核电站500kV主开关站远距离T区保护方案

叶育林 张延青

（深圳中广核工程设计有限公司，广东深圳 518057）

核电站500kV主开关站远距离T区保护方案

叶育林 张延青

（深圳中广核工程设计有限公司，广东深圳 518057）

接地短路电流、雷击、分布电容等都会对控制电缆中传输的保护信号和控制信号产生干扰，很容易造成保护的据动或者误动。本文就某核电站工程实例，计算分析保护信号和控制信号在远距离传输时所受到的影响，发现在区内短路故障情况下，保护装置端子上产生的端子对地电压甚至达到3400V，可能烧毁保护装置的端子。因此，对于保护信号和控制信号通过常规的控制电缆传输距离十分有限。但核电站的厂区规模越来越大，机组主变和500kV开关站的距离越来越远，对于此类远距离的T区保护问题，传统的T区保护已经不再适用，需更换了思路，引入了新的保护方案，并成功的在工程中得到实践，为类似电力工程中，特别是厂区内长距离保护配置问题的解决提供可供参考和借鉴的案例。

核电站 500kV T区保护

1 引言

随着国家核电发展规划的出台，我国核电进入了快速发展期。由于核电厂址宝贵，一般在一个核电厂址会批量建设4～6台核电机组，有的甚至更多，因此核电厂址的占地面积均较大。另外，核电机组输出电能的方式一般是通过主变升压后通过GIL管廊接入厂内500kV开关站。500kV开关站一般采用3/2接线方式。由于厂区大，主变又位于机组侧，因而经常出现主变到500kV主开关站距离较远。在实际工程中，有的机组主变高压侧距离500kV开关站超过1.5km。对于这种远距离T区的保护配置，需要进行新的思考。

2 远距离T区保护设备选型计算

2.1 电流互感器参数选型校验

2.1.1 短路电流

（1）系统侧短路电流

系统源对称短路电流周期分量（系统侧63kA）。电厂主接线图如图1。

②非周期时间常数：

（3）厂用变压器电动机源短路电流由于短路电流较小，忽略不计。

图1 电厂主接线图

图2 CT二次回路等效电路图

2.1.2 CT特性校验

（1）校验工况：

校验工程实际短路暂态过程中电流互感器特性时应考虑以下几种工况：

发变组T区内故障，重合闸不动作时，即在C-t-O情况下，电流互感器等效电势（对应图1中d1点短路）；

验证发变组T接区外故障，线路保护重合闸动作时，即在C-t'-O-tfr-C- t”-O工作循环过程中，电流互感器等效电势（对应图1中d2点短路）。

（2）校验方法：

根据《电流互感器和电压互感器选择及计算导则》DL/T866-2004对于C-t-O工作循环，所需的暂态面积系数为：

对于C-t'-O-tfr-C-t”-工作循环，所需的暂态面积系数为：

电流互感器参数参照某核电工程中电流互感器厂家资料进行计算；对应于发变组T接区内故障，重合闸不动作的工况（C-t-O），取断路器失灵保护切除故障时间250ms；对于发变组T接区外故障，线路保护重合闸动作的工况（C-t'-O-tfr-C-t”-O），取一般保护故障切除时间100ms，自动重合闸无流时间取300ms，取断路器动作的故障切除时间100ms，取断路器动作的故障切除时间100ms；发变组至500kV开关站间的电缆长度按1500米考虑，电缆截面积取4mm2；保护装置继电器负荷（电流为1A时）按0.5VA考虑。

（3）校验情况：

①电流互感器额定二次极限电动势：Eal=Ktd KsscIsn（Rct+Rbn） =16466.96V；

②发变组T区内故障，重合闸不动作时，等效二次极限电势为：

Eal'=Ktd'Kpcf（Rct+Rb）= =11408.1V

小于额定二次极限电势16466.96V，满足要求；

图3 短线光差保护配置示意图

小于规范中要求10%误差，满足要求。

③发变组T区外故障，线路保护重合闸动作时，等效二次极限电势为：

Eal'=Ktd'Kpcf（Rct+Rb）=971.7708V

小于额定二次极限电势16466.96V，满足要求；

2.1.3 CT二次侧回路电压计算

根据GB 16847《保护用电流互感器暂态特性技术要求》附录E中的图E1所示，当电流互感器二次侧接地在电流互感器本时，电流互感器二次回路可以简化为图2：

当发生T区内短路时，在忽略CT漏抗的情况下，电流互感器二次侧电流为：

Ic = Eal'/（Rct+2·Rl+Rb）=11408.1/（10+2×6.6+0.5）=481. 35 A；

则，电流互感器二次侧端口电压为：Us=Ic·（2·Rl+Rb）=481.35 ×（13.2+0.5）=6594.5V。

保护设备端口压差Ub=Ic·Rb=481.35×0.5=240.68V。

保护端口对地电压Ubn=Ic·（Rb+Rl）=481.35×（0.5+6.6）=3417.6V。

2.1.4 分析

计算表明，该核电厂电流互感器选型满足规范要求，但其二次极限电势最高达11408.1V，二次侧端口电压达到近6600V，选用450/750V常规电缆时，无法满足耐压要求。同时，保护端口对地电压达到3400V，已超过保护设备端口耐压水平，很可能烧毁保护设备。

2.2 控制和信号回路用控制电缆选择

根据《电力工程电气设计手册-电气二次部分》规定，只要操作回路按正常最大负荷下至各设备的电压降不得超过10%的条件校验电缆芯截面，可满足要求。

电缆压降问题可以通过增大电缆截面积来解决，但是在工程实际运用中，接地短路、雷击、分布电容等都会对控制电缆产生干扰。据有关工程经验及研究，当电缆超过800m时，控制信号通过电缆传输已不可靠。

3 短线光差保护的引入应用

传统的T区保护已无法解决上述两个问题，但如果把远距离的T区看作一条短线路的话，那么就可以采用光纤电流差动保护装置来构建保护方案。具体为用两套短线光差保护加上一套短引线保护，代替常规的T区保护，其中一套短线光差保护布置在机组侧，另一套短线光差保护和短引线保护布置在500kV开关站侧。将500kV开关站串内中、边断路器侧的两组电流互感器的二次侧并接，形成和电流，作为一组电流输入到光差保护装置中。如图3所示。当主变侧出线隔离开关闭合时，两侧光纤差动保护均可自动或手动投入，短引线保护可自动或手动退出；当主变侧出线隔离开关打开时，两侧光纤差动保护均可自动或手动退出，短引线保护可自动或手动投入。

4 结语

核电站的厂区规模越来越大，机组主变和500kV开关站的距离越来越远，因而产生了很多控制保护问题。本文简要分析了由于距离原因造成的保护配置方案的问题，并更换了思路，提出了新的保护方案。目前此方案已在多个核电站工程实际中应用，截止目前，运行状况良好。

［1］李旭，雷振锋，樊占峰，李宝伟.500kV变电站3/2接线T区短引线保护方案探讨 电力系统保护与控制［J］.2009年18期.

［2］卓乐友.电力工程电气设计200例［M］.中国电力出版社，2004年6月.