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厂用交流稳压电源如何在电厂孤岛运转中同期切换?

依据SEL-351型归纳继电器特性,经过剖析厂用交流稳压电源切换进程中的技能难点,证明厂用交流稳压电源检测同期参数切换方法的可行性,比较各种切换方法的优缺点,提出一种并联切换与快速切换相结合的厂用交流稳压电源检同期切换计划,兼具不失电与操作时刻短的长处,为拟定电厂孤岛运转厂用交流稳压电源切换预案供给参考。

当电网或开关站GIS设备毛病导致机组孤岛运转时,汽轮发电机将带载厂用负荷运转。若长时刻无法完结从头并网运转,机组需求停机、停堆,以确保机组处于安全状况。在此进程中,将厂用负荷安全、平稳、快速转移至检修交流稳压电源,对下降专设安全设备动作危险、保持机组安全状况有重要意义。

 

1  AP1000机组厂用交流稳压电源简述 

AP1000机组电气主接线图如图1所示。正常工况下,厂用负荷交流稳压电源来自主发电机,经过发电机出口断路器、高厂变送至中压10.5kV母线ES各段,一起经过主变将电能送到500kV电网。 

厂用交流稳压电源切换操控由中压母线进线开关上的SEL-351型归纳维护继电器完结[1],切换方法主要有主动切换、并联切换。其间,主动切换包含了快速切换和残压切换两种方法,并联切换是手动的、双向的[2]。另外,核岛中压ES-1和ES-2段母线也可以切换至备用柴油发电机。

厂用交流稳压电源如安在电厂孤岛运转中同期切换? 

图1  AP1000机组电气主接线图

2厂用交流稳压电源切换问题剖析

 

2.1孤岛运转厂用交流稳压电源切换特色

当机组处于孤岛运转状况时,因为厂用电率很低,约占发电机额外功率的6%。机组在如此小的功率下长时刻运转、无法并网提高功率,会对汽轮机末级叶片形成很大危害,核燃料利用率下降,也晦气机组的安稳操控[3~6]。

考虑到核电厂用电负荷的特殊性,为下降专设安全设施的动作危险,削减运转人员操作担负及人因失误概率,可以快速而不失电的完结厂用交流稳压电源切换自然是最佳战略。 

可是,机组孤岛运转时,发电机和220kV交流稳压电源间相角差是不确定的。当进行厂用交流稳压电源切换至辅佐变时,因为SEL-351型继电器只是作查看同期条件之用,无法调整主发电机参数以匹配220kV交流稳压电源,经过检同期的并联切换、快速切换方法无法确保厂用交流稳压电源成功切换至辅佐变。而作业进线开关先断开、备用进线开关后合闸这样的手动串联切换方法,因为长时刻延时,成功可能性微乎其微。

 

2.2 规划方主张 

AP1000规划文件无主发电机与220kV检修交流稳压电源同期的要求,规划方以为机组孤岛运转工况应闭锁发电机和220kV交流稳压电源间主动切换和并联切换,交流稳压电源间切换应该是手动的,而且作业进线开关、备用进线开关应该合在无压的母线上。 

明显规划方主张的切换计划将导致中压母线失电,需求运转人员进行很多的操作康复各种需求运转的负荷交流稳压电源。履行时刻长,操作繁琐,增加了人因失误几率,提高了机组安全危险。

 

3同期切换可行性剖析 

3.1 同期切换问题证明 

规划方主张手动切换而非并联切换和同期切换,主要有以下两点原因:

 1)视点问题:发电机孤岛运转时,如选用并联切换,即便满意同期条件闭合备用进线开关,但因为开关存在固有的合闸时刻,在备用进线开关合闸瞬间,发电机和220kV交流稳压电源间相角差发作变化,最大可能到达180°,对发电时机形成严峻损坏; 

2)发电机与220kV交流稳压电源并排运转问题:快速切换时,因为设备毛病可能导致备用进线开关合闸时作业进线开关仍未分闸,发电机和220kV交流稳压电源并排运转,相角差最大可能到达180°,对发电时机形成严峻损坏。 

但规划方的忧虑是多虑的,实践不会发作上述现象,下面对此进行具体证明。

 

3.1.1 视点问题 

SEL-351型继电器同期参数设置如下:1)压差—10%额外电压;2)滑差—0.05Hz;3)相角差—20°;4)断路器合闸补偿时刻—0.06s。 

SEL-351型继电器的同期相角差20°的要求是经过断路器合闸时刻补偿后的,同期检测逻辑如图2所示。

 厂用交流稳压电源如安在电厂孤岛运转中同期切换?

图2 SEL-351继电器同期检测逻辑图

厂用交流稳压电源如安在电厂孤岛运转中同期切换?

图3 同期相角差补偿示意图

即便疏忽断路器合闸时刻的视点补偿,以备用进线开关合闸时刻约60ms、最大滑差0.05Hz(此刻相角差最大)计算,备用进线开关合闸瞬间,发电机与220kV交流稳压电源相角差也不会大于20°+1.08°=21.08°,小于如山东电网对发电机并网同期参数相角差30°的要求。

所以,备用进线开关合闸瞬间,发电机与220kV交流稳压电源相角差增大的视点问题并不会对发电机形成危害。

 

3.1.2发电机与220kV交流稳压电源并排运转问题 

AP1000机组厂用中压母线交流稳压电源快速切换触发信号,一起动作于发电机出口断路器和灭磁开关跳闸、中压作业进线开关跳闸、中压备用进线开关合闸、封闭主汽门。 

发电机出口断路器分闸时刻约33ms,中压进线开关分闸时刻约34ms,中压进线开关合闸时刻约60ms。备用进线开关合闸时刻大于作业进线开关和发电机出口断路器分闸时刻,正常情况下220kV交流稳压电源不会冲击到发电机。 

即便作业进线开关失灵导致其分闸失利,发电机出口断路器分闸成功也确保了发电机不会遭到220kV交流稳压电源的冲击。而且,经过高厂变非电量维护触发厂用交流稳压电源快速切换,会触发发电机出口断路器和作业进线开关各自的两套跳闸线圈一起跳闸,极大下降了并排运转的可能性。 

综上所述,厂用中压母线检同期方法的并联切换和快速切换损坏发电机的可能性极低。 

3.2孤岛运转交流稳压电源切换方法剖析 

3.2.1 主动切换 

1)快速切换 

机组正常运转工况下,发变组毛病将发动中压ES-1~6段母线快速切换:宣布作业进线开关分闸指令、备用进线开关合闸指令,这是一种一起切换方法[7]。SEL-351继电器在满意同期条件下闭合备用进线开关,快速切换进程中压母线波形如图4所示。不然,0.2s后SEL-351继电器将闭锁快速切换。

 厂用交流稳压电源如安在电厂孤岛运转中同期切换?

图4 快速切换中压母线电压波形图


2)残压切换 

快速切换失利后,作业进线开关跳闸而备用进线开关也处于分闸状况,母线电压快速衰减。当母线电压降至75%时,延时3秒后低电压继电器动作跳开母线上一切的电动机负荷。当电压将至30%时,SEL-351继电器不再进行两边交流稳压电源同期断定,闭合备用进线开关从而将厂用中压母线切换至辅佐变,残压切换进程中压母线波形如图5所示。

 厂用交流稳压电源如安在电厂孤岛运转中同期切换?

图5 残压切换中压母线电压波形图

电厂孤岛运转时,需以传动实验或短接线的方法触发厂用交流稳压电源主动切换。如果快速切换成功,厂用负荷不会失电。可是因为同期参数中相角差的约束,快速切换可能失利。当快速切换失利时,跟着母线电压下降至75%,低电压继电器动作进行甩负荷、发动柴油发电机。当母线电压降至30%时进行残压切换,然后由运转人员手动康复厂用负荷。 

这种切换的长处是切换时刻短,一旦快速切换成功,厂用负荷无需失电即完结切换。即便快速切换失利,残压切换的成功依然削减了切换操作的时刻。

 

3.2.2 并联切换 

SEL-351型继电器可以完结中压母线在高厂变与辅佐变之间手动、逐段、双向切换。两边交流稳压电源并排0.2s后,原先闭合的开关分闸,并联切换中压母线电压、电流波形如图6所示。其间,切换完结前电流较大主要由体系并排运转环流所致。

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图6 并联切换中压母线电压、电流波形

这种切换需求运转人员在主控室经过仪控体系宣布备用进线开关的合闸指令,这是一个2s时长的方波指令。发电机与220kV交流稳压电源在满意同期参数的条件下并排0.2s后作业进线开关断开。如3.1节所述,若两边交流稳压电源具有同期条件,并排运转瞬间不会对发电机形成破坏性冲击,发电机随后很快即被220kV体系牵引至同步运转。 

即便这个进程中作业进线开关分闸失利,备用进线开关会在合闸0.7s后主动跳开,防止发电机与220kV交流稳压电源长时刻并排运转。2s的合闸指令时长提高了相角差满意同期要求的可能性,增加了并联切换成功率。

并联切换也可以完结厂用负荷的不失电切换,且成功概率较快速切换高。但并联切换需求逐段进行,全体切换时刻较主动切换长。

 

3.2.3 经过柴油发电机切换 

残压切换失利后,柴油发电机120s内主动发动完结,其出口开关主动合闸带载核岛中压ES-1和ES-2段,420s内次序完结9组主动加载负荷的上电。 

也可以手动完结这种切换。手动发动柴油发电机,然后在主控室经过仪控体系宣布柴油发电机出口开关的合闸指令。经过调整柴油发电机参数,使之与主发电机满意同期要求的条件下,柴油发电机出口开封闭合,柴油发电机与主发电机经过中压母线并排运转。 

之后运转人员需求手动断开作业进线开关,再经过调整柴油发电机同期参数,合上备用进线开关,使柴油发电机与220kV交流稳压电源体系并排运转。最终断开柴油发电机出口开关,完结一段中压母线向220kV交流稳压电源的切换。

经过柴油发电机只能完结对中压ES-1和ES-2段负荷供电,操作较为繁琐,且供电时长有约束。

 

4 切换方法引荐 

AP1000机组现行规划并没有一种单一的切换方法,可以完结孤岛运转时厂用交流稳压电源快速而不失电的切换至220kV检修交流稳压电源体系。综上剖析,笔者引荐一种计划:先完结一段中压母线的并联切换、再手动触发快速切换完结其它厂用中压母线向220kV检修交流稳压电源体系的切换。 

考虑到核岛中压ES-1和ES-2段母线负荷对保持机组安全状况的重要性,引荐首先测验手动并联切换,将核岛中压ES-1和ES-2段中至少一段母线不失电的切换至220kV交流稳压电源,以确保机组履行纵深防护功用的负荷防止呈现失电进程。 

跟着并联切换的成功,发电机很快被220kV交流稳压电源体系牵引至同步运转,其它段母线必定满意同期条件。这些中压母线可以经过触发主动快速切换的方法,快速切换至220kV交流稳压电源。这样并联切换与快速切换相结合的方法,既确保了机组负荷的不失电切换,也缩短了厂用交流稳压电源切换进程的操作时刻,削减了运转人员操作担负。 

第一步并联切换成功与否的最大应战是发电机与220kV交流稳压电源之间滑差过小,乃至相对停止,而相角差又过大、超出同期要求。此刻,可能屡次测验并联切换依然无法成功。 

在不考虑汽轮发电机调速操控的条件下,主张履行第二种计划:触发主动切换,经快速切换或残压切换迅速地将厂用中压母线切换至220kV交流稳压电源。以上切换都不成功的小概率情况下,再由柴油发电机带载核岛两段中压母线运转。

 

5 结语 

AP1000机组装备的SEL-351型归纳维护继电器具有断路器合闸时刻视点补偿功用,供给了在机组孤岛运转时完结厂用交流稳压电源同期切换而又不损害发电机的可能性。选用并联切换和快速切换相结合的检同期切换战略,有中压母线不失电和操作时刻短等长处。当然,屡次测验并联切换失利后,触发厂用交流稳压电源主动切换依然是比较适宜的选择。

鉴于核电机组在安全方面的重要性和特殊性,而国内核电机组并未针对小概率的孤岛运转工况专门拟定相应的厂用交流稳压电源同期切换预案或规程。期望本文抛砖引玉,为广阔业界同仁弥补、完善相关的程序供给新思路。

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