引言

在核電廠中,廠用電是核電廠安全運行的基石,失去廠用電將會給核電廠帶來極大的安全隱患。

三門核電廠用電為主給水泵、循環水泵等重要設備提供動力,任意一段母線的失電將導致反應堆降功率甚至停堆,因而廠用電的切換是保障廠用設備及系統安全運行的重要手段。

1三門核電廠用電切換介紹

三門核電一期工程廠用電切換采用并聯切換、快速切換和殘壓切換相結合的模式,在每臺機組核島2段中壓母線（ES-1、ES-2）和常規島4段中壓母線（ES-3、ES-4、ES-5、ES-6）上通過中壓進線斷路器SEL-351保護裝置邏輯搭接而成。

通過廠用電切換,每段母線都可以由廠用變壓器通過主進線斷路器（M1）或輔助變壓器通過備用進線斷路器（M2）進行帶載。

2切換邏輯分析

（1）并聯切換:在正常情況下由運行人員從廠用變壓器手動切換至輔助變壓器（或從輔助變壓器至廠用變壓器）帶載中壓母線。

（2）快速切換:當主變、廠變發生故障或發電機出口斷路器（GCB）失靈或500kV開關站失靈均會啟動快速切換,由廠變電源切換至220kV輔變電源。快速切換過程是單向的,即只能從廠變電源切換至輔變電源,而不能進行反向切換。

（3）殘壓切換:若快速切換不成功,在30%Un母線電壓下延時3S進入殘壓切換過程（核島中壓殘壓切換為3.5S延時）。

2.1并聯切換

并聯切換是廠用電正常運行期間進行母線供電方式切換的最重要手段,可以由運行人員通過PLS（電廠控制系統）對中壓母線進線斷路器進行遠程分合閘控制,或者通過就地分合閘旋轉開關進行就地控制,能夠在母線不停電的情況下進行供電電源切換。并聯切換需要對同期進行判定。

以M1斷路器作為待切換斷路器為例,邏輯如圖1所示,并聯切換時需要M1斷路器的進線電壓和中壓母線電壓符合同期條件。

M1合閘命令發出后,會保持2S,當保護裝置檢測到M1斷路器已合閘,同時存在合閘命令,將會跳開M2斷路器,完成中壓母線的并聯切換。

由圖2實際錄波波形可見,并聯切換時,因為同期判定合理,母線電壓十分穩定,波形幾乎無抖動現象,對中壓負荷的運行沒有影響。

2.2快速切換

快速切換作為事故切換方式之一,能夠實現故障時中壓母線由廠變帶載不斷電切換至輔變帶載。

快速切換啟動條件[2]:

（1）發電機出口斷路器失靈,將聯跳500kVGIS斷路器并啟動快速切換。

（2）500kVGIS斷路器失靈,并且主變高壓側和GIS之間的隔離刀閘在合位,將聯跳GCB并啟動快速切換。

（3）主變、廠變、離相封閉母線等故障將會啟動快速切換。

三門核電設計中要求母線失壓不能超過100mS,即快速切換過程必須在100mS以內完成,保證主泵變頻器能自動重啟,主泵不跳閘。

當故障發生時,發變組保護或廠變保護裝置（GET60）檢測到故障,在20mS以內（已包含出口繼電器動作時間）保護出口動作,驅動86閉鎖繼電器在14mS以內跳閘,通過86繼電器去跳開工作進線開關M1,同時開放備用進線開關M2柜上SEL-351的同期元件出口發出合M2的命令,M2開關在65mS以內合上。總計時間在99mS以內。

備用進線斷路器快速切換邏輯如圖3所示,通過SEL-351保護裝置實現功能。快切開放時間僅200mS,若200mS內快切未完成,則會被閉鎖,以保證合閘時的安全。

在核島ES-1段中壓母線通過實際模擬故障信號啟動快速切換進行錄波,波形如圖4所示,SEL-351保護裝置檢測到上游故障信號后在60mS內將廠用進線斷路器跳開,備用進線斷路器合閘。

圖4快速切換波形

而通過對上游主變廠變保護的校驗,保護動作時間和86出口繼電器的動作時間均能夠滿足要求,從而使快速切換動作時間維持在100mS以內。快速切換需要進行同期檢測,在切換過程中,母線電壓基本能保持穩定。

2.3殘壓切換

殘壓切換是反應堆能夠安全停堆的重要支撐,在快速切換失效時,中壓母線將發生低電壓工況,其帶載的重要安全設備會因為低電壓而停運,從而對反應堆安全停堆帶來嚴峻的挑戰。這種情況下,殘壓切換將會使備用進線斷路器合閘,通過輔助變壓器對中壓母線進行帶載,并通過觸發順序帶載邏輯,使核島中壓相關設備經過一定的時序依次自動合閘,從而使反應堆安全停堆。

殘壓切換僅在母線電壓低至30%額定電壓下才會觸發,邏輯如圖5所示。

在核島ES-1段中壓母線通過實際模擬故障信號啟動快速切換,并通過臨時措施強制快速切換失敗,此時母線出現低電壓,隨后殘壓切換成功。

工況波形如圖6所示,故障發生后廠用進線斷路器立即跳開,母線電壓經過2S左右后降至30%,隨后經過3.5S備用進線斷路器合閘成功,母線電壓立即恢復。

圖6殘壓切換波形

3結語

通過對三門核電廠廠用電三種切換邏輯的分析和實際波形的對比,可見現行切換邏輯是合理且具有可行性的,能夠滿足電廠工況需求,也減少了單獨設立切換裝置的成本。