引言

在核電廠中,廠用電是核電廠安全運行的基石,失去廠用電將會給核電廠帶來極大的安全隱患。

三門核電廠用電為主給水泵、循環(huán)水泵等重要設(shè)備提供動力,任意一段母線的失電將導(dǎo)致反應(yīng)堆降功率甚至停堆,因而廠用電的切換是保障廠用設(shè)備及系統(tǒng)安全運行的重要手段。

1三門核電廠用電切換介紹

三門核電一期工程廠用電切換采用并聯(lián)切換、快速切換和殘壓切換相結(jié)合的模式,在每臺機組核島2段中壓母線(Es-1、Es-2)和常規(guī)島4段中壓母線(Es-3、Es-4、Es-5、Es-6)上通過中壓進(jìn)線斷路器sEL-351保護(hù)裝置邏輯搭接而成。

通過廠用電切換,每段母線都可以由廠用變壓器通過主進(jìn)線斷路器(M1)或輔助變壓器通過備用進(jìn)線斷路器(M2)進(jìn)行帶載。

2切換邏輯分析

(1)并聯(lián)切換:在正常情況下由運行人員從廠用變壓器手動切換至輔助變壓器(或從輔助變壓器至廠用變壓器)帶載中壓母線。

(2)快速切換:當(dāng)主變、廠變發(fā)生故障或發(fā)電機出口斷路器(GCB)失靈或500kk開關(guān)站失靈均會啟動快速切換,由廠變電源切換至220kk輔變電源?？焖偾袚Q過程是單向的,即只能從廠變電源切換至輔變電源,而不能進(jìn)行反向切換。

(3)殘壓切換:若快速切換不成功,在30VU%母線電壓下延時3n進(jìn)入殘壓切換過程(核島中壓殘壓切換為3.5n延時)。2.1并聯(lián)切換

并聯(lián)切換是廠用電正常運行期間進(jìn)行母線供電方式切換的最重要手段,可以由運行人員通過sLs(電廠控制系統(tǒng))對中壓母線進(jìn)線斷路器進(jìn)行遠(yuǎn)程分合閘控制,或者通過就地分合閘旋轉(zhuǎn)開關(guān)進(jìn)行就地控制,能夠在母線不停電的情況下進(jìn)行供電電源切換。并聯(lián)切換需要對同期進(jìn)行判定。

以M1斷路器作為待切換斷路器為例,邏輯如圖1所示,并聯(lián)切換時需要M1斷路器的進(jìn)線電壓和中壓母線電壓符合同期條件。

M1合閘命令發(fā)出后,會保持2n,當(dāng)保護(hù)裝置檢測到M1斷路器已合閘,同時存在合閘命令,將會跳開M2斷路器,完成中壓母線的并聯(lián)切換。

由圖2實際錄波波形可見,并聯(lián)切換時,因為同期判定合理,母線電壓十分穩(wěn)定,波形幾乎無抖動現(xiàn)象,對中壓負(fù)荷的運行沒有影響。

2.2快速切換

快速切換作為事故切換方式之一,能夠?qū)崿F(xiàn)故障時中壓母線由廠變帶載不斷電切換至輔變帶載。

快速切換啟動條件[2]:

(1)發(fā)電機出口斷路器失靈,將聯(lián)跳500kkGls斷路器并啟動快速切換。

(2)500kkGls斷路器失靈,并且主變高壓側(cè)和Gls之間的隔離刀閘在合位,將聯(lián)跳GCB并啟動快速切換。

(3)主變、廠變、離相封閉母線等故障將會啟動快速切換。

三門核電設(shè)計中要求母線失壓不能超過100mn,即快速切換過程必須在100mn以內(nèi)完成,保證主泵變頻器能自動重啟,主泵不跳閘。

當(dāng)故障發(fā)生時,發(fā)變組保護(hù)或廠變保護(hù)裝置(GET60)檢測到故障,在20mn以內(nèi)(已包含出口繼電器動作時間)保護(hù)出口動作,驅(qū)動86閉鎖繼電器在14mn以內(nèi)跳閘,通過86繼電器去跳開工作進(jìn)線開關(guān)M1,同時開放備用進(jìn)線開關(guān)M2柜上sEL-351的同期元件出口發(fā)出合M2的命令,M2開關(guān)在65mn以內(nèi)合上?？傆嫊r間在99mn以內(nèi)。

備用進(jìn)線斷路器快速切換邏輯如圖3所示,通過sEL-351保護(hù)裝置實現(xiàn)功能?？烨虚_放時間僅200ms,若200ms內(nèi)快切未完成,則會被閉鎖,以保證合閘時的安全。

在核島Es-1段中壓母線通過實際模擬故障信號啟動快速切換進(jìn)行錄波,波形如圖4所示,sEL-351保護(hù)裝置檢測到上游故障信號后在60ms內(nèi)將廠用進(jìn)線斷路器跳開,備用進(jìn)線斷路器合閘。

圖4快速切換波形

而通過對上游主變廠變保護(hù)的校驗,保護(hù)動作時間和86出口繼電器的動作時間均能夠滿足要求,從而使快速切換動作時間維持在100ms以內(nèi)?？焖偾袚Q需要進(jìn)行同期檢測,在切換過程中,母線電壓基本能保持穩(wěn)定。

2.3殘壓切換

殘壓切換是反應(yīng)堆能夠安全停堆的重要支撐,在快速切換失效時,中壓母線將發(fā)生低電壓工況,其帶載的重要安全設(shè)備會因為低電壓而停運,從而對反應(yīng)堆安全停堆帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。這種情況下,殘壓切換將會使備用進(jìn)線斷路器合閘,通過輔助變壓器對中壓母線進(jìn)行帶載,并通過觸發(fā)順序帶載邏輯,使核島中壓相關(guān)設(shè)備經(jīng)過一定的時序依次自動合閘,從而使反應(yīng)堆安全停堆。

殘壓切換僅在母線電壓低至30%額定電壓下才會觸發(fā),邏輯如圖5所示。

在核島Es-1段中壓母線通過實際模擬故障信號啟動快速切換,并通過臨時措施強制快速切換失敗,此時母線出現(xiàn)低電壓,隨后殘壓切換成功。

工況波形如圖6所示,故障發(fā)生后廠用進(jìn)線斷路器立即跳開,母線電壓經(jīng)過2s左右后降至30%,隨后經(jīng)過3.5s備用進(jìn)線斷路器合閘成功,母線電壓立即恢復(fù)。

3結(jié)語

通過對三門核電廠廠用電三種切換邏輯的分析和實際波形的對比,可見現(xiàn)行切換邏輯是合理且具有可行性的,能夠滿足電廠工況需求,也減少了單獨設(shè)立切換裝置的成本。