核电厂核岛380_V低压系...典型故障原因分析及维护建议_陈明杰.pdf

2023 1期核电厂核岛 低压系统典型故障原因分析及维护建议陈明杰（中核核电运行管理有限公司，浙江 嘉兴 ）摘要：阐述了秦山第二核电厂核岛 低压系统的保护配置，介绍了核岛 低压系统的几起典型故障，并给出了相应的维护建议，对于国内核电厂 低压系统的运行维护具有借鉴意义。关键词：核电厂；低压系统；故障分析中图分类号：（，）：，：；收稿日期：作者简介：陈明杰（），从事核电厂低压电气设备的运维工作。引言核岛 低压系统是核电厂的重要配电系统，对核电厂的安全稳定运行具有重要意义。由于 低压系统下游负荷众多、运行情况复杂，因此该系统的缺陷数量一直居高不下。本文通过分析秦山第二核电厂（以下简称秦二厂）核岛 低压系统的常见故障形式，以有效指导现场的运行维护工作，减少机组缺陷数量。核岛 低压系统介绍 系统简介核岛 低压系统为核岛 负荷供电，分为交流应急配电系统（）和交流正常配电系统（）。交流应急配电系统分为、两列：列包括 、等 配 电 装 置；列 包 括 、等 配电装置。两列系统在电气和实体上均是隔离的，交流应急配电系统的安全功能是向与安全有关的低压（）负荷供电（电机、电动阀、整流器等等）。交流正常配电系统包括、（分配电盘），公用系统 、（分配电盘）等配电装置。核岛 低压系统保护配置核岛 低压系统保护配置如图所示，在变压器 低压侧中线点接地线上安装有电流互感器，通过配置 （大部分已换为 ）实现低压母线的过LH*6 kV AC001JA接地开关过电流、过负荷及接地故障综合保护继电器 SPAJ142C过电流及接地故障综合保护继电器SPAJ135C001TRLL*380 V AC001 TU图 1 核岛 380 V 低压系统保护配置发电厂电工技术中国电工网电流及接地保护。在变压器 侧设置综合保护继电器 ，实现 母 线 的 过 电 流、过 负 荷 及 接 地 故 障 保护。分低压配电装置进线不设保护，由分低压配电装置电源线上的断路器（位于主低压配电装置内）来保护。下游负荷由抽屉内的熔断器或断路器实现短路保护，由热继电器实现过载保护，在保护的选择上通过电流时间曲线与上级保护相配合，防止越级跳闸。部分负荷较大的电机（如 冷冻机组），由于抽屉内空间限制，无法通过熔断器或断路器实现接地保护，因此通过加装带 的剩余电流保护继电器实现单相接地保护。部分单列安装的大电机负载（如 电机），通过电机综合保护继电器 实现接地保护功能。部分人体直接接触，有触电风险的负荷（如检修电源），通过加装 的剩余电流动作保护器，实现对人体的电击防护。核岛 低压系统的典型故障 热过载继电器选型不合理导致误动作燃料厂房通风系统（）风机 在启动时，电源抽屉内热继电器频繁动作。检查电机正常无卡涩，校验热继电器动作时间满足要求，热继电器整定值满足 倍额定值范围。配套的热继电器为 公司 型，脱扣等级为，整定范围，配套 变比为 。经检查，风机风管较长，为重载启动，带载启动电流约为 ，启动时间约为。根据 低压开关设备和控制设备 机电式接触器和电机启动器 中对热继电器的描述，不同脱扣级别的热、电磁或固态过载继电器的脱扣时间见表。表热、电磁或固态过载继电器的脱扣级别和脱扣时间级别脱扣时间 标准中给出的脱扣级别为 的热继电器用于轻载电机，脱扣级别为 的热继电器用于一般电机，脱扣级别为 和 的 热 继 电 器 用 于 重 载 启 动 的 电 机。风机启动时，热继电器脱扣级别选择的不合理，导致热继电器无法躲过电机启动电流而频繁动作。解决办法是选用脱扣级别为 或 的热继电器，或选用带磁饱和特性的 ，通过磁饱和特性限制电机启动时的二次电流值。现场使用 等级的热继电器代替原 等级的热继电器后，风机启动时热继电器不再误动作。安装不规范导致剩余电流保护器误动作秦二厂 冷冻水机组通过剩余电流保护器来实现单相接地保护，保护定值为。在运行中多次发生机组启动时，剩余电流保护器误动作的情况。根据 建 筑 物 电 气 装 置 电 气 设 备 的 选 择 和 安装，剩余电流保护电器的选择和回路的划分，应做到在该回路所接的负荷正常运行时，其预期可能出现的任何对地泄漏电流均不致引起保护电器的误动作。经过录波，电机启动时的零序电流约为，小于保护定值。查询 厂家的产品使用手册，对于剩余电流保护器配套使用的 安装要求有如下描述：电缆应置于 正中，且 内径应不小于电缆直径的倍，安装处前后距离为 内径的电缆不应出现弯曲，否则将影响 的测量精度，造成剩余电流保护器的误动作，安装要求如图所示。图 2 CT 安装要求检查 安装在电源抽屉内部，电缆分散穿过，不满足产品手册中的安装要求，且抽屉内空间有限，元器件安装紧凑，接触器合闸时，触头间多次电弧重燃将产生较严重的高频电磁干扰，使剩余电流保护器误动作。将 由抽屉内移到外部电缆桥架，使电缆平直地从 中间穿过。更改 安装位置后，再未发生机组启动时剩余电流保护器误动作的情况。熔断器选型错误导致误熔断某次运行人员对反应堆一回路进行硼化操作时，发现硼 酸 泵 启 动 后 立 即 跳 闸，电 源 抽 屉 故障黄灯亮。检查抽屉内、两相熔断器熔断。电源抽屉内配备热继电器用于过载保护，配备熔断器用于短路保护，熔断器型号为，额定电流为。在执行熔断器定期更换时，由于未特别关注熔断器型号，因此错误地更换了 熔断器。根据 低压熔断器，熔断器属于一般用途的可实现全范围分断的熔断体，兼有过流保护的功能，常用于馈电回路实现对电线和电缆的短路保护。在选择熔断器时，应考虑熔断器能耐受电机的启动电流，用于电机末端回路保护时不宜选用全范围分断的 熔断器。而 熔断器只在短路中起作用，其规格可比 熔断器相应小，有利于提高保护的灵敏度，也避免上级保护选得过大，因此将 熔断器更换为 熔断器后，应相应提高熔断器的额定电流值，防止电机启动时误熔断。硼酸泵为重载启动，运行电流为，启动电流为 。查询 的 型熔断器时间电流特性曲线（如图所示），在 的启动电流下，熔断电工技术发电厂2023 1期器熔断时间仅为，而 熔断器的熔断时间约为。换回原 熔断器后，硼酸泵能正常启动。图 3 gG 熔断器电流-时间特性曲线 热继电器触点阻值大导致母线失电某年，运行人员执行柴油机低负荷试验时，现场发现冷却风机 电机电源开关 出现黄灯故障报警，但风机未停运，后分配电盘 上游 母线失电。检查 风机，发现电机接线盒内电源电缆、电机引出线、接线柱整体发黑，如图所示。测量电机绝缘为零，相直流电阻一相已断开。检查电机驱动端绕组端部，一相绕组已烧毁，线圈已断裂，可能是烧毁的一相绕组接线接触电机外壳而发生了单相接地。检查电源抽屉内热继电器已动作，但继电器的常开触点未闭合，熔断器额定电流为 ，熔断器未熔断。电机额定 电 流 为 ，热 继 电 器 整 定 值 为 ，符 合 倍的整定原则。对热继电器进行通电试验，动作时间满足要求。用测试按钮模拟热继电器动作，测量继电器常开触点阻值在 之间跳动，触点阻值过大。图 4 电机接线盒发热严重经计算，电机的理论单相接地故障电流为 ，而根据保护装置记录到的信息，电机故障时的零序电流为 ，因此接地情况为接地电阻较大的非金属性接地。的故障电流对应熔断器的熔断时间为，配电盘上游开关 配置 和 反时限的短路保护，上游配电盘 变压器低压侧零序保护定值为 ，过流保护定值为 。在电机从过载发展到单相非金属性接地的过程中，由于热继电器未及时切除故障，因而发生了零序保护越级跳闸。对核岛 低压系统的维护建议 加强对重要设备的巡检关注设备的严重缺陷大多是从电缆及连接件的接触不良、发热严重等逐渐发展而来，因此在日常维护中应加强对大功率电加热器、风机和水泵等设备的定期巡检，可配合目视检查和接线端子的红外测温等手段，及时发现设备的初期异常并介入，可避免开关跳闸、设备烧毁等严重故障，同时应加强对设备绝缘电阻的检查，尤其是部分运行环境恶劣、长期带电的设备。谨慎对待保护元器件的换型对现场热继电器、熔断器等器件进行更换时，应保证新备件与原器件型号的一致性，型号的微小差异都可能导致保护的误动或拒动。如对于加热器等纯阻性负载的回路，应使用 型熔断器，在同样的故障电流下相比 熔断器有更快的熔断速度，保证熔断器能先于零序保护动作，避免越级跳闸的风险；而对于重载启动的电机回路，应选 用 型 熔 断 器，避 免 因 躲 不 过 电 机 启 动 电 流 而熔断。在大容量断路器抽屉增设不平衡保护目前，秦二厂 以下电机回路大部分都未设置不平衡保护，对于电机发生非金属性接地的保护灵敏性不足。如图所示，上游配电盘定时限零序保护的定值为（），动作时间为，与熔断器的反时限动作相交于点，对应的电流值为。当下游负荷发生接地电阻较大的非金属短路而故障电流介于和之间时，就可能发生上游零序保护先于下游负荷短路保护动作的情况，只有当下游负荷容量足够小时，短路保护兼做单相接地故障保护，下游短路故障保护的曲线与上游零序保护没有交点（如图中的曲线），才不会发生上游零序保护先于下游短路保护动作的情况。国内多个核电厂均发生过由于大容量的电机、加热器等发生非金属性短路后，造成越级跳闸的案例。针对该问题，可在大容量的电机回路增设零序 及零序保护继电器作为下游负荷发生单相接地故障的后备保护。时间/s10210110-110-2电流/AAI0I1下游短路保护动作曲线 1下游短路保护动作曲线 2上游零序保护动作曲线图 5 零序保护与短路保护匹配图结语核岛 低压系统的缺陷，可能影响机组的各项运行指标，甚至造成停机停堆，影响核安全。在日常维护中必须谨慎对待系统的各项缺陷，从管理和技术两方面着（下转第 页）发电厂电工技术2023 1期上报统计、异常原因分析等。如对融合终端内台区停电研判、异常管理类业务 ，基于户表级基础数据，能定位停电设备，诊断停电范围、时间及原因等，为配电台区提供了实现供电质量、设备异常率等情况的就地、精确、实时分析的重要前提。本文所述数据伴听采集方案，在石嘴山供电公司三处配电台区现场完成了实际应用，获取的伴听电能量数据，能在配电台区的线损管理中增加更深一级的数据节点感知，即户表级设备感知。在实际应用中，相关设备及业务应用完成部署后，伴听 工作在伴听模式，结合相关文件配置实现收集台区电表档案，并伴听电表事件及相应数据。当该台区集中器按照既定采集任务发出抄读指令或进行相关抄读动作时，载波伴听采集设备能实时采集以获取相应三相动力表、单相智能表的数据及相关报文，包含实时数据、冻结数据等。相应数据经伴听 解析后，存储到融合终端数据中心对应电能表物模型下，形成格式化的电能量数据。数据伴听采集方案的应用，使融合终端（或其他类边缘计算终端）精确计算户表级线损、实时上报线损事件成为可能，进一步提供台区反窃电行为的重要分析依据，并为目标台区的融合终端其他业务功能提供了真实用采数据，实现了电力数据营配共享，完成了电力数据的深化应用与服务增值。结语本文主要对数据伴听采集方案、载波伴听采集设备、伴听 开发与测试、数据交互流程等方面进行了介绍与说明，并给出伴听数据共享与应用的实施方案与实例。其关键创新点为提供了一种在对现有低压网架较小变动的前提下，实现融合终端通过载波伴听的方式直接获取集中器抄表数据的有效方式，能解决当前规模存量台区面临的集抄数据营配共享的有效方案缺失问题，并通过数据挖掘与深化应用，实现了电力数据服务增值。参考文献 胡晓东基于 的用电信息采集与分析北京：北京邮电大学，王景聪 远程集抄系统的研制与应用 广州：广东工业大学 刘康先基于数字化转型的新型电力系统构建应用能源技术，（）：李向荣，郝悍勇，樊涛，等 构筑数字化电网建设信息化企业 电力系统自动化，（）：魏锋 大型供电企业营配贯通管理方式分析 南京：南京理工大学，肖晓鹏用电信息采集系统在智能电网发展中的建设应用北京：华北电力大学，配电自动化系统应用实施细则 配电自动化系统应用实施细则 刘志华，檀盼盼，纪会文，等低压电力线载波通信载波信号衰减特性研究华北电力技术，（）：张惠安超低功耗 的选型技巧与设计思路集成电路应用，（）：电力用户用电信息采集系统通信协议第部分：集中器本地通信模块接口协议 多功能电能表通信协议 电能信息采集与管理系统第部分：通信协议面向对象的数据交换协议 黄瑞基于 电能表的设计与实现长沙：湖南大学，郭晓艳，吴凯，陈雪振，等新基建下的电力物联管理平台的实现电工技术，（）：（上接第 页）手，通过提高人员技能和技术改进等方式，不断提高系统的可靠性。参考文献 张白帆 低压成套开关设备的原理及其控制技术 北京：机械工业出版社，低压开关设备和控制设备 机电式接触器和电机启动器 建筑物电气装置 电气设备的选择和安装 低压熔断器智能信通技术电工技术