海阳核电站1号机组主变运行声音和振动异常原因分析

2018-12-28陈腾飞王小波李忠全石康宁

中国核电 2018年4期

关键词：海阳中性点主变

陈腾飞,王小波,李忠全,石康宁

(1.山东核电有限公司,山东烟台 265116;2.国网山东省电力公司,山东济南 250001)

海阳核电站采用500 k V电压等级接入山东电网。500 k V出线共6回,分别接入3个500 k V变电站。海阳核电1号机组主变压器为单相变压器组,该变压器由天威保变生产,详细参数和图片见表1。

海阳核电站1号机组主变倒送电后投入运行,在运行期间声音和振动出现异常,经测量发现变压器中性点直流电流最大时超过12 A,噪声最大值为92.3 d B。为确保主设备安全和现场调试进展,针对主变问题进行了深入研究并采取了有效抑制措施。

1 问题描述及测量过程介绍

1.1 问题描述

2016年1月,海阳核电站1号机组主变投运,运行人员在巡检中发现主变运行声音较大,经过初步测量发现运行噪声超过了90 d B,随后维修人员在对主变中性点电流进行测量时发现存在直流分量,初步怀疑主变存在直流偏磁现象。直流偏磁原理图如图1所示。

图1 直流偏磁原理图Fig.1 Sche matic diagra m of DC bias

1.2 数据测量及分析过程

为了验证初步分析,公司组织相关部门编制了数据测量方案并进行持续测量。

1.2.1 中性点直流分量

经过对中性点直流分量进行24 h持续监测,得到图2所示图形 (正值为电流从大地流入中性点,负值为电流从中性点流入大地)。

图2 中性点直流分量Fig.2 DCcomponent of neutral point

从图2可以看出主变中性点直流分量的幅值和极性在24 h内不断变化。

1.2.2 中性点直流分量与主变本体振动关系

2016年1月8日至11日,对主变中性点直流分量及主变油箱本体振动进行了同步测量,测量结果如图3所示。

从图3可以看出中性点直流分量与主变本体振动存在正相关性并且主变三相的振动存在一致性。

在对振动数据进行分析后发现如图4所示趋势。

从图4可以看出主变噪声较大时,振动主频集中在350 Hz左右,在主变运行声音正常时,振动主频集中在100 Hz左右,通过频谱可以得出噪声与振动存在正相关性。

图3 主变中性点直流分量与本体振动关系Fig.3 The relationship bet ween DC current and vibration

图4 振动频谱图Fig.4 Frequency spectrograph of vibration

通过上述数据测量判断主变运行声音和振动异常与中性点直流分量直接相关,主变出现了直流偏磁的现象。

1.2.3 直流偏磁原因分析

经过查阅文献以及调研,造成直流偏磁的原因可能是地磁暴、高压直流输电不对称运行、电网谐波注入、大容量电力电子设备等。现场根据不同的原因制定了不同的查找方案。

(1)地磁暴

太阳耀斑和地磁场相互作用产生极光电喷,使地磁场产生暂态波动,当足够严重时,就称为地磁暴。

大地是一个导电的球体,在发生地磁暴时,地磁场的暂态波动使大地的一部分处于这个随时间变化的磁场中,引起感应地表电位ESP(Earth Surface Potential),在土壤电阻率高的地带,地磁暴较严重时,其数值可达1.2-6 V/k m。地表电位ESP加在长输电线路两端的Y接法变压器中性点上,就像一个理想电压源,在变压器和与之连接的交流线路上产生接近直流的感应电流GIC(Geo magnetically Induced Current),频率约为1至几个m Hz,此GIC的大小就由首末端变压器中性点之间的ESP除以变压器绕组及输电线路的等值电阻而定。

表2为2016年1月9日至21日太阳活动情况,数据摘自中国科学院国家天文台太阳活动预报中心。

表2 太阳活动情况Table 2 Solar activity

从数据中可以看出,1月16日、17日地磁活动状况为 “平静”,而海阳核电主变在这两日内均发生直流偏磁现象。因此,海阳核电主变直流偏磁现象不是由地磁暴产生的。

(2)高压直流输电不对称运行

高压及特高压直流输电正常运行状态下直流线路工作于双极运行方式,直流电流通过两极的输电线构成回路。但在系统调试、检修或发生故障的情况下,高压直流输电会采用单极大地回路的运行方式。单极大地回线运行时地中电流场对电流流经范围环境会造成较大的影响。由于巨大的直流电流经直流接地极流入大地,因而会在造成较大范围的内地电位变化,这种地电位的变化,对于受影响地区的交流系统可能造成影响。尤其对于中性点接地的交流系统,将会使处于不同直流电位的变电站经输电线路、变压器绕组构成直流回路,直流电流会经变压器中性点侵入变压器绕组,引起变压器的直流偏磁。变压器出现直流偏磁后会出现噪声增大,振动加剧等现象,还可能发生过热,并造成交流电网的谐波畸变增大,直流输电系统单极大地回线运行引发变压器偏磁现象的基本原理可以用图5表示。

图5 直流输电引起直流偏磁原理图Fig.5 Schematic diagra m of HVDCcause

根据图6的原理可以知道变压器直流偏磁现象的严重程度与地电位的畸变程度和整个回路的直流电阻有显著的关联。因此可以通过增加回路电阻的方式降低偏置电流;另外,阻断直流通路也可以抑制偏置电流。

海阳核电站距离宁东直流胶东换流站接地极100 k m以上,核电站位于距离海岸线1 k m范围内位置,接地极距离海岸线几十公里远。根据山东省电力公司反馈的情况,1月16日至22日,宁东直流入地电流为10 A,且电流方向不变。若海阳核电站主变中性点直流偏磁单纯为宁东直流所引起,则主变中性点直流电流变化应相对平稳。从图3中主变中性点直流电流的特点来看,海阳核电站主变中性点直流偏磁问题与宁东直流无明显联系。

另外,宁东直流在4月份的时候进行了停运检修,在此期间1号机组主变仍然存在明显的声音和振动异常,同时中性点仍有直流分量,从而可以排除宁东直流的影响。

(3)电网谐波注入

由于1号机组处于调试阶段,电源由500k V电网倒送至主变提供厂内调试电源。在查找原因中怀疑电网从有高次谐波注入,为了验证假设测试了主变带负载运行、空载运行及停运状态下500k V母线的电压谐波,见表3、表4、表5。