某核電廠中壓系統(tǒng)母線進線PT改造分析

仲維燦

（中核核電運行管理有限公司，浙江 嘉興 314300）

某核電6.6kV中壓系統(tǒng)母線進線PT初始設計存在不足，進線PT設置在進線柜下方的電纜室內(nèi)。大修結(jié)束后，主變復役時發(fā)生PT斷相、瞬發(fā)等故障，受中壓開關柜“五防”功能限制，檢修故障時必須將主變、廠變停役，嚴重影響機組的安全穩(wěn)定運行。

1 進線PT概述

1.1 進線PT的設置

圖1 進線PT柜結(jié)構(gòu)Fig.1 Inlet PT cabinet structure

圖2 接線方式Fig.2 Wiring mode

某核電工程LGA～LGF為中壓不接地系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有以下4個方面的特點：抑制三次諧波電流；發(fā)生單相接地故障時，只存在電容電流，無單相短路電流；單相接地情況下，電容電流不超過10A時，系統(tǒng)可帶接地點繼續(xù)運行一段時間；母線PT二次回路裝設消諧裝置，避免6.6kV系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振[1]。

進線PT是保障負荷安全運行的重要設備，不同廠家設計方案也不盡相同。某核電工程中壓系統(tǒng)采用廈門ABB開關有限公司生產(chǎn)的UniGear ZS1鎧裝式金屬封閉設備。中壓系統(tǒng)母線進線柜包括母線室、低壓室、斷路器室和電纜室。低壓室內(nèi)配置了SPAJ142C通用過流及接地保護繼電器，多功能電度表等[2]。

1.2 進線PT的結(jié)構(gòu)

某中壓母線進線PT設置在進線柜下方的電纜室內(nèi)，PT手車通過可移動式導板進出電纜室。進線PT結(jié)構(gòu)如圖1所示。

進線PT采用3個JDZX17-6R型單相電壓互感器組合而成。接線方式如圖2所示。

進線PT的二次側(cè)包括兩個二次繞組，一個開口三角繞組[2]。兩個二次繞組分別為高廠變第一套和第二套的分支復壓過流保護、分支低頻低壓保護和為慢切裝置提供電壓信號，另外還作為中壓段多功能表計信號[3]。

圖3 發(fā)生變形的PT觸頭Fig.3 Deformed PT contacts

開口三角繞組在發(fā)生系統(tǒng)接地故障或短路故障時，出現(xiàn)開口電壓，該電壓將啟動繼電器觸發(fā)接地故障報警信號[4]。

2 進線PT改造

2.1 改造的必要性

2.1.1 設計存在的問題

某核電廠中壓6.6kV系統(tǒng)LGA～LGF段母線進線PT手車均安裝在進線柜斷路器室下方的電纜室內(nèi)，進線PT的靜觸頭設置在電纜連接母排的尾部。電纜室門與接地刀之間有機械聯(lián)鎖，當PT手車發(fā)生故障需要檢修時，需要先合進線柜的接地刀，打開電纜室門，然后才能將PT拉出進行檢修工作。

OT201大修主變復役時，2LGA段母線進線PT觸發(fā)斷相信號，停役廠變后檢查發(fā)現(xiàn)PT手車控制線插頭松動。

OT102大修主變復役后，1LGE段母線進線PT觸發(fā)斷相故障報警，隨后報警消失，數(shù)小時后又觸發(fā)斷相故障報警，將廠變停役后檢查發(fā)現(xiàn)PT一次側(cè)觸頭發(fā)生變形。發(fā)生變形的觸頭如圖3所示。

第二次斷相故障報警觸發(fā)前，進線柜附近的泵電源開關柜內(nèi)的斷路器進行了合閘操作。

2.1.2 改造必要性分析

進線PT手車的控制線插頭插入槽內(nèi)，無其他固定方式，也無任何位置反饋信號，現(xiàn)場透過窺視窗也無法觀察。

進線PT手車的體積大、質(zhì)量大，通過傾斜的導板進出電纜室十分不便，PT手車與電纜室內(nèi)的靜觸頭極易發(fā)生非正常接觸式碰撞，導致手車觸頭變形。

上述兩次故障均發(fā)生在大修后期主變壓器復役期間，影響相對較小。若故障發(fā)生在機組功率運行工況下，則必須先將主變高壓側(cè)500kV GIS母線斷開，反應堆置于停堆狀態(tài)，同時將廠用電源切換到輔助變供電，然后停運主變和廠變，進而才能將PT手車拉出進行檢修工作，該情況下的非計劃停機檢修事件將對電廠造成較大的經(jīng)濟損失。

圖4 母線進線柜回路圖Fig.4 Busbar inlet cabinet circuit diagram

基于上述背景，為避免此類問題的發(fā)生，保障機組的安全可靠的運行，對6.6kV中壓系統(tǒng)母線進線采用中置式PT柜取代現(xiàn)有進線PT的功能，以便于在機組功率運行期間，PT發(fā)生故障時，在風險可控的條件下，不改變反應堆的運行工況，無需停役主變、廠變即可以進行PT手車檢修工作。同時要求對原進線開關柜進行改造，以適應新的應用方式。

2.2 改造方案

2.2.1 改造內(nèi)容

新增的中置式 PT柜仍采用UniGear ZS1鎧裝式金屬封閉設備，中置式PT柜除母線室、低壓室、PT小車室外，還設置了電纜引入和引出室。柜體的電纜室的柜門由特殊螺栓固定。

中置式PT柜內(nèi)含有PT手車，無地刀等設備，中置式PT柜與原進線柜之間采用電纜連接，低壓室內(nèi)只設有連接所需要的端子排，無繼電器等元器件。PT一次側(cè)采用中壓電纜從柜底進入，二次側(cè)采用低壓電纜從柜頂或柜底進入。從原進線柜移入中置式PT柜內(nèi)的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2.2.2 技術參數(shù)和性能

中置式PT柜體的尺寸為寬×深×高：860mm×2200mm×1390mm，PT柜仍采用系統(tǒng)中性點不接地的方式。柜體滿足燃弧試驗、抗氧化、耐腐蝕功能和凝露試驗等指標要求。柜體內(nèi)的接地母線采用最小截面為30mm×8mm的銅排。

中置式PT柜面板釋壓板上裝設壓力開關，柜內(nèi)設電加熱器。柜體需設置容性分壓裝置以及帶電顯示器，清晰地指示電纜側(cè)是否帶電。當允許檢查和進入開關柜內(nèi)更換一次熔斷器時，電壓互感器與一次熔斷器完全隔離，為防止鐵磁諧振過電壓[5]，柜內(nèi)設有消諧裝置。

與之前的PT手車通過導板進出電纜室相比，新增的開關小車的推進、抽出靈活方便，對低壓室和PT手車觸頭無沖擊影響，并且可與同型號、同規(guī)格、同參數(shù)的開關小車進行互換。

PT手車在柜體中的工作位置、試驗位置和斷開位置有明顯的區(qū)別，手車的位置開關串入輸出電壓前，增加工作位置信號指示燈，如圖5所示。

各位置均能自動鎖位和安全接地，為保證檢修安全，在一次插頭上裝有觸頭盒及擋板，并能自動進行開閉。

中置式PT二次側(cè)設有兩個二次繞組，一個開口三角繞組，與原進線PT參數(shù)保持一致，每個繞組對應一根二次電纜。中置PT手車與進線接地開關間需設置機械鑰匙聯(lián)鎖。

3 改造后的設備特點

3.1 PT手車

圖5 工作位置信號指示Fig.5 Working position signal indication

圖6 改造前后PT手車的結(jié)構(gòu)Fig.6 Structure of PT Handcart before and after retrofit

改造前進線PT手車設置在電纜室，改造后，PT手車位于柜體中部的手車室內(nèi)。改造前進線PT手車與中置式PT手車的結(jié)構(gòu)如圖6所示。

改造前進線PT手車極易與室內(nèi)靜觸頭發(fā)生非正常接觸碰撞，導致觸頭變形。中置式PT手車利用維修小車進出手車室，避免了手車觸頭碰撞的情況。

針對改造前進線PT手車觸頭多次發(fā)生扭曲變形的情況，新增的中置式PT也對手車觸頭進行了優(yōu)化，優(yōu)化前后PT手車觸頭的結(jié)構(gòu)如圖7所示。

相比于原進線柜PT手車，中置式PT手車觸頭的梅花觸指增加了厚度也增加了彈簧個數(shù)，使手車觸頭與靜觸頭之間更加得緊固。

中置式PT手車的控制線插頭為航空插頭，原進線PT與中置式PT手車的控制線插頭如圖8所示。

將中置式PT手車搖至工作位置時，航空插頭機械閉鎖，確保航空插頭在運行中可靠不松脫，而原進線PT的二次插頭無任何固定方式。

3.2 鑰匙聯(lián)鎖機構(gòu)的變化

原進線柜內(nèi)PT手車與接地刀無機械聯(lián)鎖，新增中置式PT柜后，為適應新的運行方式對原進線開關柜的機械聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)做出了對應的更改。增加中置式PT鎖分的聯(lián)鎖邏輯，以保證PT手車只有在接地刀分閘時方可搖至工作位置。改造前后原進線柜的聯(lián)鎖機構(gòu)如圖9所示。

圖7 改造前后PT手車觸頭的結(jié)構(gòu)Fig.7 Structure of PT handcart contacts before and after retrofit

圖8 PT手車的控制線插頭Fig.8 Control line plugs for PT Handcart

圖9 改造前后的進線柜聯(lián)鎖機構(gòu)Fig.9 The interlocking mechanism of the inlet cabinet before and after the transformation

表1 改造前后的聯(lián)鎖狀態(tài)Table 1 Interlock status before and after retrofit

表2 PT手車檢修步驟Table 2 PT handcart overhaul steps

上方的鑰匙仍為進線柜與發(fā)電機出口斷路器之間的地刀鎖合聯(lián)鎖，下方的鑰匙是與新增中置式PT之間的地刀鎖分聯(lián)鎖。改造前后的聯(lián)鎖狀態(tài)如表1所示。

3.3 PT柜的檢修

中壓進線PT改造為中置式PT柜后，反應堆功率運行工況期間，若PT手車發(fā)生故障時，首先斷開PT二次回路中相應的開關，將相關的電壓保護信號閉鎖，然后逆時針搖動手柄將PT手車由工作位置搖至試驗位置，打開柜門后即可將PT手車拉出柜外進行檢修工作。此時，檢修工作不影響反應堆的運行工況。若PT手車在機組停役大修期間發(fā)生故障，此時，只需打開柜門將處于隔離位置的PT手車拉出柜外進行檢修工作。改造前后檢修PT手車的步驟如表2所示。

4 結(jié)論

某核電將中壓母線進線柜下方電纜室內(nèi)的進線PT改造為中置式PT柜，消除了原進線PT手車發(fā)生控制線插頭松動，觸頭變形等故障的隱患。避免了機組功率運行期間，PT手車發(fā)生故障需要檢修時，必須先將反應堆停堆、主變停役的問題。保障機組的穩(wěn)定運行的同時，也產(chǎn)生了潛在的經(jīng)濟效益。