消弧线圈系统在核电厂中的应用

2019-09-26徐盛海

商品与质量 2019年22期

徐盛海

福建福清核电有限公司福建福清 350318

M310堆型核电厂（以下简称电厂）中压系统电压等级为6．6KV，按照DL/T5153-2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》的规定，6．6KV系统中性点不能直接接地运行。因此，电厂前期投运的中压系统的中性点接地方式采用不接地系统。随着电厂中压系统所带负荷的增多，电缆使用量相应增加，对地电容电流也不断增大，中压中性点不接地系统已不能满足中压系统的安全稳定运行。

设计院通过电厂6．6KV电缆的电容参数计算中压系统的电容电流，该电容电流远远超过标准值10A。在不改变厂用电接线的情况下，不接地就无法有效降低电容电流。在不断重视电力系统稳定运行的现在，通过将中压厂用电系统改为经消弧线圈接地，提供补偿电流并维持系统的稳定运行，是解决中压系统电容电流超标的最佳途径。

1 消弧线圈的组成和主要功能

核电厂采用的消弧线圈是相控式消弧线圈。

1.1 消弧线圈的组成

消弧线圈主要由以下两部分组成：消弧线圈组合柜和选线屏。其中选线屏又分纯选线屏（仅进行选线）和选线控制屏(既可以进行选线又可以发命令给消弧线圈组合柜进行合闸。)

消弧线圈组合柜主要有以下几个部分：三次电抗器和三次电容器、五次电抗器和五次电容器、可控硅、消弧线圈本体、风扇、加热器等。选线屏主要由XHK-II-B选线装置和相关继电器回路搭建而成[1]。

1.2 消弧线圈的主要功能

消弧线圈组合柜的主要功能：

·补偿了电容电流，减小故障点的接地电流，电弧容易熄灭，不易重燃，防止事故扩大甚至消除事故；

·可带单相接地故障运行一段时间；

·瞬时接地故障容易恢复，降低发展成永久接地的概率；

·抑制间歇性弧光过电压。

选线屏的主要功能有：运行状态指示、接地信息、选线分析、模块状态、系统设置、线路编号、信息统计、故障显示。

2 电厂消弧线圈成套系统的保护原理和控制原理

2.1 消弧线圈成套系统的保护原理

·消弧线圈流过补偿电流IL；

·电容上流过电容电流Ic；

·接地点流过残流Ig=IL-Ic。

流过接地弧道的残流由电容电流Ic和电感电流Il组成，他们可互相抵消。这就促使电弧自动熄灭（详见图1所示）。

图1 保护原理图

2.2 消弧线圈成套系统的控制原理

电厂使用是可控硅控制变压器式消弧线圈。其一次绕组接中性点及地，二次绕组分为两个；其中一个二次绕组构成可控硅回路，另一个二次绕组构成滤波回路。这种方式的消弧线圈实际上是漏抗很大的变压器，通过调节可控硅导通角度，即可改变等效电抗值大小。由于可控硅控制时产生一定的谐波,三次绕组的滤波回路可以消除可控硅控制回路所引起的部分谐波电流，从而使一次绕组的总谐波电流控制在一定范围内。

当系统发生接地故障时，选线控制屏接收到中性点电压和零序电流。当接收电压和电流同时超过整定值后，立即发信号给消弧线圈组合柜进行合闸，并通过可控硅改变消弧线圈等效阻抗来调节补偿电流。

在消弧线圈投用之后，通过并联中电阻进行选线；并在发现故障无法立即消除后，人为对开关进行断开[2]。

3 消弧线圈在核电站中的特殊应用

3.1 消弧线圈的投用方式

在系统正常运行期间，消弧线圈是不投用的；待系统发生接地故障时再投用。

虽然在系统接地期间，消弧线圈的投用可以减小接地残流甚至达到自动熄弧的作用；但是在正常运行期间，消弧线圈如果继续投用，有可能引发串联谐振。

当系统发生单相接地时投入消弧线圈，消弧线圈与三相对地等效为电容式并联回路，不会发生谐振过电压。

如果在系统正常运行期间投入消弧线圈，消弧线圈与三相对地电容是串联回路。此时如果发生谐振，那么中性点电压就会大大高于不对称电压。而系统要求正常时中性点电压不超过0．15UN。即使不发生系统谐振，消弧线圈的投入也会引起变压器中性点电压位移，从而导致相电压升高，对电厂的稳定运行也是不利的。

考虑到核电站的特殊性和对安全系数要求较高的原因，经过专家的讨论和研究，确定核电厂消弧线圈的投用方案为：在正常运行时，6．6．kV系统维持中性点不接地的方式；发生单相故障时报警，并将消弧线圈投入，高压厂变和辅助变低压中性点经消弧线圈接地，中性点的位移电压产生感性电流流过接地点，补偿电容电流，将接地点的综合电流限制在10A以下；达到自动熄弧、选线、继续供电的目的。之后，在故障处理完成后，将消弧线圈退出。这样既能满足RCC-E相关要求，又能消弧并选线，并且在投切消弧线圈时，不会对厂用电系统产生冲击。