核电厂电压继电器异常动作的原因分析_池云莉.pdf

71 电工电气电工电气 (2023 No.3)信息与交流池云莉(中国核电工程有限公司河北分公司，河北 石家庄 050011)核电厂电压继电器异常动作的原因分析0 引言低压电动机是核电常规岛汽轮发电机组重要的辅机设备，其正常运行是核电机组持续稳定运行的重要保障。辅机低压电动机由常规岛低压交流厂用母线供电，电源经低压厂用变压器引自高压厂用母线。当低压交流母线长时间失压时，为了保证人身和设备安全，防止电压恢复时电动机意外自起动，电动机回路需设置低电压保护。核电常规岛通常由电压继电器来实现此功能，若此继电器频繁动作，将影响继电器的寿命和可靠性，保护失效将为人身和设备带来安全隐患，甚至导致非计划停机停堆事故。1 低电压保护低压电动机配电回路中一般采用交流接触器作为正常合分闸的操作电器。接触器按照控制线圈的电源分为交流操作和直流操作两种。交流接触器为电压暂降敏感设备，当发生厂用电源切换、大功率电动机成组起动、短路故障时均有可能引起配电系统瞬间断电或电压波动。为了避免交流电压波动导致交流接触器线圈失压脱扣，线圈电源采用独立于配电回路的直流控制电源。由于核电厂低压厂用负荷众多，通常为每段低压配电柜设置直流控制小母线，电源取自直流配电屏。在低压交流配电母线故障失电后，电动机因动力回路失压而停运，但其接触器励磁线圈因直流电源存在而一直带电，需通过低电压保护跳开励磁线圈控制回路，以防止动力回路复役后电动机直接自起动。在电动机停运后需在满足运行规程规定的条件下按顺序起动，若电动机直接自起动，有可能影响工艺运行参数引发联锁动作，并且给人员和设备安全带来威胁。在核电站，低电压保护跳闸方案有两种：第一种方案是当交流配电母线低电压时，电压继电器动作跳开接触器控制回路，接触器线圈失电，主触头跳开电动机动力电源；第二种方案是当交流配电母线低电压时，电压继电器动作跳开直流控制电源，同样会导致接触器线圈失电，主触头跳开电动机动力电源。由于第一种方案每个回路均需要设置一个低电压跳闸的触发命令，需电压继电器通过中间继电器扩充接点，或由控制系统经逻辑判断后输出触发命令，中间环节增加了电动机拒动或误动的概率，因此国内核电站通常选用第二种方案来实现低电压保护跳闸，接线示意图如图 1 所示。2 电压继电器动作逻辑核电现场调试期间，在低压配电盘停役后，盘内发出异常的声音，经核查，该异响来自图 1 中电压继电器-F31 触点频繁闭合/分断的声音。分析低压配电柜制造厂图纸，电压继电器选型与图 1 不同，采用了低电压延时动作继电器，内置两个报警图1 交流母线直流控制电源接线图15161824+-101BN:-101BN:-S013725-+-直流控制电源-F23-F21-F31-F24-F22-K01-H21直流配电屏直流电源母线电压测量单元接触器核电厂电压继电器异常动作的原因分析72电工电气电工电气 (2023 No.3)继电器 K1 和 K2，接线如图 2 所示，K1 动断触点端子 11、12 接入直流电源控制回路。当交流母线输入电压正常时，继电器 K1 动断触点不动作保持闭合状态，直流进线操作接触器-K01 带电合闸，直流控制母线带电；当交流母线输入电压值小于额定电压的 70%时，K1 动断触点延时断开，直流控制母线失电，接于直流控制母线上的电动机接触器线圈失压脱扣，实现低电压保护跳闸。从工作原理上来分析，此电压继电器选型满足低电压保护跳闸功能。但进一步分析发现，此电压继电器需要外接工作电源，并且引接自直流控制母线，当电压继电器工作电源失去时，K1 动断触点将保持闭合状态。当低压交流母线复役前，直流屏馈线开关合闸，低压配电盘直流进线开关-S01 合闸，直流控制母线因 K1 动断触点闭合带电，-F31 工作电源得电起动，此时交流母线尚未带电，-F31 因输入电压低触发 K1 动断触点延时断开直流控制母线，导致-F31 失去工作电源，K1 动断触点闭合，直流控制母线再次带电，如此往复引发电压继电器触点反复闭合/分断的异常现象。动作逻辑如图 3 所示。分析电压继电器动作特性，因继电器外接工作电源受其本身保护动作影响，导致继电器触点在通电后低电压时延时断开，但失电后低电压时不动作仍保持闭合，失电拒动是引起电压继电器频繁闭合/接通的根本原因。3 改进方案为了解决电压继电器失去工作电源时拒动的问题，提出两种改进方案。1)采用低电压延时动作继电器经分析可知，由于电压继电器工作电源取自直流控制母线，导致电压继电器触点在低电压延时断开后，因电源失电又恢复闭合状态，不能在低电压时保持断开。因此需将电压继电器工作电源调整至直流控制母线进线接触器上游 16、18 端子处，见图 1。调整后，电压继电器工作电源不再受低电压跳闸回路的影响，只要直流进线电源存在，电压继电器就有电，触点状态随交流输入电压的测量值正确动作。2)采用低电压延时复归继电器对于新建项目，建议选用交流输入电压正常时，触点动作闭合；当交流输入电压低或工作电源失电时，触点延时复归继电器如图 4 所示。在低压交流母线带电前或无工作电源时，继电器动合触点为常开状态，仅当交流母线电压正常时，继电器触点动作闭合；交流母线电压低于设定值时，电压继电器触点延时返回为常开，直流控制母线失电。动作逻辑如图 5 所示。图2 低电压延时动作继电器内部接线图12L114L321A111L222N24A2K1K2交流电压输入电源图4 低电压延时复归继电器内部接线图12L114L321A111L222N24A2K1K2交流电压输入电源图3 低电压延时动作继电器动作逻辑图L1、L2、L311-1221-2211-1421-24直流进线直流母线测量值Uttt-有压、触点闭合-无压、触点断开图5 低电压延时复归继电器动作逻辑图L1、L2、L311-1221-2211-1421-24直流进线直流母线测量值Utt-有压、触点闭合-无压、触点断开核电厂电压继电器异常动作的原因分析73 电工电气电工电气 (2023 No.3)保护装置失去直流电源时，继电器不应误动。为了防止正常运行时电压继电器失去工作电源，动合触点恢复导致低电压保护误动，上述继电器建议选用无需外接工作电源的继电器，由电压输入回路为继电器提供电源。另外，核电常规岛低压厂用电系统接线通常有两种方式，如图 6 所示。设计时需注意以下两点：(1)当低压交流母线设置进线断路器和母联断路器时，断路器控制电源应取自直流进线接触器电源上游，否则在进线或母联断路器合闸前，低压交流母线无压，直流控制母线因低电压不带电，若断路器控制电源取自直流控制母线，将无法进行电动合闸操作。(2)当进线测量电流、电压表计需工作电源供电时，其电源也应引自直流进线接触器电源上游，否则将无法显示低压厂用变压器低压侧交流进线带电状态，不利于运行人员操作。4 结语本文对某核电厂常规岛低电压保护工作原理和电压继电器的动作逻辑进行了分析，确定继电器失电拒动导致触点频繁闭合/分断，提出了改进方案，建议优先选用无需外接工作电源、动作逻辑清晰的低电压延时复归继电器，并介绍了相关设备控制电源引接的注意事项，为后续工程设备采购和设计提供借鉴。修稿日期：2022-11-20图6 交流厂用电系统示意图380/220 V6 kV(10 kV)380/220 V6 kV(10 kV)380/220 V6 kV(10 kV)电缆核电厂电压继电器异常动作的原因分析1.稿件内容应符合本刊办刊宗旨和报道范围，要求内容真实、无抄袭，具有创新性或实用性。2.稿件题名准确，不超过20字；正文层次清楚、文字简练、表达准确；图和表配有图题和表题，应先见文，后见图或表，图形符号应符合国家标准规定；计量单位、物理量应符合国家标准规定。3.摘要要求撰写100字以上，关键词38个，有条件的作者请将文章题名、摘要、关键词、作者工作单位名称译成英文。4.投稿请用E-mail，来稿请写明作者姓名、单位、邮编、通信地址及联系电话。5.作者来稿若属基金项目、专利项目、获奖项目等，请注明相关项目编号。6.提供主要作者简介：包括姓名、性别、出生年、最高学历、职称、研究方向或从事工作。7.参考文献尽量选用近年公开发表的文献，依次给出作者(对于3位以上作者，需提供前3位作者全名，再加“等”字)、题名、书(刊)名、出版地、出版社、出版年以及期刊的出版年、卷、期号、页码。参考文献的序号应在正文中按先后顺序对应标注。8.编辑部收稿后，将及时通知作者，一般在两月内提出录用意见，作者请勿一稿多投。9.本刊已被CNKI中国期刊全文数据库和中国学术期刊综合评价数据库收录；已入网“万方数据-数字化期刊群”并被中国核心期刊(遴选)数据库收录；被中文科技期刊数据库(全文版)收录。作者文章著作权使用费与本刊稿酬一次性给付。如作者不同意被收录，请在来稿时向本刊声明，本刊将做适当处理。电工电气编辑部2023年3月电工电气投稿须知