葉育林 張延青

（深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東深圳 518057）

核電站500kV主開(kāi)關(guān)站遠(yuǎn)距離T區(qū)保護(hù)方案

葉育林 張延青

（深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東深圳 518057）

接地短路電流、雷擊、分布電容等都會(huì)對(duì)控制電纜中傳輸?shù)谋Ｗo(hù)信號(hào)和控制信號(hào)產(chǎn)生干擾，很容易造成保護(hù)的據(jù)動(dòng)或者誤動(dòng)。本文就某核電站工程實(shí)例，計(jì)算分析保護(hù)信號(hào)和控制信號(hào)在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)所受到的影響，發(fā)現(xiàn)在區(qū)內(nèi)短路故障情況下，保護(hù)裝置端子上產(chǎn)生的端子對(duì)地電壓甚至達(dá)到3400V，可能燒毀保護(hù)裝置的端子。因此，對(duì)于保護(hù)信號(hào)和控制信號(hào)通過(guò)常規(guī)的控制電纜傳輸距離十分有限。但核電站的廠區(qū)規(guī)模越來(lái)越大，機(jī)組主變和500kV開(kāi)關(guān)站的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，對(duì)于此類遠(yuǎn)距離的T區(qū)保護(hù)問(wèn)題，傳統(tǒng)的T區(qū)保護(hù)已經(jīng)不再適用，需更換了思路，引入了新的保護(hù)方案，并成功的在工程中得到實(shí)踐，為類似電力工程中，特別是廠區(qū)內(nèi)長(zhǎng)距離保護(hù)配置問(wèn)題的解決提供可供參考和借鑒的案例。

核電站 500kV T區(qū)保護(hù)

1 引言

隨著國(guó)家核電發(fā)展規(guī)劃的出臺(tái)，我國(guó)核電進(jìn)入了快速發(fā)展期。由于核電廠址寶貴，一般在一個(gè)核電廠址會(huì)批量建設(shè)4～6臺(tái)核電機(jī)組，有的甚至更多，因此核電廠址的占地面積均較大。另外，核電機(jī)組輸出電能的方式一般是通過(guò)主變升壓后通過(guò)GIL管廊接入廠內(nèi)500kV開(kāi)關(guān)站。500kV開(kāi)關(guān)站一般采用3/2接線方式。由于廠區(qū)大，主變又位于機(jī)組側(cè)，因而經(jīng)常出現(xiàn)主變到500kV主開(kāi)關(guān)站距離較遠(yuǎn)。在實(shí)際工程中，有的機(jī)組主變高壓側(cè)距離500kV開(kāi)關(guān)站超過(guò)1.5km。對(duì)于這種遠(yuǎn)距離T區(qū)的保護(hù)配置，需要進(jìn)行新的思考。

2 遠(yuǎn)距離T區(qū)保護(hù)設(shè)備選型計(jì)算

2.1 電流互感器參數(shù)選型校驗(yàn)

2.1.1 短路電流

（1）系統(tǒng)側(cè)短路電流

系統(tǒng)源對(duì)稱短路電流周期分量（系統(tǒng)側(cè)63kA）。電廠主接線圖如圖1。

②非周期時(shí)間常數(shù)：

（3）廠用變壓器電動(dòng)機(jī)源短路電流由于短路電流較小，忽略不計(jì)。

圖1 電廠主接線圖

圖2 CT二次回路等效電路圖

2.1.2 CT特性校驗(yàn)

（1）校驗(yàn)工況：

校驗(yàn)工程實(shí)際短路暫態(tài)過(guò)程中電流互感器特性時(shí)應(yīng)考慮以下幾種工況：

發(fā)變組T區(qū)內(nèi)故障，重合閘不動(dòng)作時(shí)，即在C-t-O情況下，電流互感器等效電勢(shì)（對(duì)應(yīng)圖1中d1點(diǎn)短路）；

驗(yàn)證發(fā)變組T接區(qū)外故障，線路保護(hù)重合閘動(dòng)作時(shí)，即在C-t'-O-tfr-C- t”-O工作循環(huán)過(guò)程中，電流互感器等效電勢(shì)（對(duì)應(yīng)圖1中d2點(diǎn)短路）。

（2）校驗(yàn)方法：

根據(jù)《電流互感器和電壓互感器選擇及計(jì)算導(dǎo)則》DL/T866-2004對(duì)于C-t-O工作循環(huán)，所需的暫態(tài)面積系數(shù)為：

對(duì)于C-t'-O-tfr-C-t”-工作循環(huán)，所需的暫態(tài)面積系數(shù)為：

電流互感器參數(shù)參照某核電工程中電流互感器廠家資料進(jìn)行計(jì)算；對(duì)應(yīng)于發(fā)變組T接區(qū)內(nèi)故障，重合閘不動(dòng)作的工況（C-t-O），取斷路器失靈保護(hù)切除故障時(shí)間250ms；對(duì)于發(fā)變組T接區(qū)外故障，線路保護(hù)重合閘動(dòng)作的工況（C-t'-O-tfr-C-t”-O），取一般保護(hù)故障切除時(shí)間100ms，自動(dòng)重合閘無(wú)流時(shí)間取300ms，取斷路器動(dòng)作的故障切除時(shí)間100ms，取斷路器動(dòng)作的故障切除時(shí)間100ms；發(fā)變組至500kV開(kāi)關(guān)站間的電纜長(zhǎng)度按1500米考慮，電纜截面積取4mm2；保護(hù)裝置繼電器負(fù)荷（電流為1A時(shí)）按0.5VA考慮。

（3）校驗(yàn)情況：

①電流互感器額定二次極限電動(dòng)勢(shì)：Eal=Ktd KsscIsn（Rct+Rbn） =16466.96V；

②發(fā)變組T區(qū)內(nèi)故障，重合閘不動(dòng)作時(shí)，等效二次極限電勢(shì)為：

Eal'=Ktd'Kpcf（Rct+Rb）= =11408.1V

小于額定二次極限電勢(shì)16466.96V，滿足要求；

圖3 短線光差保護(hù)配置示意圖

小于規(guī)范中要求10%誤差，滿足要求。

③發(fā)變組T區(qū)外故障，線路保護(hù)重合閘動(dòng)作時(shí)，等效二次極限電勢(shì)為：

Eal'=Ktd'Kpcf（Rct+Rb）=971.7708V

小于額定二次極限電勢(shì)16466.96V，滿足要求；

2.1.3 CT二次側(cè)回路電壓計(jì)算

根據(jù)GB 16847《保護(hù)用電流互感器暫態(tài)特性技術(shù)要求》附錄E中的圖E1所示，當(dāng)電流互感器二次側(cè)接地在電流互感器本時(shí)，電流互感器二次回路可以簡(jiǎn)化為圖2：

當(dāng)發(fā)生T區(qū)內(nèi)短路時(shí)，在忽略CT漏抗的情況下，電流互感器二次側(cè)電流為：

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

則，電流互感器二次側(cè)端口電壓為：Us=Ic·（2·Rl+Rb）=481.35 ×（13.2+0.5）=6594.5V。

保護(hù)設(shè)備端口壓差Ub=Ic·Rb=481.35×0.5=240.68V。

保護(hù)端口對(duì)地電壓Ubn=Ic·（Rb+Rl）=481.35×（0.5+6.6）=3417.6V。

2.1.4 分析

計(jì)算表明，該核電廠電流互感器選型滿足規(guī)范要求，但其二次極限電勢(shì)最高達(dá)11408.1V，二次側(cè)端口電壓達(dá)到近6600V，選用450/750V常規(guī)電纜時(shí)，無(wú)法滿足耐壓要求。同時(shí)，保護(hù)端口對(duì)地電壓達(dá)到3400V，已超過(guò)保護(hù)設(shè)備端口耐壓水平，很可能燒毀保護(hù)設(shè)備。

2.2 控制和信號(hào)回路用控制電纜選擇

根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)-電氣二次部分》規(guī)定，只要操作回路按正常最大負(fù)荷下至各設(shè)備的電壓降不得超過(guò)10%的條件校驗(yàn)電纜芯截面，可滿足要求。

電纜壓降問(wèn)題可以通過(guò)增大電纜截面積來(lái)解決，但是在工程實(shí)際運(yùn)用中，接地短路、雷擊、分布電容等都會(huì)對(duì)控制電纜產(chǎn)生干擾。據(jù)有關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)及研究，當(dāng)電纜超過(guò)800m時(shí)，控制信號(hào)通過(guò)電纜傳輸已不可靠。

3 短線光差保護(hù)的引入應(yīng)用

傳統(tǒng)的T區(qū)保護(hù)已無(wú)法解決上述兩個(gè)問(wèn)題，但如果把遠(yuǎn)距離的T區(qū)看作一條短線路的話，那么就可以采用光纖電流差動(dòng)保護(hù)裝置來(lái)構(gòu)建保護(hù)方案。具體為用兩套短線光差保護(hù)加上一套短引線保護(hù)，代替常規(guī)的T區(qū)保護(hù)，其中一套短線光差保護(hù)布置在機(jī)組側(cè)，另一套短線光差保護(hù)和短引線保護(hù)布置在500kV開(kāi)關(guān)站側(cè)。將500kV開(kāi)關(guān)站串內(nèi)中、邊斷路器側(cè)的兩組電流互感器的二次側(cè)并接，形成和電流，作為一組電流輸入到光差保護(hù)裝置中。如圖3所示。當(dāng)主變側(cè)出線隔離開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，兩側(cè)光纖差動(dòng)保護(hù)均可自動(dòng)或手動(dòng)投入，短引線保護(hù)可自動(dòng)或手動(dòng)退出；當(dāng)主變側(cè)出線隔離開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，兩側(cè)光纖差動(dòng)保護(hù)均可自動(dòng)或手動(dòng)退出，短引線保護(hù)可自動(dòng)或手動(dòng)投入。

4 結(jié)語(yǔ)

核電站的廠區(qū)規(guī)模越來(lái)越大，機(jī)組主變和500kV開(kāi)關(guān)站的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，因而產(chǎn)生了很多控制保護(hù)問(wèn)題。本文簡(jiǎn)要分析了由于距離原因造成的保護(hù)配置方案的問(wèn)題，并更換了思路，提出了新的保護(hù)方案。目前此方案已在多個(gè)核電站工程實(shí)際中應(yīng)用，截止目前，運(yùn)行狀況良好。

［1］李旭，雷振鋒，樊占峰，李寶偉.500kV變電站3/2接線T區(qū)短引線保護(hù)方案探討 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制［J］.2009年18期.

［2］卓樂(lè)友.電力工程電氣設(shè)計(jì)200例［M］.中國(guó)電力出版社，2004年6月.