秦山CANDU機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變后備保護(hù)在運(yùn)行期間失效的處理方法及探討

步禎祎，湯 倩

（中核核電運(yùn)行管理有限公司 秦三廠，浙江 海鹽 314300）

0 引言

勵(lì)磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，其安全對(duì)發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行至關(guān)重要[1]。勵(lì)磁系統(tǒng)通常由勵(lì)磁電源設(shè)備（如交流勵(lì)磁機(jī)、直流勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)磁變壓器及整流裝置），手動(dòng)、自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置，自動(dòng)滅磁裝置以及開(kāi)關(guān)等設(shè)備和上述裝置的控制、信號(hào)、測(cè)量?jī)x表、保護(hù)等組成[2]。秦山CANDU機(jī)組的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變由日本日立（HITATCH）公司生產(chǎn)，為普通干式三相變壓器，高、低壓側(cè)繞組均為三角形接法，且都不接地。勵(lì)磁變保護(hù)裝置采用ALSTOM生產(chǎn)的K系列保護(hù)裝置組成，保護(hù)回路由美國(guó)Bechtel設(shè)計(jì)整定。勵(lì)磁變保護(hù)主要由電氣量保護(hù)：變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置、過(guò)流保護(hù)裝置；非電氣量保護(hù)：繞組溫度高保護(hù)、勵(lì)磁系統(tǒng)軟件保護(hù)及轉(zhuǎn)子接地報(bào)警裝置組成。

其中，差動(dòng)保護(hù)裝置中配置的差動(dòng)保護(hù)為無(wú)延時(shí)快速出口，過(guò)流保護(hù)裝置中配置的速斷過(guò)流保護(hù)在設(shè)計(jì)中有0.5s的延時(shí)，定時(shí)限過(guò)流保護(hù)和高壓側(cè)零序過(guò)流保護(hù)也均有延時(shí)出口。在秦山CANDU機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變保護(hù)的原設(shè)計(jì)中，差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)，過(guò)流保護(hù)裝置中所配置的3個(gè)保護(hù)作為后備保護(hù)。

1 事件概述

2020年2 月21 日中班，主控室操縱員在巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)，秦山CANDU機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變過(guò)流保護(hù)裝置在機(jī)組正常運(yùn)行期間“HEALTHY”綠燈熄滅，“ALARM”黃燈常亮，保護(hù)裝置上無(wú)相關(guān)報(bào)文信息，主控室也未出現(xiàn)相關(guān)報(bào)警，發(fā)變組其他保護(hù)裝置均無(wú)任何報(bào)警及異常。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變電流數(shù)值處于正常范圍內(nèi)，過(guò)流保護(hù)裝置顯示的勵(lì)磁變電流數(shù)值與實(shí)際值相同，過(guò)流保護(hù)裝置無(wú)任何保護(hù)動(dòng)作，也未出現(xiàn)過(guò)相關(guān)報(bào)文信息。對(duì)過(guò)流保護(hù)裝置進(jìn)行了多次復(fù)位，“ALARM”黃燈依舊常亮，查閱產(chǎn)品使用手冊(cè)后，確認(rèn)出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因?yàn)榘l(fā)電機(jī)勵(lì)磁變過(guò)流保護(hù)裝置設(shè)備失效。

2 事件后果

勵(lì)磁變作為專門為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)提供三相交流勵(lì)磁電源的設(shè)備，其安全、穩(wěn)定運(yùn)行是前提，是發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定發(fā)電、滿負(fù)荷發(fā)電的先決條件，是勵(lì)磁系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵[3]。而發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變過(guò)流保護(hù)裝置的失效降低了發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變保護(hù)的可靠性，失效的過(guò)流保護(hù)裝置隨時(shí)都有可能出現(xiàn)拒動(dòng)或誤動(dòng)的情況。在機(jī)組正常運(yùn)行期間，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變過(guò)流保護(hù)裝置的拒動(dòng)，會(huì)讓發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變失去部分后備保護(hù)。而發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變過(guò)流保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，則會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)跳閘，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 故障處理

秦山CANDU機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變過(guò)流保護(hù)裝置失效故障的處理步驟如下：

1）屏蔽失效裝置的保護(hù)出口，避免發(fā)生誤動(dòng)作。

2）對(duì)后備保護(hù)退出期間風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行控制。

3）在機(jī)組停機(jī)的窗口下，對(duì)失效裝置進(jìn)行更換。

4）更換完成后，進(jìn)行試驗(yàn)檢查，確認(rèn)故障消除。

3.1 屏蔽保護(hù)出口

勵(lì)磁變差動(dòng)保護(hù)裝置和過(guò)流保護(hù)裝置的保護(hù)出口是相互獨(dú)立的，過(guò)流保護(hù)裝置退出運(yùn)行，不會(huì)影響差動(dòng)保護(hù)裝置的正常運(yùn)行。過(guò)流保護(hù)裝置到發(fā)電機(jī)跳閘出口繼電器的回路中無(wú)出口壓板，由保護(hù)屏內(nèi)的電纜直接連接。為了防止過(guò)流保護(hù)裝置誤動(dòng)作而擴(kuò)大故障范圍，需要將其保護(hù)出口進(jìn)行屏蔽。因此，在保護(hù)屏內(nèi)拆除了過(guò)流保護(hù)裝置啟動(dòng)發(fā)電機(jī)跳閘出口繼電器回路的電纜，并用絕緣膠帶對(duì)其金屬部分進(jìn)行纏繞隔離，確保過(guò)流保護(hù)裝置即使發(fā)生誤動(dòng)作也不會(huì)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)跳閘出口繼電器。

圖1 勵(lì)磁變保護(hù)出口邏輯圖Fig.1 Logical diagram of the exit of the excitation transformer protection

3.2 風(fēng)險(xiǎn)分析與控制措施

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變差動(dòng)保護(hù)裝置和過(guò)流保護(hù)裝置在勵(lì)磁變的高壓側(cè)使用的是同一組電流互感器，過(guò)流保護(hù)裝置退出后，勵(lì)磁變高壓側(cè)封閉母線進(jìn)線（高壓側(cè)差動(dòng)電流互感器安裝處）至低壓側(cè)勵(lì)磁柜內(nèi)封閉母線進(jìn)線（低壓側(cè)差動(dòng)電流互感器安裝處）之間的故障，可以由差動(dòng)保護(hù)功能所覆蓋。

由于勵(lì)磁變高低壓側(cè)均為三角形繞組，低壓側(cè)的零序電流不會(huì)輸出到高壓側(cè)，高壓側(cè)零序過(guò)流保護(hù)可以依靠發(fā)變組保護(hù)本身配置的發(fā)電機(jī)定子接地/中性點(diǎn)電壓偏移保護(hù)和發(fā)電機(jī)出口母線接地/中性點(diǎn)電壓偏移保護(hù)。因此，過(guò)流保護(hù)裝置中配置的高壓側(cè)零序過(guò)流保護(hù)功能投退，系統(tǒng)運(yùn)行也不受影響。

只有在發(fā)生發(fā)電機(jī)或勵(lì)磁系統(tǒng)故障，而且它們本身配置的保護(hù)都不能快速切除故障的極端情況下，才會(huì)有可能需要過(guò)流保護(hù)裝置發(fā)揮作用。所以，屏蔽過(guò)流保護(hù)裝置的保護(hù)出口后，退出的3種后備保護(hù)所涉及的保護(hù)范圍均有其它保護(hù)所覆蓋，且保護(hù)配置合理，無(wú)需對(duì)其它保護(hù)配置進(jìn)行修改或調(diào)整。

過(guò)流保護(hù)裝置退出期間，勵(lì)磁變的電氣量保護(hù)只有差動(dòng)保護(hù)。若此期間勵(lì)磁變主保護(hù)裝置也發(fā)生裝置失效的情況，則必須停機(jī)進(jìn)行處理。而由于裝置失效這個(gè)故障情況并不會(huì)觸發(fā)任何報(bào)警去主控，只有通過(guò)保護(hù)裝置上的“HELATHY”綠燈和“ALARM”黃燈來(lái)判斷裝置是否正常運(yùn)行。因此，機(jī)組運(yùn)行人員加強(qiáng)了對(duì)勵(lì)磁變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置工作狀態(tài)的巡檢，如果發(fā)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)裝置有任何異常情況，立即聯(lián)系維修人員進(jìn)行確認(rèn)處理。

3.3 保護(hù)裝置更換

由于故障發(fā)生于機(jī)組正常運(yùn)行期間，在線檢修的風(fēng)險(xiǎn)極大，而失效的過(guò)流保護(hù)裝置所保護(hù)的范圍也有其他保護(hù)所覆蓋。為確保機(jī)組能夠保持穩(wěn)定運(yùn)行，失效過(guò)流保護(hù)裝置的更換在機(jī)組停機(jī)的窗口下實(shí)施。

圖2 過(guò)流保護(hù)裝置本體與外殼Fig.2 Overcurrent protection device body and shell

ALSTOM公司K系列的過(guò)流保護(hù)裝置在屏柜上的安裝方式為插拔式，即過(guò)流保護(hù)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(hù)裝置本體可以通過(guò)插拔的方式進(jìn)行更換。在停機(jī)窗口下，將失效的過(guò)流保護(hù)裝置從安裝孔中拔出，再將事先校驗(yàn)合格的過(guò)流保護(hù)裝置備件插入安裝孔中，確認(rèn)安裝牢靠后，恢復(fù)過(guò)流保護(hù)裝置啟動(dòng)發(fā)電機(jī)跳閘出口繼電器回路的電纜即可。

3.4 更換后試驗(yàn)

雖然新?lián)Q上的過(guò)流保護(hù)裝置已經(jīng)通過(guò)校驗(yàn)并確認(rèn)合格，但為了防止新過(guò)流保護(hù)裝置在運(yùn)輸途中損壞、定值誤改或所在回路故障的情況，在過(guò)流保護(hù)裝置更換完成且恢復(fù)了啟動(dòng)發(fā)電機(jī)跳閘出口繼電器回路的電纜后，進(jìn)行如下檢查與試驗(yàn)：

1）定值核對(duì)：確保新?lián)Q上的保護(hù)裝置定值完整、正確。

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

3）保護(hù)出口回路試驗(yàn)：使用繼電保護(hù)校驗(yàn)儀加量模擬勵(lì)磁變發(fā)生短路故障，使得勵(lì)磁變速斷保護(hù)動(dòng)作，確認(rèn)保護(hù)裝置動(dòng)作正常且啟動(dòng)了發(fā)電機(jī)跳閘出口繼電器，主控出現(xiàn)對(duì)應(yīng)報(bào)警。

表1 采樣精度檢查結(jié)果Table 1 Sampling accuracy check results

經(jīng)此三項(xiàng)試驗(yàn)合格，可以確認(rèn)新保護(hù)裝置工作狀態(tài)正常，回路邏輯正確，保護(hù)裝置更換成功，故障處理完畢。

4 經(jīng)驗(yàn)反饋

秦山CANDU機(jī)組的運(yùn)行人員實(shí)行三班倒的工作模式，每一班運(yùn)行人員都會(huì)對(duì)機(jī)組進(jìn)行一次巡檢，機(jī)組巡檢的頻率約為8小時(shí)一次。本次裝置失效故障的情況是由機(jī)組運(yùn)行人員在巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)，也就是說(shuō)裝置失效故障的存在時(shí)間可能有8個(gè)小時(shí)之久，這8個(gè)小時(shí)內(nèi)裝置隨時(shí)都有可能發(fā)生誤動(dòng)的情況，這對(duì)于正在運(yùn)行的機(jī)組而言是極大的風(fēng)險(xiǎn)隱患。若是將裝置失效報(bào)警的信號(hào)接入機(jī)組主控室，主控室能在裝置失效后立即收到信號(hào)并聯(lián)系維修人員進(jìn)行檢查與維修，可以有效提升機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變后備保護(hù)裝置失效故障的處理過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并結(jié)合秦山CANDU機(jī)組保護(hù)回路的情況，提出了將機(jī)組重要保護(hù)裝置失效報(bào)警信號(hào)接入主控室的建議。