关于核电厂低电压保护频繁动作造成附加柴油发电机无法启机缺陷分析及处理

关于核电厂低电压保护频繁动作造成附加柴油发电机无法启机缺陷分析及处理

雷继锋1  刘华锋2 王箬3 李潇4 李洋5 侯跃6 李润华7张皖涵8李彦9

中核国电漳州能源有限公司  福建云霄  363300

摘要：核电厂的厂区附加电源系统作为应急交流电源的替代电源，当核电机组中任何一台应急电源系统的应急柴油发电机不可用时（例如检修），厂区附加电源系统的柴油发电机组可以投入使用，代替不可用的应急柴油发电机作为应急母线的备用电源，向应急厂用设备提供可靠电源，确保反应堆安全停堆，同时防止因突然失电导致重要设备的损坏。本文主要对厂区附加电源系统的低电压保护逻辑进行了修改优化，解决了附加柴油发电机在启机时频繁触发低电压保护导致停机的事件。

关键词：附加柴油发电机、低电压保护跳闸逻辑、低电压保护动作

0 绪论

为了增加核电站核安全裕度，在全厂失去正常、应急交流电源的情况下，能确保核反应堆安全停堆，以及当应急柴油机不可用时通过延长柴油机的后退时间来提高机组的可用率，目前世界上大部分国家及地区的核电站如法国、美国、南非、韩国和台湾等都设置了附加柴油发电机，使核电站的核安全性能处于世界领先水平[1]。

因此，验证附加柴油发电机的能否替代应急柴油发电机给机组应急中压母线供电至关重要。本文主要对附加柴油发电机在做供电试验时，出现低电压保护动作、励磁故障等问题进行分析和提供解决方案，保证附加柴油发电机供电的可靠性。

1 附加柴油发电机供电

1.1 试验项目概述

附加柴油发电机供电试验是附加柴油发电机能通过中压盘柜给机组应急中压母线供电，并验证远方信号对柴油发电机的控制，以及母线失压引起的应急电源切换逻辑。正常试验工况下，附加柴油发电机为孤岛运行模式，单独带应急母线供电，当试验人员就地手动启动附加柴油发电机，待附加柴油发电机建频建压完成后，调试人员依次执行闭合中压盘柜断路器，拟对2间隔内的应急母线送电（此时母线已扫负荷，为空母），当执行至闭合进线开关柜后，就地控制柜综保装置报发电机低电压三取二保护动作，导致附加柴油发电机的出口断路器进线开关柜跳闸，附加柴油发电机启机失败。

1.2 试验项目问题分析

通过查看现场录制的波形可以发现，当转速达到80%额定转速后，开始投励，初次达到70%额定电压时，存在一个小方波（持续481ms）判断为继电器对初次上电后的翻转，在达到80%额定转速3s后，继电器仍处于动作状态，低电压保护动作。投励3.2s后继电器复归，节点才翻转，此次触发了低电压3取2动作。

（1）低电压保护动作

附加柴油发电机有设置两组低电压保护，一组为保护装置设置的低电压保护，一组为通过继电器搭建的低电压保护，此次动作的是通过继电器搭建的低电压保护发生动作。动作条件分析：

1）低电压继电器3个中有2个动作，柴油发电机触发停机跳闸指令，电压下降，达到低电压定值，此条件满足；

2）PT二次空开无故障（现场检查空开状态正常）；

3）无应急启动记忆，此次启机采用的是手动启机属于常规启机，此条件满足；

4）转速大于80%且持续3s后开放，因为柴油发电机一开始就已经建压建频了，所以转速条件满足要求，同时停机跳闸方式采用的是先跳闸后停机，由于电压下降得比转速快，在转速还未下降到80%时，低电压继电器已经动作，所以低电压保护不会被转速的条件给闭锁出口。

1.2.1 低电压继电器动作特性分析

根据厂家定值⼿册低电压的整定值为40.4V（相电压，按100V的70%整定），动作时间为3s,现场对继电器特性进行重新校验，校验结果如下：

根据上述数据来看，继电器达到复归电压值时（约为42V左右），会有固有的1.7-1.9s的延时，此时间加上投励至建压时间（大概在1.5s左右），已经超过建频建压限值时间3s要求。

综上所述，附加柴油发电机的低电压保护逻辑设计有缺陷，低电压继电器复归的固有延时与投励后的建压时间超过建压限值时间3s（转速到达80%后，开始计算），导致低电压保护动作，使柴油发电机停机。

2 解决方案及验证

通过现场试验以及逻辑理论分析后，低电压保护逻辑做了以下变更：

将投励后建频建压限值时间由3s修改为6s，同时进一步优化AVR定值，缩短投励建压至70%额定电压的时间，修改后的逻辑图如下图所示。

优化后的附加柴油发电机低压电保护逻辑

3 总结

通过上述试验并结合保护逻辑分析，分析论证了此次附加柴油发电机在做供电试验时出现的低电压保护频繁动作问题，说明附加柴油发电机的低电压保护逻辑设计存在一定缺陷，原设计低电压继电器复归的固有延时与投励后的建压时间超过建压限值时间。若此时叠加过/低频保护、过负荷保护信号，则有可能导致中压应急母线进线开关误跳，造成带负荷运行的应急母线失电风险。在低压电跳闸保护逻辑中将降压建频时间延长至6s，以此规避附加柴油无法正常启机的风险，初步解决了附加柴油发电机替代应急柴油发电机供电的问题，提高了核电厂安全系统备用电源的可靠性。

参考文献

[1]李宏亮 附加柴油发电机在核电站的应用[J].广东电力，2000，13（1）：26-28.

作者简介：

雷继锋（1999-），男，继保检修工，主要从事核电厂继电保护、应急柴油发电机维修工作

刘华锋（1994-），男，继保检修工，主要从事核电厂继电保护、自动化系统和应急柴油发电机维修工作

王箬（1999-），女，继保检修工，主要从事核电厂继电保护、自动化系统和应急柴油发电机维修工作

李潇（1975-），女，继保检修工，主要从事核电厂继电保护、发变组保护维修工作

李洋（1993-），男，继保检修工，主要从事核电厂继电保护、发变组保护维修工作

侯跃（1996-），男，继保检修工，主要从事核电厂继电保护、开关站系统维修工作

李润华（1998-），男，低压电气检修工，主要从事核电厂低压电气维修工作

张皖涵（1997-），男，高压电气检修工，主要从事核电厂高压电气维修工作

李彦（1998-）男，继保检修工，主要从事核电厂继电保护、发变组保护维修工作