快切装置在核电站厂用电系统的应用

摘 要 简单介绍核电站厂用电力系统在设计要求、系统配置上较之常规电厂的特殊性，阐述核电站安全级电源的概念，指出保障核电站厂用电源可靠性的重要意义，分析常规厂用电慢速切换装置的缺点与不足，由此引述快切装置的理念与优点，介绍快切系统的不同切换模式，并以秦山核电站为例，分析其厂用电系统运行方式在可靠性与灵活性上存在的不足，提出改进厂用电运行方式，引入快切装置，最后分析改进后的厂用电系统将会大大提高核电站厂用电力系统的可靠性与灵活性。

关键词 快切装置；核电站；厂用电

中图分类号TM623 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）94-0152-02

本文简单介绍核电站厂用电力系统在设计要求、系统配置上较之常规电厂的特殊性，阐述核电站安全级电源的概念，指出保障核电站厂用电源可靠性的重要意义，分析常规厂用电慢速切换装置的缺点与不足，由此引述快切装置的理念与优点，介绍快切系统的不同切换模式，并以秦山核电站为例，分析其厂用电系统运行方式在可靠性与灵活性上存在的不足，提出改进厂用电运行方式，引入快切装置，最后分析改进后的厂用电系统将会大大提高核电站厂用电力系统的可靠性与灵活性。

0引言

核事故所能造成的后果是极其严重的，因而，核电站从设计之初即以安全为重中之重。核电站的安全设计必须切实保证三项基本功能：

1）能够安全停堆，并保持此状态；

2）能够冷却堆心，并长期的排出反应堆的余热；

3）能够把放射性物质包容在系统屏障内。

为满足上述设计基准，必须要保证有可靠的电源系统给这些停堆、冷却系统持续供电，由此，核电站厂用电力系统即引入了安全级电源这一概念。安全级电源是非常重要的电源，要求它非常可靠。要保障安全级电源的可靠性，就必须提高厂用电系统的可靠性。

厂用电系统在失去常用电源时，能否可靠快速切换到备用电源，这对于保障厂用电系统供电的持续可靠至关重要。然而，在我国核电站起步之时，限于当时的技术条件，厂用电系统采用的是慢速切换装置。厂用电切换时间超过2s，即使切换成功，仍有许多负荷因低电压跳闸，需要手动恢复运行，这给核电站的安全运行带来了极大的隐患。要排除这个影响核电安全的隐患，需从切换装置的可靠性与快速性这两方面来考虑，快切装置的应用一举解决了这一难题。

本文以秦山核电站为例，分析快切装置代替慢速切换装置应用到其厂用电系统后，在厂用电运行方式及其可靠性与灵活性上的改进。

1 秦山核电站厂用电系统的设计

核电站厂用电系统的设计理念是基于保障反应堆安全，防止发生核事故这一准则，也即在任何事故工况下，应能保障安全级电源持续供电。

1.1秦山核电站厂用电系统的构成简介

下图（图1）为秦山核电站厂用电一次系统图：

正常运行时，220kV母联开关2012断开，6kV联络开关630和640断开，其余开关合上。6kV工作母线由高压厂变供电，高压厂变由220kV秦双2424线路、秦跃2428线路和本厂发电机供电，接于220kV 1号母线；6kV公用母线和安全母线由启备变供电，启备变由220KV秦石2271线路单线供电，接于220kV 2号母线。两台柴油发电机作为6kV安全母线的自动热备用电源。6kV工作母线作为6kV公用母线的单向自动热备用电源，在6kV公用母线失电时，由切换装置切换至由6kV工作母线供电。

1.2秦山核电站厂用电切换系统的弊端

根据多年的运行实践经验，秦山核电站厂用电供电系统暴露出了如下一些弊端：

1）安全电源可靠性低

由于厂用公用母线及安全母线由秦石2271线路与启备变单线供电，秦石2271线路运行状况不稳定，跳闸事故明显较多，经常导致厂用公用母线失电切换动作，因而给厂用安全母线的供电可靠性带来了不利影响。

2）厂用电源切换装置技术落后

厂用工作母线和厂用公用母线二者之间采用慢速切换装置，该装置采用传统的继电器电路，动作可靠性低，可能会发生拒动、误动的情况。装置切换时间长，在6kV公用母线失电后，需要延时2.5s才能切换至由6kV工作母线供电。即使切换成功，由于切换时间过长，低电压保护（0.5s）已经动作，安全级电源母线上的许多负荷都已自动跳闸，需要手动恢复，对电厂尤其是反应堆的安全运行不利。

2秦山核电站厂用电系统的改进

由上面的分析可见，秦山核电站厂用电系统在设计上存在诸多弊端，这给电站厂用电系统尤其是安全级电源的可靠供电带来了极大的隐患。在经过严格细致的分析讨论后，电站提出了对厂用电系统运行模式及切换装置的改进方法。

2.1秦山核电站厂用电切换系统的改进设计

针对秦山核电站厂用电供电系统的弊端，提出了如下改进，见下图（图2）：

改进后的厂用电运行方式为：正常运行时，605、606、630和640开关合上，603和604开关断开热备用，所有的负荷全部由高压厂变带，启备变空载运行。高压厂变与启备变二个电源之间装设快速切换装置，在公用母线失电且满足切换条件时，把公用母线和安全母线切换到由启备变带载运行，也即跳开630和640开关，合上603和604开关。

2.2秦山核电站厂用电系统快切装置简介

秦山核电站采用MFC-2000型快切装置，共装设有两套，一套装设于高压厂变带载的6kV工作、公用、安全Ⅰ段母线，630是其常用电源开关，603是其备用电源开关；另一套装设于Ⅱ段母线， 640是其常用电源开关，604是其备用电源开关。

正常运行工况下如需切换公用母线电源，装置采用同时切换模式，即手动起动，且只能在控制台进行。切换时装置先发出跳常用电源开关命令，在切换条件满足时，装置再发出合备用电源开关的命令。

事故工况下装置采用串联切换模式，由保护起动，单向切换。先跳开常用电源开关630（或640），在确认常用电源开关630（或640）已跳开且切换条件满足时，再合上备用电源开关603（604）。

2.3秦山核电站厂用电切换系统改进后的优点

秦山核电站厂用电系统经过改进设计，其运行方式发生了变化，而且装设了快切装置，较之以前有了很大的进步，其优点有：

1）公用母线与安全母线由高压厂变供电，高压厂变上级电源有三路：秦双2424线路、秦跃2428线路、电站的主发电机，任何一路或者两路电源丧失都不会影响厂用电的持续供电，这一点较之改进前由秦石2271线路与启备变单线供电来说，其电源可靠性与稳定性有了很大的提高；

2）快切装置的应用，大大提高了厂用电在事故工况下的切换能力。改进前，6kV公用母线/安全母线失电，若慢速切换装置切换失败，6kV公用母线即长时间失电，此时需要操纵员手动切换公用母线电源，而应急柴油发电机在失电0.5s即会自动启动，4s启动失电程序（对失电的安全母线进行自动扫负荷、闭锁设备启动），此后柴油发电机并入安全母线并按程序带负荷，此事故工况影响面大；若切换装置切换成功，也需要2.5s左右的时间，此时应急柴油发电机仍然会自动启动，虽然不会继续走失电程序，但是柴油发电机系统是个大系统，牵涉到柴油机本体、电气系统、油水系统等多个系统，启动一次就会对电厂带来一次冲击，这是无法避免的。改进后，由于快切装置采用了微机技术，其功能强大，判断准确，事故工况下动作迅速可靠，在快速切换方式时，仅需100ms左右即可完成切换，这样一来失电母线的低电压保护尚未动作就已经切换到备用电源继续供电，对厂用电源系统设备的运行几乎不造成任何影响，这对失电事故的处理带来了极大的便利，且因应急柴油发电机没有达到失电启动时间（0.5s）也不会启动，避免了对电厂的冲击。

3）秦石2271线路故障对电厂运行安全影响减少：当厂用电运行方式变更后，秦石2271线平时就是一条空载线路。如遇恶劣的气象条件造成该线路跳闸，或其他原因使该线路停运，就不会再对我厂的正常运行产生严重的威胁；由于线路保护装置了自动重合闸装置，秦石2271线路故障后在极短的时间（1秒）内就可以恢复供电（重合闸的成功率可达93%以上），这样短的时间内，考虑厂用工作电源同时消失的事故叠加概率就大大降低，秦石2271线故障与厂用工作电源同时消失这一特定的事故工况，不会因为改变了厂用电运行方式而加剧。

4）快切装置提高了倒闸操作的便利：因秦石2271线接入上海电网，秦双2424线、秦跃2428线接入浙江电网，浙江电网和上海电网220kV系统开环运行，使秦山核电站220KV母联开关不易于合闸，因为合闸会引起很大的环流。所以，秦山核电站厂用电系统改进前，厂用电的倒闸操作比较困难，有时不得不采用冷倒闸的方式（停电再合闸）。改进后，可以采用手动启动快切装置，在220kV母联开关不需合闸的情况下，对6kV厂用电源进行不停电切换。

另外需要说明的是，新的运行方式仍然满足核电厂对厂外和厂内电源的要求，两个厂外电源没有变化，只是变更了外电源的接入方式，即把高压厂变作为第一外电源，把启备变作为第二外电源，完全没有更改6KV公用母线和6KV安全母线的供电方式，仍然符合电站技术规格书的要求。

3结论

秦山核电站厂用电系统改进完成后，特别是快切装置的良好性能表现，一举解决了以往厂用电系统的问题。在近两年的全厂失电试验中，快切装置很好的完成了厂用电切换任务，而且切换时间均低于0.5s，达到了改进的设计要求。

快切装置在核电站厂用电系统的成功运用，证明在当今科技飞速发展的时代，人们有能力日益改进核电站的安全状况，将核电站的事故几率往零方向降低，逐步把核电站改装为绿色电站、安全电站，为人类服务。

参考文献

[1]吴舜华.秦山核电厂安全电源可靠性分析.浙江：中国电力安全管理网，2007.

[2]于波.厂用电快切装置在火电厂的应用.广西：广西电力，2007（3）.

[3]阮俊豪.厂用电快切装置改造.北京：华电技术，2008，30（3）.