三门核电厂用电切换方式探讨

引言

在核电厂中,厂用电是核电厂安全运行的基石,失去厂用电将会给核电厂带来极大的安全隐患。

三门核电厂用电为主给水泵、循环水泵等重要设备提供动力,任意一段母线的失电将导致反应堆降功率甚至停堆,因而厂用电的切换是保障厂用设备及系统安全运行的重要手段。

1三门核电厂用电切换介绍

三门核电一期工程厂用电切换采用并联切换、快速切换和残压切换相结合的模式,在每台机组核岛2段中压母线(Es-1、Es-2)和常规岛4段中压母线(Es-3、Es-4、Es-5、Es-6)上通过中压进线断路器sEL-351保护装置逻辑搭接而成。

通过厂用电切换,每段母线都可以由厂用变压器通过主进线断路器(M1)或辅助变压器通过备用进线断路器(M2)进行带载。

2切换逻辑分析

(1)并联切换:在正常情况下由运行人员从厂用变压器手动切换至辅助变压器(或从辅助变压器至厂用变压器)带载中压母线。

(2)快速切换:当主变、厂变发生故障或发电机出口断路器(GCB)失灵或500kk开关站失灵均会启动快速切换,由厂变电源切换至220kk辅变电源。快速切换过程是单向的,即只能从厂变电源切换至辅变电源,而不能进行反向切换。

(3)残压切换:若快速切换不成功,在30VU%母线电压下延时3n进入残压切换过程(核岛中压残压切换为3.5n延时)。2.1并联切换

并联切换是厂用电正常运行期间进行母线供电方式切换的最重要手段,可以由运行人员通过sLs(电厂控制系统)对中压母线进线断路器进行远程分合闸控制,或者通过就地分合闸旋转开关进行就地控制,能够在母线不停电的情况下进行供电电源切换。并联切换需要对同期进行判定。

以M1断路器作为待切换断路器为例,逻辑如图1所示,并联切换时需要M1断路器的进线电压和中压母线电压符合同期条件。

M1合闸命令发出后,会保持2n,当保护装置检测到M1断路器已合闸,同时存在合闸命令,将会跳开M2断路器,完成中压母线的并联切换。

由图2实际录波波形可见,并联切换时,因为同期判定合理,母线电压十分稳定,波形几乎无抖动现象,对中压负荷的运行没有影响。

2.2快速切换

快速切换作为事故切换方式之一,能够实现故障时中压母线由厂变带载不断电切换至辅变带载。

快速切换启动条件[2]:

(1)发电机出口断路器失灵,将联跳500kkGls断路器并启动快速切换。

(2)500kkGls断路器失灵,并且主变高压侧和Gls之间的隔离刀闸在合位,将联跳GCB并启动快速切换。

(3)主变、厂变、离相封闭母线等故障将会启动快速切换。

三门核电设计中要求母线失压不能超过100mn,即快速切换过程必须在100mn以内完成,保证主泵变频器能自动重启,主泵不跳闸。

当故障发生时,发变组保护或厂变保护装置(GET60)检测到故障,在20mn以内(已包含出口继电器动作时间)保护出口动作,驱动86闭锁继电器在14mn以内跳闸,通过86继电器去跳开工作进线开关M1,同时开放备用进线开关M2柜上sEL-351的同期元件出口发出合M2的命令,M2开关在65mn以内合上。总计时间在99mn以内。

备用进线断路器快速切换逻辑如图3所示,通过sEL-351保护装置实现功能。快切开放时间仅200ms,若200ms内快切未完成,则会被闭锁,以保证合闸时的安全。

在核岛Es-1段中压母线通过实际模拟故障信号启动快速切换进行录波,波形如图4所示,sEL-351保护装置检测到上游故障信号后在60ms内将厂用进线断路器跳开,备用进线断路器合闸。

图4快速切换波形

而通过对上游主变厂变保护的校验,保护动作时间和86出口继电器的动作时间均能够满足要求,从而使快速切换动作时间维持在100ms以内。快速切换需要进行同期检测,在切换过程中,母线电压基本能保持稳定。

2.3残压切换

残压切换是反应堆能够安全停堆的重要支撑,在快速切换失效时,中压母线将发生低电压工况,其带载的重要安全设备会因为低电压而停运,从而对反应堆安全停堆带来严峻的挑战。这种情况下,残压切换将会使备用进线断路器合闸,通过辅助变压器对中压母线进行带载,并通过触发顺序带载逻辑,使核岛中压相关设备经过一定的时序依次自动合闸,从而使反应堆安全停堆。

残压切换仅在母线电压低至30%额定电压下才会触发,逻辑如图5所示。

在核岛Es-1段中压母线通过实际模拟故障信号启动快速切换,并通过临时措施强制快速切换失败,此时母线出现低电压,随后残压切换成功。

工况波形如图6所示,故障发生后厂用进线断路器立即跳开,母线电压经过2s左右后降至30%,随后经过3.5s备用进线断路器合闸成功,母线电压立即恢复。

3结语

通过对三门核电厂厂用电三种切换逻辑的分析和实际波形的对比,可见现行切换逻辑是合理且具有可行性的,能够满足电厂工况需求,也减少了单独设立切换装置的成本。