核电站机组侧T区保护配置方案的探讨

摘要 由于核电站500kV开关站机组侧的T区跨度增大，如仍采用常规的T区保护，则保护用电流互感器及电流、控制和信号回路的二次电缆选择困难，保护动作的可靠性将无法保证。针对上述问题，本文提出了三种保护配置的方案，并对各方案的优劣进行了比对，希望能为类似问题的解决提供可供参考和借鉴的案例。

关键词 T区保护配置短线光差

1 问题的引入

T区指的是在核电站中采用3/2接线方式的500kV开关站内，串内中、边断路器侧和串外进出线侧的三只电流互感器差动保护范围形成的区域。

T区保护主要用来反映T区范围内的各种短路故障，它实际上就是一个三侧差动保护，但在进出线侧的隔离开关拉开后将自动转换为两侧差动保护，此时与短引线保护的范围和功能完全一致。与主变和母线等差动保护类似，T区保护也要取各侧或支路的电流之和作为差电流来判别短路故障在区内还是区外。但在机组规划数量4台以上的大型核电站内，由于发电机、主变压器与500kV开关站相距较远，T区的跨度增大，造成T区保护电流、电压、控制和信号回路的二次连接电缆长度不断增加。如仍采用常规的T区保护，其电流二次回路负载增大，超过10%误差的极限，将直接对保护的性能造成影响，而且通过长距离二次电缆传输跳闸和保护开入等重要的信号，不仅易造成信号的衰减，而且信号本身也更容易受到外部强电磁场的干扰。因此必须要对大跨度T区的保护方案进行重新研究和设计。

图1 T区保护示意图

2 大T区保护的三种设计方案

该问题是核电站工程设计中遇到的、急需解决的问题，因此必须选择比较成熟的技术方案并采用可靠性较高的产品予以解决。我们如果把大跨度的T区看作一条短线路的话，就可以采用目前已经比较成熟的光纤电流差动保护装置来构建保护方案。在产品选择上，我们采用了在国内应用较多的南瑞继保公司的RCS-900系列的产品。在方案设计上，又可分为下面的三种。

2.1 第一种方案

采用短线光差保护RCS-931N5LV，它是由微机实现的数字式线路成套快速保护装置，特别适用于电厂电缆出线的主保护及后备保护，包括以分相电流差动和零序电流差动为主体的快速主保护，由三段方向相过流和一段定时限零序过流及一段反时限零序过流构成后备保护。

如图2所示。当机组侧出线隔离开关闭合时，机组和500kV开关站两侧的光纤差动保护均可自动或手动投入；当机组侧出线隔离开关打开时，两侧光纤差动保护均可自动或手动退出，并预先将两侧RCS-931N5LV后备保护中的过流保护时间定值设定为主保护的动作时限，以保证当主保护退出后，两侧的短引线发生故障时，靠后备保护能快速动作，但定值区需手动切换。

图1 方案一保护配置示意图

2.2 第二种方案

在500kV开关站机组侧串外增加2只保护级的电流互感器TA9和TA10，将机组侧大T区拆分成一个标准T区和一条短线，标准T区仍配置常规的T区保护，短线配置两套短线光差保护RCS-931N5LV，一套布置在机组侧，一套布置在500kV开关站侧。如图3所示。

图2 方案二保护配置示意图

2.3 第三种方案

用两套短线光差保护RCS-931N5LV加上一套短引线保护，代替常规的T区保护，其中一套短线光差保护布置在机组侧，另一套短线光差保护和短引线保护布置在500kV开关站侧。将500kV开关站串内中、边断路器侧的两组电流互感器的二次侧并接，形成和电流，作为一组电流输入到RCS-931N5LV中。如图4所示。当主变侧出线隔离开关闭合时，两侧光纤差动保护均可自动或手动投入，短引线保护可自动或手动退出；当主变侧出线隔离开关打开时，两侧光纤差动保护均可自动或手动退出，短引线保护可自动或手动投入。

图3 方案三保护配置示意图

3 三种设计方案的对比

上述三种方案均可作为大T区的保护方案，各种保护方案优劣比较见表1。

表1 三种大T区保护方案忧劣的比较

方案 特点 设备的变更 改造的

难易 投资

方案一 机组侧出线隔离开关闭合时投入短线光差保护；打开时主保护退出，靠加速后备保护来切除短引线上的故障。需预先设置好定值并切换定值区，操作较复杂，可靠性不高。 按保护双重化的要求，需要增加4套短线光差保护，并取消2套常规的T区保护。 容易 适中

方案二 500kV开关站侧的短线光差保护不用取串内中、边断路器侧两组电流互感器二次的和电流；开关站侧的标准T区仍可以采用常规的T区保护。保护的配置和各自的保护范围界限分明，可靠性高。 需要增加4组500kV保护级的电流互感器和4套短线光差保护。 较难 最大

方案三 机组侧出线隔离开关闭合时投入短线光差保护；打开时投入短引线保护。可靠性高，但需增再引入一种保护的类型。 需要增加4套短线光差保护和2套短引线保护，并取消2套常规的T区保护。 容易 较大

在本核电站中，综合比较上述三种方案，最终决定采用方案三。

4 结语

由于核电站内的系统和子项较多，涉核部分对核安全性又有着特殊的要求，因此在厂区规模和厂房的布置上，核电机组将大大超越同容量的火电机组。并且为了有效的利用现有的厂址，核电站的规划机组数量一般都在4台以上，有的甚至达到了8台。这就造成了核电站的厂区布置规模越来越大，各子项之间的距离越来越远，使得各系统之间的控制部分通过电缆连接变得异常困难，长距离传输信号的衰减、易受干扰等问题突出起来，造成控制系统整体的可靠性大大降低。可以预见，在今后的核电工程规划和设计中会经常遇到这样的问题，希望本文能对设计人员有所帮助。

参考文献

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