某核电厂开关站500kV母差保护拒动事件原因分析及解决方案

张 奇，梁忠英，耿 艳，刘 乐，*

（1.环境保护部核与辐射安全中心，北京 100082；2.大亚湾核电运营管理有限责任公司，深圳518124；3.国网冀北电力有限公司，北京 100053）

某核电厂开关站500kV母差保护拒动事件原因分析及解决方案

张 奇1，梁忠英2，耿 艳3，刘 乐1，*

（1.环境保护部核与辐射安全中心，北京 100082；2.大亚湾核电运营管理有限责任公司，深圳518124；3.国网冀北电力有限公司，北京 100053）

本文针对某核电厂开关站500kV母线故障时，母差保护装置RADSS拒动事件，分析得出RADSS母差保护拒动的根本原因是故障时电流互感器（CT）根部浪涌吸收器导通，导致流过RADSS保护装置的故障电流被分流。根据这一分析结果，采取了将RADSS母差保护装置整体换型为微机型母差保护装置的措施，最终提高了母差保护的稳定性，保证了核电厂厂外电源的安全稳定。

母差保护；拒动；浪涌吸收器；核电厂；厂外电

厂外电源在核电机组启停机时，可将电网电力供给给核电厂内用电设备［1］，同时也是核电厂纵深防御的重要环节。随着现代核电技术的发展，核电厂对于系统自动化程度，软硬件可靠程度的要求越来越高［2，3］，而核电厂开关站的自动化以及可靠度也得到了广泛的重视。母线是核电厂开关站中的一个重要组成元件，母线保护的正确动作对于核电厂厂外电源的安全及核电厂的稳定运行具有重要意义［4］。

近期，某核电厂开关站发生了一起母差保护装置拒动事件。该型母差保护为RADSS母差保护，RADSS母差保护是瑞士ABB公司生产的中阻抗比率制动式电流差动保护。中阻抗母线差动保护以其结构简单、动作快速、抗电流互感器（CT）饱和等特点，在高压电网中得到了广泛应用［5］。本文通过对RADSS母线差动保护装置及相关回路进行检查，分析了RADSS母线差动保护拒动的原因，并通过对母差保护装置整体改造的措施，解决了此类母线差动保护的缺陷问题。

1 某核电厂开关站母线保护现状

某核电厂开关站高压系统一次接线如图1、图2所示，系统采用一个半断路器接线方式，布置完整五串，系统包含500 kV与400 kV两个电压等级，并通过两台联变实现互联。而本次故障的产生位置为500 kV侧母线。

500 kV侧两段母线编号分别为801 JB和802 JB。每段母线母差保护均采用双套配置，第一套采用ABB公司生产的RADSS型差动保护，第二套采用阿尔斯通公司生产的TDB11型差动保护。

图1 开关站500 kV侧单线图Fig.1 Electricalsingle linediagram of sw itching station

图2 开关站400 kV侧单线图Fig.2 Electrical single line diagram of sw itch ing station

2 500 kV母差保护拒动原因分析

2.1 故障时的运行方式

500 kV母线802 JB发生故障时的运行方式如图3所示，此时第五串合环运行，第四串停电检修，运行人员在将隔离开关407 JS进行分闸操作的过程中，出现802 JB母线A相对地放电，第一套母线保护装置RADSS拒动。检查相关保护装置和二次回路，未发现异常。

图3 母线802 JB故障时的运行方式Fig.3 Faultoperationm ode of busbar 802JB

2.2 母差保护拒动的根本原因分析

2.2.1 装置原理

（1）RADSS中阻式母线比率差动保护原理

RADSS中阻式母线保护兼用了电压差动保护与比率制动作用的原理，如图4所示。其动作原理是比较作用于差动元件KR上的经整流的动作电压Uop和制动电压Ur的大小［6］。母线区内故障时，所有支路电流同向，必然满足Uop＞Ur，差动继电器快速动作。当发生区外故障时，无论该侧电流互感器是否饱和均有Uop＜Ur，差动继电器不动作。

（2）电流互感器（CT）浪涌吸收器原理

检查500 kV二次回路接线时，发现在母线保护第四串的电流互感器（CT）二次侧并联了CT浪涌吸收器，其限制电压为500V。

电流互感器（CT）浪涌吸收器主要由氧化锌压敏电阻构成。此类压敏电阻是一种以氧化锌为主要成份的金属氧化物半导体非线性电阻元件。在正常的工作电压下（即小于压敏电压）压敏电阻值很大，相当于绝缘状态。但在冲击电压的作用下（大于压敏电压），压敏电阻呈低值被击穿，相当于短路状态。当高于压敏电压的电压撤销后，它又恢复高阻状态。因此安装氧化锌浪涌吸收器后，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。

2.2.2 RADSS差动回路的电阻计算

当母线发生区内故障时，所有有源间隔均会向RADSS的差回路提供故障电流。其特点是：差回路为中阻抗［7］，一般差回路的电阻范围为165Ω～301Ω［8］；要求电流互感器（CT）拐点电压较高，对于1安培电流下的电流互感器（CT）拐点电压不低于100 V～500 V（具体取决于RADSS的整定动作电压）。

对于802 JB母线的RADSS差回路（如图4中箭头所示）的电阻计算公式如下：

其中：RTD——TD一次侧线圈电阻；RA——电流互感器（CT）断线告警继电器电阻；——折算至TD一次侧的差回路电阻；Rd3——差回路可调电阻。

2.2.3 现场故障分析

母线802JB发生故障时的运行方式为第五串合环运行，第四串停电检修。由图3可以看出由于801JB母线上1号联络变压器提供的短路电流未计算在内，母线故障的短路电流至少应该为2号联络变压器和出线线路的电流之和。

图4 RADSS中阻式母线比率差动保护原理图Fig.4 Schem atic diagram of RADSS ratio restrain differential protection

如图5、图6所示，通过分析2#联络变压器及出线线路的故障录波波形，可知母线故障时的短路电流约为24000A，按552 JA开关侧电流互感器（CT）变比3000/1估算的母线短路容量应大于8A。其在差回路上产生的电压约为

UDT≈8×318.5=2548（V）

该电压大大超过并接于电流互感器（CT）两端的氧化锌浪涌吸收器的动作电压500 V，氧化锌浪涌吸收器瞬时动作，故障电流在电流互感器（CT）与氧化锌浪涌吸收器之间形成环流，部分故障电流由Q点流经S点分流，因差动回路电阻大于制动回路电阻，因此差动回路电压小于制动回路电压，比率差动不满足动作条件，结果导致RADSS母差拒动。

3 解决方案

通过以上分析，提出了该核电厂开关站500 kV母线保护的改进措施：保留电流互感器（CT）浪涌吸收器、将RADSS型母差保护升级为微机型母线差动保护。

图5 2联络变压器故障录波波形Fig.5 W aveform of faultoscillograph of 2#interconnecting transform er

图6 出线线路故障录波波形Fig.6 W aveform of faultoscillograph of the transm ission line

3.1 微机型母线差动保护原理

数字式微机型继电保护装置运用数学公式运算，实现故障量的测量、分析和判断［9］。微机型母线保护装置采用的是基于采样值的比率制动式电流差动保护［10］，并且采用一次系统的穿越电流作为制动电流［11］，以克服区外故障时由于电流互感器误差产生差动不平衡电流而造成的保护误动［12］。

微机型母线保护装置基于其二次回路的设计，可以将微机型母线保护装置定义为低阻式母线保护装置，微机型母线保护装置二次回路原理图如图7所示：

图7 微机母线保护装置二次回路原理图Fig.7 Schem aticd iagram ofsecondary circuitofm icrocompu ter busbar protection device

3.2 CT浪涌吸收器微机型母线保护装置影响分析

由图7可知，微机型母线保护装置各支路的二次回路完全独立［13］，装置的信号采集电压很低（上限为10 V），内部回路阻抗值较小，因此微机型母线保护装置内部回路不会产生高压。对于电流互感器（CT）二次回路，接入保护装置每个间隔的二次回路独立［14］，回路负载阻抗值近似为零，在短路故障条件下不会在电流互感器（CT）浪涌吸收器上产生过电压，从而不会造成流入保护装置的二次电流出现分流，因此在二次回路安装电流互感器（CT）浪涌吸收器对微机型母线保护装置无影响。

4 结论

本文针对某核电厂开关站发生的一起RADSS母差保护拒动事件，根据现场数据支持，分析得出了母差保护拒动的根本原因是电流互感器（CT）根部浪涌吸收器率先导通，流过RADSS保护装置的故障电流被分流，从而导致母差保护拒动。

根据分析结果，采取RADSS母差保护整体换型为微机型母线差动保护的措施，有效避免了浪涌吸收器的误导通，确保了保护装置的可靠运行，有利于核电厂厂外电源［15］的稳定运行。

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Analysisand Solution Schemeof500 kV Busbar DifferentialProtection Non-response in a Nuclear Power Plant

ZHANGQi1，LIANGZhongying2，GENGYan3，LIU Le1，*
（1.Nuclearand Radiation SafetyCenter，Beijing100082，China；2.DayaBay NuclearpowerOperations andManagementCompany Lim ited，Shenzhen518124，China；3.StateGrid JibeiElectricPowerCompany Lim ited，Beijing100053，China）

Aim ing at the non-response problem of busbar differential protection device（RADSS） when 500 kV busbar fault occurred in a nuclear power plant，the reason of RADSS non-response，which is analyzed，is thatCT'ssurgeabsorberwhich isclosed leads to faultcurrentisshunt.According to the resultof analysis，this paper takes a measure which is that the RADSS is replaced by m icro-processor busbar differential protection device.As a result，the busbar differential protection device reliability is greatly improved and thusthesaftyand stablity of theoffsitepowersystem isensured.

busbar differential protection；non-response；surge absorber；nuclear power plant；offsite powersystem

TM 772

：B

：1672-5360（2015）02-0030-05

2013-02-20

2014-03-13

环保公益性行业科研专项之福岛核事故后二代改进型核电厂改进措施的技术要求研究，课题编号201309054

张 奇（1983—），男，山东德州人，高级工程师，现主要从事核电厂电气系统自动化的研究工作

*通讯作者：刘 乐，E-mail：liule@chinansc.cn