某核电厂电动机低电压保护方案及优化建议.pdf

工程设计与应用贾福辰（），男，高级工程师，从事核工程电气设计研究。张旭（），男，高级工程师，从事 配电系统设计研究。张巍（），女，从事 配电系统设计研究。某核电厂电动机低电压保护方案及优化建议贾福辰，张旭，张巍（中国核电工程有限公司河北分公司，河北 石家庄 ）摘要：对某核电厂非安全级电动机低电压保护方案进行了总结，对电动机低电压保护整定时间进行了分析，综合电动机不同的功能、电源瞬态切换中电压与时间关系，提出按电动机功能分别设置整定时间的优化建议方案。结果可供工程设计借鉴。关键词：电动机低电压保护；整定时间；瞬态切换；优化建议中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：引言某核电厂电动机数量较多，其保护配置较为严格，中压电动机一般采用综保等设置电流速断、热保护、不平衡、逆相序、接地和低电压保护，低压电动机一般采用综保、热继电器等设置电流速断、热保护、接地和低电压保护。在各类保护中，低电压保护一直发挥着十分重要的作用，直接影响机组的稳定运行。电动机起动转矩、最大转矩与电压的平方成正比，当配电母线电压短时降低或中断又恢复时，大量电动机自动起动，电动机起动电流较大，母线电压迅速降低，进一步降低了起动转矩，导致电动机起动时间变长，严重时甚至损坏电动机，从而造成非计划停堆；同时母线电压降低，电能质量降低，严重影响其他非电动机类设备的正常使用。本文对非安全级电动机低电压保护设置方案进行了总结，对电动机低电压保护整定时间进行了分析，提出了存在的潜在风险，并给出了优化方案，为工程设计提供借鉴。电动机典型接线图厂用电系统一般设置 个电压等级，中压配电系统采用 或 ，低压配电系统采用 。中压电动机典型接线中压配电系统设断路器柜和 柜，断路器柜为 以上电动机配电，柜为 及以下电动机配电，柜又分为电保持和机械保持。低压电动机典型接线低压配电系统设断路器回路和 回路。一般情况下，核岛的低压电动机回路采用 回路，最大电动机为 。常规岛和 的低压电动机采用断路器回路和 回路，及以上的电动机回路采用断路器回路，工程设计与应用及以下电动机采用 回路。电动机典型接线图如图 所示。图 电动机典型接线图 电动机低电压保护设置方案根据 通用用电设备配电设计规范 和 继电保护和安全自动装置技术规程 的要求，当电源电压短时降低或短时中断后又恢复时，为保证重要电动机自起动而需要断开次要电动机，核电厂非安全级的中低压电动机均设置了低电压保护。中压电动机低电压保护方案中压电动机断路器回路和 回路的低电压保护实现的方式不同，电保持 回路采用切断控制电源，从而使接触器线圈断电的方式实现低电压保护；机械保持的 回路和断路器回路采用闭合控制电源，从而使专用继电器得电，进而闭合分闸回路，实现低电压保护。下文以某单元母线为例进行介绍。单元厂用母线设置 回路和断路器回路，共设 组二次直流小母线，单元厂用电系统二次直流小母线设置情况如表 所示。单元厂用电二次直流小母线电源接线图如图 所示。单元厂用母线低电压控制接线图如图 所示。电保持 回路低电压保护动作原理当母线 监测到母线电压低于 时，表 单元厂用电系统二次直流小母线设置情况名称功能控制小母线提供操作电源信号小母线提供 电压监测电源电保持 回路低电压跳闸小母线电源引自控制小母线，向电保持的 回路提供操作电源机械保持 及断路器回路低电压跳闸母线电源引自信号小母线，向低电压跳闸继电器供电图 单元厂用电二次直流小母线电源接线图图 单元厂用母线低电压控制接线图延时 后，中间继电器 得电，其常闭触点断开，切断 回路的操作电源。回路的接触器线圈丧失直流电源，接触器分闸，实现低电压保护。为避免电源恢复后电动机自动起动，电压监测继电器设置为手动复位，低电压信号触发后一直有效，直至手动复位。机械保持 及断路器回路低电压保护动作原理当母线 监测到母线电压低于 时，延时 后，中间继电器 得电，其常开触工程设计与应用点闭合，由信号小母线向机械保持 及断路器回路低电压跳闸母线供电。由该母线向低电压跳闸继电器 供电，的常开触点闭合，断路器分闸线圈得电，断路器分闸，实现电压保护。机械保持 及断路器回路低电压控制接线图如图 所示。图 机械保持 及断路器回路低电压控制接线图为避免电源恢复后电动机自动起动，电压监测继电器设置为手动复位，低电压信号触发后一直有效，直至手动复位。低压电动机低电压保护方案低压电动机接触器回路和断路器回路低电压保护的方式相同，均采用切断直流操作电源，使接触器线圈丧失电源或触发断路器失压脱扣，实现低电压保护。当 母线电压低于 时，延时 后，接触器 断开，各馈线回路丧失直流操作电源，接触器线圈丧失电源、断路器失压脱扣动作，配电回路分闸，实现低电压保护。为避免电源恢复后电动机自动起动，电压监测继电器设置为手动复位，低电压信号触发后一直有效，直至手动复位。低压电动机低电压控制接线图如图 所示。图 低压电动机低电压控制接线图 优化建议依据 火力发电厂厂用电设计规范 ，火电厂一般根据电动机的重要性，设置不同的低电压保护整定时间。规范要求 继电保护及安全自动装置技术规程 仅对是否需要设置电动机低电压保护作了相关要求，未明确低电压保护的整定时间。通用用电设备配电设计规范 规定了低压电动机低电压保护整定时间范围，可取 ，未明确中压电动机低电压保护整定时间。火力发电厂厂用电设计技术规定 将电动机分为、类，类电动机为重要负荷，低电压保护的整定时间范围为 ，、类电动机为次重要负荷，低电压保护的整定时间为 。潜在风险某核电厂电动机低电压保护整定时间与 通用用电设备配电设计规范 存在一定的差异，时间远大于 ；且未按 火力发电厂厂用电设计技术规定 的要求分档整定，存在优化调整的空间。根据 电能质量 电压暂降和短时中断 ，电压中断的典型持续时间为 。如厂用电系统电压中断 ，厂用电动机将停止运转，低电压保护未动作，电源恢复后所有电动机将重新起动加速，冲击电流极大，以某单元母线为例进行估算。单元厂用电动机用电负荷统计如表 所示。表 单元厂用电动机用电负荷统计用电负荷名称额定功率 额定电流 启动电流 启动尖峰电流 泵 泵 泵 泵 注：起动电流倍数按 倍进行核算；起动尖峰电流倍数按 倍进行核算。工程设计与应用由表 可知，电动机总的起动电流为 ，起动尖峰电流为 ；由于母线总进线过流保护为 ，起动电流将触发总进线处的过流保护动作，造成总进线断路器跳闸，母线失电，机组可能停机。建议方案为避免上述风险，电动机低电压保护整定时间应根据电动机的不同功能分阶段整定。整定时，除考虑工艺需求以及厂外电源波动等因素外，还须与厂用电系统瞬态切换的时间相配合。核电厂存在两种瞬态切换：并网发电切换至带厂用电运行、主辅电源切换。不同功能的电动机需分别考虑各电源瞬态切换工况下的时间配合。单元厂用电动机根据 核电厂厂用电系统设计准则，并网发电切换至带厂用电运行瞬态切换时，厂用工作变压器初级绕组端（即主发电机端）的电压随时间的变化而变化。并网发电切换至带厂用电运行时厂用电源电压的变化如图 所示 。图 并网发电切换至带厂用电运行时厂用电源电压的变化由图 可知，切换过程中，电压升至 的时间为 ，为避免切换过程中低电压保护动作，整定时间应大于 。常备厂用电动机常备厂用电动机须在机组停运过程、停运期间运行，由单元常备母线供电。该类电动机在并网发电切换至带厂用电运行和主辅电源切换时都须继续运行。除考虑并网发电切换至带厂用电运行的切换时间外，低电压整定时间还须考虑主辅电源切换的时间。根据 核电厂厂用电系统设计准则，主辅电源瞬态切换时厂用电源电压的变化如图 所示 。图 主辅电源瞬态切换时厂用电源电压的变化由图 可知，主辅电源瞬态切换过程中，电压升至 的时间为 ，为避免切换过程中低电压保护动作，整定时间应大于 。综合上述分析，根据不同的功能，单元厂用电动机和常备厂用电动机的低电压整定时间可分别调整为 和 。调整后可有效避免电压短暂中断后群组电动机同时起动带来的风险。结语本文对某核电厂非安全级电动机低电压保护的设计内容进行了总结，提出了低电压保护整定时间的优化建议方案。核电厂电动机低电压保护直接影响着厂用电系统的稳定运行，本文对后续工程设计具有一定的参考意义。中华人民共和国住房和城乡建设部 通用用电设备配电设计规范：北京：中国计划出版社，中华人民共和国国家标准化委员会 继电保护和安全自动装置技术规程：北京：中国标准出版社，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 电能质量 电压暂降和短时中断：北京：中国标准出版社，国家能源局 火力发电厂厂用电设计规范：工程设计与应用 北京：中国计划出版社，国家能源局 核电厂厂用电系统设计准则：北京：原子能出版社，收稿日期：，（，）：，：；檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 （上接第 页）（），：，：；檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 【编辑部声明】本刊已许可万方数据、重庆维普、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社在其网站及其系列数据库产品中以数字化方式复制、汇编、发行、信息网络传播本刊全文。该社著作权使用费与本刊相关费用抵消。如作者不同意文章被收录，请在来稿时向本刊声明，本刊将做适当处理。现代建筑电气 编辑部