復(fù)Ⅰ段母線下游所有斷路器，斷開1#輔變進(jìn)線開關(guān)100JA。

1.2.2 輔變的電氣量保護(hù)設(shè)置

每臺(tái)輔變?cè)O(shè)有完全一樣的電氣量保護(hù)，每套保護(hù)包括差動(dòng)保護(hù)、高壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)以及高壓側(cè)零序過流保護(hù)。低壓側(cè)所有6KV開關(guān)選用了組合式過流與接地故障繼電器SPAJ142C，提供三段式短路故障和接地故障。

2 秦二廠鴿山變倒閘操作的優(yōu)化步驟

2.1 變壓器的理想并聯(lián)運(yùn)行

變壓器并聯(lián)運(yùn)行必須滿足三個(gè)條件：

（1）各變壓器一、二次側(cè)的額定電壓分別相等，即各變壓器的變比相等；

（2）各變壓器的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)相同；

（3）變壓器短路阻抗標(biāo)幺值相等，且短路電抗與短路電阻之比相等。

上述三個(gè)條件中，條件（2）必須嚴(yán)格保證。條件（1）和（3）允許有小的差別。在實(shí)際允許中，要求各并聯(lián)運(yùn)行的變壓器其變比的差值不超過1%，短路阻抗的差值不超過10%,短路阻抗角在10°～20°之間。

2.2 鴿山變變壓器參數(shù)

秦二廠鴿山變壓器為兩臺(tái)型號(hào)為SFZ-31500/220室外變壓器，具體參數(shù)見表1：

鴿山變兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行的三個(gè)條件均滿足。

2.3 倒閘操作步驟優(yōu)化

不停電倒閘方式：一臺(tái)輔變的檢修操作（1#輔變?yōu)槔缓祥l母聯(lián)斷路器，斷開Ⅰ段母線進(jìn)線開關(guān)104JA，斷開1#輔變進(jìn)線開關(guān)100JA。

3 倒閘方式改變后相關(guān)參數(shù)計(jì)算

3.1 輔變?cè)O(shè)備參數(shù)計(jì)算

在大型電力變壓器中，由于空載電流很小，在工程計(jì)算中可以忽略，通過簡化等效電路圖計(jì)算如下：

式中，r—變壓器短路電阻；x為變壓器短路電抗；z為變壓器短路阻抗。

將表1數(shù)據(jù)代入上式進(jìn)行計(jì)算可得；

表1 變壓器參數(shù)

3.2 輔變合環(huán)運(yùn)行沖擊電流計(jì)算

鑒于本電站配電網(wǎng)絡(luò)十分簡單，計(jì)算方法采用戴維南等值法。

理論上輔變二次側(cè)電壓完全相同，但實(shí)際二次側(cè)電壓并不相同，Ⅰ段母線電壓為6 273.2V，Ⅱ段母線電壓為6 756V，電壓差約483V。即使鴿山變兩臺(tái)變壓器完全滿足并列運(yùn)行條件，在母聯(lián)開關(guān)合閘瞬間，仍然會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。

鴿山變母聯(lián)合閘等效簡圖如圖2所示。

圖2 鴿山變等效電路圖

t=0時(shí)刻，母聯(lián)開關(guān)合閘，建模成一階暫態(tài)電路如圖2所示，電路的非其次微分方程式為：

式中，U為母聯(lián)開關(guān)兩段電壓差，R和L分別為合環(huán)電路電阻和電感，δ是合環(huán)操作瞬間母聯(lián)開關(guān)兩端電壓相角差。

3.3 短路電流計(jì)算

短路是電力系統(tǒng)中常發(fā)生的故障，輔變系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)一旦出現(xiàn)短路情況，可能造成設(shè)備損壞，甚至徹底失去輔助電源。本節(jié)假設(shè)輔變系統(tǒng)分別在圖1中d-d點(diǎn)出現(xiàn)三相短路，計(jì)算短路電流。

3.3.1 d點(diǎn)短路

假設(shè)d點(diǎn)出現(xiàn)三相短路，則將使輔助電源喪失，而與輔助變的運(yùn)行方式無關(guān)。短路電流不經(jīng)過輔變及下游負(fù)荷，對(duì)本文的研究沒有直接意義，故該點(diǎn)短路忽略。

3.3.2 d-d點(diǎn)短路

輔變?cè)诓⒘羞\(yùn)行時(shí)出現(xiàn)短路情況，即d點(diǎn)或d點(diǎn)短路。由于輔變并列運(yùn)行時(shí)間較短，所以不考慮兩條母線同時(shí)短路情況。

d點(diǎn)短路，短路電流與線路長度成反比，故假設(shè)d短路點(diǎn)剛好在出線短路器下游且靠近出線斷路器，此時(shí)短路電流最大。故在保護(hù)未動(dòng)作情況下d-d點(diǎn)的短路電流是一樣的。等效電路簡圖如圖3所示。

圖3 d2-d4點(diǎn)短路等效電路圖

短路沖擊電流I c=Kc*I=3 476 A，折算到低壓側(cè)沖擊電流ic=I c·k=121.38 KA。

4 合環(huán)運(yùn)行對(duì)設(shè)備及保護(hù)的影響

4.1 輔變的保護(hù)及設(shè)備參數(shù)

配電盤出線斷路器及母聯(lián)斷路器配置三段式電流保護(hù)，輔變供電系統(tǒng)簡單、線路段，各設(shè)備動(dòng)作定值見表2。

表2 設(shè)備動(dòng)作定值

4.2 并列運(yùn)行短路故障的影響

4.2.1 對(duì)保護(hù)配置的影響

由表2可知，輔變低壓側(cè)出線斷路器、母聯(lián)開關(guān)、饋線斷路器動(dòng)作電流均小于d-d點(diǎn)短路時(shí)電流67.43KA，各開關(guān)的繼電保護(hù)能夠正確動(dòng)作。

4.2.2 斷路器動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)

低壓側(cè)沖擊電流 ic=121.38 KA＜i

所以，在役斷路器滿足輔變并列運(yùn)行三相短路工況下的動(dòng)穩(wěn)定性要求。

4.2.3 斷路器熱穩(wěn)定性校驗(yàn)

繼電器動(dòng)作時(shí)間：t=0.3 s，斷路器動(dòng)作時(shí)間：t=0.045 s；

所以，在役斷路器滿足輔變并列運(yùn)行三相短路情況下的熱穩(wěn)定性要求。

5 結(jié)語

輔變倒閘操作優(yōu)化的關(guān)鍵步驟是輔變短暫地并列運(yùn)行。經(jīng)過計(jì)算，該工況下合閘沖擊電流很小，可以忽略不計(jì)，所以合閘沖擊電流滿足輔變并列運(yùn)行條件。

輔變并列運(yùn)行期間，如果出現(xiàn)最嚴(yán)重的短路工況，可以不改變現(xiàn)在繼電保護(hù)動(dòng)作定值的情況下，使繼電保護(hù)正確動(dòng)作；且斷路器的熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性均滿足要求。所以，輔變的并列運(yùn)行，不需要對(duì)當(dāng)前保護(hù)配置、設(shè)備選擇進(jìn)行任何改變，即不需要任何經(jīng)濟(jì)投入即可滿足要求。

輔變倒閘方式改變后，在一臺(tái)機(jī)組功率運(yùn)行期間對(duì)一臺(tái)輔變檢修時(shí)，不必先停運(yùn)一條母線，直接合閘母聯(lián)開關(guān)即可。