CPR1000核电机组发变组保护国产化后保护配置优化

朱春锋++程兆辉++谭胜盛++李先军++王东

【摘 要】CPR1000核电在役及在建机组，发变组保护多采用国外进口技术，直至宁德核电及防城港核电项目，采用南京南瑞生产的RCS-985系列保护装置，首次实现了发变组保护的国产化。但在调试过程中，发现部分保护配置不满足核电机组安全运行要求，存在保护误动和拒动的隐患。结合核电机组运行特点，通过研究保护配置中存在的风险并改进优化，确保发变组保护能可靠投入。优化后发变组保护配置具有典型意义，为核电厂发变组保护国产化应用补上了实践改进的最后一环，对其它堆型的发变组保护配置也具有较高的推广借鉴意义。

【关键词】核电 发变组保护 配置优化

发电机和变压器保护系统是核电机组最核心的电气继电保护系统，承担着汽轮发电机、主变压器和高压厂用变压器的故障或非正常运行状态时可靠切除故障设备、确保机组安全运行的重要作用。CPR1000核电在役及在建机组，发变组保护多采用国外进口设备，直至某核电厂，首次采用国产发变组保护装置，实现了CPR1000核电机组发变组保护的国产化。但在调试过程中，发现了部分保护配置未考虑CPR1000核电机组运行要求，存在一定的跳机跳堆风险，影响机组安全稳定运行。

1 发变组保护在核电机组首次应用时存在的问题

在设备调试中，发现部分保护配置未考虑核电机组运行特点和试验要求，存在极大的跳机跳堆风险，不能满足核电厂正常运行要求，具体表现在以下几个方面：（1）主变过激磁保护有流判据闭锁元件造成保护拒动的问题；（2）发电机频率保护配置问题；（3）电压型保护动作元件无法启动发电机断路器失灵保护问题。

2 发变组保护配置优化

针对保护配置中存在的隐患，通过研究分析，优化保护配置，消除设备误动和拒动隐患，确保发变组保护能够可靠投入。

2.1 主变过激磁保护配置优化

2.1.1 主变过激磁保护配置分析

为了防止主变过激磁引起的温升加速绝缘老化、使绕组的绝缘强度和机械性能恶化，配置主变过激磁保护[1]。过激磁保护逻辑图见图1。

配置主变有流判据闭锁的目的：为了防止主变高压侧TV在暂态过程中的电压量影响，造成主变过激磁保护误动作[1]。核电机组主变高压侧CT变比4000/1A，有流判据动作一次电流为160A；但主变经高厂变带厂用电运行期间，最大厂用电负荷为68MW（核电厂日常运行数据），经过计算，主变空载运行时，最大负荷电流为73A，远小于主变有流值160A。因此，若发生主变过激磁故障，有流判據将闭锁保护，主变过激磁保护拒动。

2.1.2 主变过激磁保护配置优化措施

（1）取消主变过激磁有流判据，防止保护拒动；（2）主变过激磁保护选取反时限保护，确保保护不会误动作。

2.2 发电机频率保护配置优化

2.2.1 低频保护配置分析

为了确保核电厂安全运行，发电机频率过低时，首先跳开500kV开关，切除机组与系统联系，避免系统故障影响核电机组安全运行；若发电机频率仍然不满足要求，启动机组停机、启动厂用电切换。因此，发电机低频延时保护至少要求配置2段，方可满足核电机组需求。原低频延时保护跳闸功能仅配置1段，不满足核电运行要求。

优化后保护配置见图2。

2.2.2 过频保护配置分析

频率异常保护用于保护汽轮机，防止汽轮机叶片及其拉金的断裂事故。如果发电机频率升高或降低，会使叶片受到很大的谐振应力，使金属材料疲劳，材料的疲劳是一个不可逆转的过程，所以应给出规定的频率下累计运行时间[2]。当发电机组甩负荷至空载或打闸停机期间，汽轮机转速短时上升，当转速超过1545转/分钟时，将启动发电机过频保护跳闸，跳开500kV开关，造成主变及厂用电失电，引起机组故障扩大，触发跳堆风险。

发电机过频保护由过频保护报警和过频保护跳闸组成，原过频延时保护无闭锁，存在保护误动风险。

优化后保护配置见图3。

2.2.3 频率保护配置优化

根据上述分析，优化发电机频率保护配置，见表1。

由表1可见，发电机频率保护主要进行如下优化改进：

（1）低频保护增加配置2段低频延时保护，均可分别整定，实现保护选择性。

（2）过频保护增加发电机出口断路器位置闭锁，并可经控制字选择投退，防止保护误动作风险。

（3）增加两段过频累计保护配置，保护汽轮机，防止产生汽轮机机械损伤。

2.3 电压型保护动作启动发电机出口断路器失灵保护配置优化

2.3.1 发电机出口断路器失灵保护配置分析

发电机电流型故障时，电流判据可以正常启动发电机出口断路器失灵保护，但是，对于电压型保护故障，如发电机定子接地保护、功率保护动作时，故障发电机电流判据可能不能满足失灵启动判据，若发电机出口断路器失灵，则不能启动失灵保护。

2.3.2 失灵保护配置优化

优化发电机出口断路器失灵保护配置，增加发电机失灵保护直跳逻辑，即对于电压型保护如定子接地保护、功率保护等，保护动作后，若持续时间大于开关分闸时间后，保护跳闸信号仍然存在，则不经电流元件判据闭锁，直接启动发电机失灵保护，跳开相邻开关。

3 结语

经过CPR1000核电机组发变组保护国产化实施，解决了发变组保护过激磁保护、频率保护、断路器失灵保护误动和拒动的问题，消除了机组跳机跳堆的隐患；同时，为核电厂发变组保护国产化应用补上了实践改进的最后一环，该配置已成功推广应用于防城港、福清等核电厂，对其它堆型的发变组保护配置也具有较高的推广借鉴意义。

参考文献：

[1]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2002.

[2]贺家李，李永丽，董新洲，李斌.电力系统继电保护原理（第四版）.北京：中国电力出版社：电力系统自动化，2010.1.