AP1000核电机组发电机及变压器差动保护校验方案.pdf
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第36卷第4期 2014年4月 华电技术 Huadian Technology Vol 36 No 4 Apr 2014 AP1000核电机组发电机及变压器差动 保护校验方案 闻涛 三门核电有限公司 浙江三门3171 12 摘 要 以三门核电有限公司 1机组为背景 提出了AP1000核电机组发电机及变压器差动保护的校验方案 因主变压 器受电初期厂内负荷容量的限制 建议利用中压电动机启动电流校验差动保护的正确性 为达到试验要求 将厂用变压 器厂压侧电流互感器与发电机出口断路器内的电流互感器进行了比较 通过计算和对比 验证了方案的合理性 关键词 AP1000核电机组 变压器 发电机 差动保护 校验 电流互感器 中图分类号 TM 623 3 文献标志码 B 文章编号 1674 1951 2014 04 0073 04 0 引言 三门核电有限公司 以下简称三门核电 一期 工程采用美国西屋公司AP1000 l 核电技术 其反应 堆为全球首堆 设计和施工周期较成熟堆型要长 三门核电 1机组辅助变压器在首次投运期间曾因 负荷不足而导致辅助变压器差动保护带负荷校 验 困难 主变压器 厂用变压器保护也面临同样 问题 此外 因差动保护高压侧电流互感器 TA 位 于发电机出口断路器外侧 发电机在并网前无法利 用短路试验验证其差动保护回路的正确性 若发电机 变压器差动保护校验不及时 不但会 影响保护装置的可靠性 快速性 选择性和灵敏性 还会降低设备的安全性 甚至迫使电厂在设备投运 初期大量使用临时保护定值 为降低风险 及时解 决出现的问题 消除对后续其他试验的影响 应在设 备投运前制订合理的试验方案和送电计划 1设备参数 三门核电一期工程发电机 变压器主接线如图 1所示 主变压器设计容量为1 452 MV A 接线形 式为YNdl1 主变压器高压侧额定电压为535 kV 低 压侧额定电压为24 kV 短路阻抗为20 主变压 器差动保护电流互感器 TA 分别安装于主变压器 高压侧 5 000 1 发电机出口断路器内 45 000 1 和厂用变压器高压侧 10 000 1 主变压器高压绕 组单侧分相差动保护的中性点TA为 2 000 1 主 变压器差动保护型号为GE T60 发电机额定容量为1 407 MV A 发电机差动 收稿日期 2013 12 09 修回日期 2014 02 15 UAT B MT 变 B MT 主要压器差动保护TA UAT A B J Hj燹雎器差动 保护TA G 发电机保护TA GCB 发电机出口断路器 图1发电机 变压器主接线 保护TA 45 000 5 分别安装在发电机出口断路器 内和发电机中性点侧 其保护范围与主变压器差动 保护在发电机出口断路器处重叠 主变压器差动保 护型号为GE G60 厂用变压器设计容量为88 MV A 接线形式为 Dynl ynl d 高 低压绕组间短路阻抗为18 厂 用变压器差动保护TA分别安装在厂用变压器高压 侧 3 000 1 和中压进线断路器的中压母线侧 3 000 1或2000 1 厂用变压器差动保护型号为 GE T60 2差动保护校验 2 1 校验的最小需求计算和分析 为保证保护装置和测量仪器读数稳定 在差动 保护校验时相关TA二次侧电流值宜不小于0 01 A 对应各TA一次电流见表1 74 华电技术 第36卷 表1差动保护校验时TA最小电流需求 A 主变压器 厂用变压器短路阻抗分别为20 和 18 对主变压器 厂用变压器分别进行短路试验 要达到差动保护校验所需电流 所需试验电源的容 量及电压如下 1 主变压器所需最小试验电源的容量和电压 分别为171 kV A和2 0 kV 2 厂用变压器所需最小试验电源的容量和电 压分别为1 84kV A和35 kV 3 在静态工况时 发电机定子绕组各相交流 阻抗为0 13 Q 使用大电流发生器进行通流试验 3 J 所需最小试验电源的容量和电压分别为1 05 kV A和11 7 V 2 2主变压器差动保护校验 2 2 1短路试验方式 带主变压器绕组通流试验需要电源容量不小于 171 kV A 电压不小于2 0 kV 短路试验只能使用 厂内10 5 kV中压作为试验电源 试验风险较高 使用10 5 kV中压系统作为电源 在主变压器 低压侧做短路点 相关计算如下 主变压器高压侧电流 圳 0 154 kv 1 一20 5352一 主变压器低压侧电流 M叭 0 154 3 433 kV 2 试验电源容量 S 10 5 0 154 l 000 2 801 kV A 3 1 使用10 5 kV中压系统作为电源 在厂用变 压器低压侧做短路点 以100 MV A及l0 5 kV为 基准容量和基准电压进行标幺值计算 主变压器阻抗标幺值 0 013 77L MT 1 452 t 4 一 一 o 厂用变压器阻抗标幺值 0 20455 UAT 5 88 一 一 J 厂用变压器低压侧电流 l00 UAT L 0 494 kv 6 主变压器高压侧电流 MTL 0 494 1 000 9 7 A 7 试验电源容量 S 43 10 5 9 7 176 kV A 8 短路电流远小于测试所需的50 A 2 使用备用柴油机作为电源 在主变压器高 压侧做短路点 因柴油机额定电流只有412 A 远小 于试验所需 不满足要求 2 2 2通流方式 主变压器差动保护高压侧TA安装于主变压器 高压侧接地刀闸外侧 使用外部电缆将主变压器高 压绕组和低压绕组短接 降低通流回路阻抗值 使主 变压器高压侧TA与发电机机端TA之间具备通流 条件 主变压器通流试验示意图如图2所示 励磁变 压器 图2主变压器通流试验示意图 因为通流试验不包含主变压器高压侧分相差动 保护中性点侧TA 无法保证此处TA接线极性的正 确性 2 2 3带负荷校验方式 如果对主变压器进行短路试验 需要拆除主变 压器高压侧气体绝缘金属封闭开关 GIS 连接 敷 设中压电缆 技术上可行 但是成本高 风险大 笔者 第4期 闻涛 AP1000核电机组发电机及变压器差动保护校验方案 75 不建议进行主变压器短路试验 通流方式虽然简单 易行 但无法完成主变压器高压绕组中性点侧TA 的校验工作 只能通过利用主变压器首次送电后中 压大电机的启动电流来验证全部差动保护回路的正 确性 主变压器高压侧电流至少需要5O A 折算至 lO 5 kV中压侧试验电流应不小于2 548 A 约需求 46330 kV A负荷 厂用中压大功率交流电动机技 术参数见表2 表2 中压大功率交流电动机技术参数 在主变压器差动保护校验时 启动循环水泵 其 启动电流应按6 8倍计算 每台循环水泵的启动电 流为3 696 4928 A 可实现除发电机机端外其余位 置TA的校验工作 主变压器差动保护发电机侧 TA的校验在厂用变压器短路试验中进行 因主变压器带负荷校验工作受到中压电动机能 否投运的影响 因此 在编制主变压器送电计划时 应考虑以中压电动机具备带电运行为前提条件 2 3厂用变压器差动保护校验 厂用变压器短路试验所需试验电源容量小 但 因短路阻抗大 所需试验电源电压幅值较高 可在发 电机机端电压互感器处或励磁变压器高压侧施加 380V试验电压 采用在厂用变压器中压侧做短路 点的方法完成试验 如图3所示 图3厂用变压器短路试验示意图 所需试验电源的容量及试验电压计算如下 88 0 38 o 186 ka 24 9 18 24 S X 0 38 X 0 186 X 1 000 122 kV A 10 短路电流为186 A 满足厂用变压器差动保护 rA 主变压器差动保护厂用变压器侧TA的校验 需求 主变压器差动发电机侧TA变比为45000 1 需 要的校验电流为450A 在短路试验中 186A短路电 流在TA二次侧只有4 1 mA 试验装置显示不稳定 如图3所示 需使用钳形相位表确认主变压器差 动机端侧TA与厂用变压器侧 rA之间的极性关系 2 4发电机差动保护校验 1 发电机短路试验所需试验电源容量较小 使用大电流发生器进行通流试验l4 即可完成差动 保护校验 主变压器低压侧接地 在主变压器高压 侧金属裸露处向发电机任意相和发电机中性点之间 注入大电流 利用大地构成电流回路 分别对A相 B相和c相的TA进行幅值和差流校验 回路路径 如图4所示 图4发电机通流试验示意图 试验中也可以考虑将任意两相绕组在机端短 接 若将AB相或BC相短接 两相同时通人大电流 可达到减小电流回路总交流阻抗之目的 2 根据三门核电 1机组建设经验 主变压器 厂用变压器二次回路与发电机保护可同时设计 保护 屏柜安装和二次电缆敷设也同步进行 因此发电机通 流试验有条件与厂用变压器短路试验同时进行 3方案和建议 3 1主变压器差动保护 1 主变压器差动保护在主变压器首次送电前 76 华电技术 第36卷 尚不具备全部验证条件 全部校验工作需要在主变 压器首次送电后通过带负荷校验才能完成 负荷电 流为中压电动机启动电流 2 主变压器带负荷校验的前提条件为 l0 5 kV中压系统至少有1台电动给水泵或循环水泵可 以带电运行 3 主变压器各侧差动保护TA需要采用带负 荷校验试验 通流试验及厂用变压器短路试验相结 合的方式才能完成校验工作 4 差动保护装置和移动式录波仪在试验过程 中记录主变压器各侧电流 将波形文件打印并作为 试验记录 3 2厂用变压器差动保护 1 厂用变压器差动保护校验所需的容量较 小 以厂用变压器高压侧电流为30 A计算 每台厂 用变压器需要1 250 kV A负荷完成差动保护校验 2 考虑到厂用变压器差动保护在首次送电前 较方便开展短路试验工作 且辅助变压器低压侧共 有6个分支 回路较多 因此 笔者建议提前进行短 路试验以减少厂用变压器首次送电过程中存在的问 题和隐患 3 3发电机差动保护 1 通过大电流发生器通流的方式 完成发电 机差动保护回路校验工作 2 若发电机定子 发电机出口断路器 发电机 差动回路的安装调试进度与厂用变压器一致 可考 虑将图2 图4所示试验在同一阶段完成 3 若采取两相绕组短接后同时注入大电流的 方式 应注意判断TA的接线组别 三相短接注入 大电流的方式不利于判断TA接线组别 4 发电机差动保护TA安装在发电机出口断 路器隔离刀闸的主变压器侧 试验以主变压器停运 为前提 3 4校验中应注意的事项 1 试验前应保证所有TA二次回路接线正确 且无开路故障 2 注意一次设备隔离状态正确 试验电源敷 设安全可靠 例如 在进行厂用变压器短路试验时 可利用机端电压互感器或励磁变压器高压侧金属裸 露点接入试验电源 但必须考虑到此时励磁变压器 主变压器高压侧无接地点且已经安全隔离 隔离点 有专人看护 相关一次设备上应停止其他工作 3 试验电缆应满足电压和载流量要求 4 主变压器 厂用变压器的差动保护试验方 案应得到电网认可 4 结论 通过计算和分析 提出了APIO00核机组主变 压器 厂用变压器以及主发电机的差动保护在调试 期间校验方法 主变压器差动保护校验工作需要通 过带负荷校验 通流试验以及短路试验相结合的方 式才能完成 厂用变压器差动保护可通过短路试验 的方法完成校验 发电机差动保护可利用大电流发 生器完成校验 参考文献 1 顾军 缪亚民 AP1000核电厂系统与设备 M 北京 原 子能出版社 2010 2 何丽平 李春亮 林楚斌 带负荷测试方法探讨 J 广东 电力 2012 23 11 102 104 3 李强 孙昭昌 曹晓华 等 一台110 kV变压器出口短路 试验分析 J 变压器 2012 49 8 55 58 4 关少锋 方祖雄 陈雅云 变电一次设备三相通流模拟带 负荷状态测相量研究 J 电气技术 2012 4 38 39 本文责编 王书平 作者简介 闻涛 1980一 男 浙江宁波人 工程师 从事核电厂继 电保护技术管理工作 E mail went smnpc corn cn 上接第68页 运行人员必须充分熟悉APIO00核电机组 Quickloc机械密封的结构 性能参数 运行条件和完 整的运行文件体系 才能有效地控制可能存在的风 险 达到预期的密封效果 从而有效保证反应堆一回 路压力边界的完整性 参考文献 1 林诚格 郁祖盛 欧阳予 非能动安全先进核电厂AP1000 M 北京 原子能出版社 2008 2 顾军 APIO00核电厂系统与设备 M 北京 原子能出 版社 2010 3 沈秋平 贺友光 核电站反应堆热电偶机械密封件研究 R 上海 上海核工程研究设计院 1991 本文责编 王书平 作者简介 王培源 1987一 男 内蒙古宁城人 助理工程师 从事 反应堆维修与装换料相关工作 E mail wangpeiyuan214 163 corn- 配套讲稿:
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