秦山第二核電廠輔變運行操作優(yōu)化

王思睿 陳天朋 盧孟輝

（中核核電運行管理有限公司，浙江 嘉興 314300）

0 引言

秦二廠機組輔變的設計于二十世紀九十年代，受制于當時電網(wǎng)發(fā)展和技術，使得輔變在運行或檢修時的運行倒閘操作十分復雜，增加了人因失誤的可能和檢修時間，這對核電機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220KV供電，經(jīng)過并列兩臺變壓器，低壓側單母分段，母聯(lián)開關保持斷開的運行方式。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檢修，只需要停運該段母線，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)開關保持斷開即分列運行狀態(tài)。當需要對單臺輔變進行檢修時，采用全停一段母線后再合閘母聯(lián)開關進行供電的倒閘操作方式。

1 秦二廠3、4號機組輔變說明

1.1 輔變接線方式

秦山二廠3、4號機組輔助電源變電站（鴿山變）有兩路電源進線。其一次接線圖如圖1所示。

圖1 鴿山變一次接線圖

1.2 輔變的運行

1.2.1 輔變的倒閘操作

在管理上，一臺輔變的檢修采用的都是先停運再供電的方式。

一臺輔變的檢修操作（1#輔變?yōu)槔?/p>

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

1.2.2 輔變的電氣量保護設置

每臺輔變設有完全一樣的電氣量保護，每套保護包括差動保護、高壓側復壓過流保護以及高壓側零序過流保護。低壓側所有6KV開關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)運行

變壓器并聯(lián)運行必須滿足三個條件：

（1）各變壓器一、二次側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)結組標號相同；

（3）變壓器短路阻抗標幺值相等，且短路電抗與短路電阻之比相等。

上述三個條件中，條件（2）必須嚴格保證。條件（1）和（3）允許有小的差別。在實際允許中，要求各并聯(lián)運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型號為SFZ-31500/220室外變壓器，具體參數(shù)見表1：

鴿山變兩臺變壓器并列運行的三個條件均滿足。

2.3 倒閘操作步驟優(yōu)化

不停電倒閘方式：一臺輔變的檢修操作（1#輔變?yōu)槔?；合閘母聯(lián)斷路器，斷開Ⅰ段母線進線開關104JA，斷開1#輔變進線開關100JA。

3 倒閘方式改變后相關參數(shù)計算

3.1 輔變設備參數(shù)計算

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

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)代入上式進行計算可得；

表1 變壓器參數(shù)

3.2 輔變合環(huán)運行沖擊電流計算

鑒于本電站配電網(wǎng)絡十分簡單，計算方法采用戴維南等值法。

理論上輔變二次側電壓完全相同，但實際二次側電壓并不相同，Ⅰ段母線電壓為6 273.2V，Ⅱ段母線電壓為6 756V，電壓差約483V。即使鴿山變兩臺變壓器完全滿足并列運行條件，在母聯(lián)開關合閘瞬間，仍然會產(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時刻，母聯(lián)開關合閘，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)開關兩端電壓相角差。

3.3 短路電流計算

短路是電力系統(tǒng)中常發(fā)生的故障，輔變系統(tǒng)運行時一旦出現(xiàn)短路情況，可能造成設備損壞，甚至徹底失去輔助電源。本節(jié)假設輔變系統(tǒng)分別在圖1中d-d點出現(xiàn)三相短路，計算短路電流。

3.3.1 d點短路

假設d點出現(xiàn)三相短路，則將使輔助電源喪失，而與輔助變的運行方式無關。短路電流不經(jīng)過輔變及下游負荷，對本文的研究沒有直接意義，故該點短路忽略。

3.3.2 d-d點短路

輔變在并列運行時出現(xiàn)短路情況，即d點或d點短路。由于輔變并列運行時間較短，所以不考慮兩條母線同時短路情況。

d點短路，短路電流與線路長度成反比，故假設d短路點剛好在出線短路器下游且靠近出線斷路器，此時短路電流最大。故在保護未動作情況下d-d點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，折算到低壓側沖擊電流ic=I c·k=121.38 KA。

4 合環(huán)運行對設備及保護的影響

4.1 輔變的保護及設備參數(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，輔變供電系統(tǒng)簡單、線路段，各設備動作定值見表2。

表2 設備動作定值

4.2 并列運行短路故障的影響

4.2.1 對保護配置的影響

由表2可知，輔變低壓側出線斷路器、母聯(lián)開關、饋線斷路器動作電流均小于d-d點短路時電流67.43KA，各開關的繼電保護能夠正確動作。

4.2.2 斷路器動穩(wěn)定性校驗

低壓側沖擊電流 ic=121.38 KA＜i

所以，在役斷路器滿足輔變并列運行三相短路工況下的動穩(wěn)定性要求。

4.2.3 斷路器熱穩(wěn)定性校驗

繼電器動作時間：t=0.3 s，斷路器動作時間：t=0.045 s；

所以，在役斷路器滿足輔變并列運行三相短路情況下的熱穩(wěn)定性要求。

5 結語

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

輔變并列運行期間，如果出現(xiàn)最嚴重的短路工況，可以不改變現(xiàn)在繼電保護動作定值的情況下，使繼電保護正確動作；且斷路器的熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性均滿足要求。所以，輔變的并列運行，不需要對當前保護配置、設備選擇進行任何改變，即不需要任何經(jīng)濟投入即可滿足要求。

輔變倒閘方式改變后，在一臺機組功率運行期間對一臺輔變檢修時，不必先停運一條母線，直接合閘母聯(lián)開關即可。