秦山CANDU机组发电机励磁变后备保护在运行期间失效的处理方法及探讨

步祯祎，汤 倩

（中核核电运行管理有限公司 秦三厂，浙江 海盐 314300）

0 引言

励磁系统是同步发电机的重要组成部分，其安全对发电机的正常运行至关重要[1]。励磁系统通常由励磁电源设备（如交流励磁机、直流励磁机、励磁变压器及整流装置），手动、自动调节励磁装置，自动灭磁装置以及开关等设备和上述装置的控制、信号、测量仪表、保护等组成[2]。秦山CANDU机组的发电机励磁变由日本日立（HITATCH）公司生产，为普通干式三相变压器，高、低压侧绕组均为三角形接法，且都不接地。励磁变保护装置采用ALSTOM生产的K系列保护装置组成，保护回路由美国Bechtel设计整定。励磁变保护主要由电气量保护：变压器差动保护装置、过流保护装置；非电气量保护：绕组温度高保护、励磁系统软件保护及转子接地报警装置组成。

其中，差动保护装置中配置的差动保护为无延时快速出口，过流保护装置中配置的速断过流保护在设计中有0.5s的延时，定时限过流保护和高压侧零序过流保护也均有延时出口。在秦山CANDU机组发电机励磁变保护的原设计中，差动保护作为主保护，过流保护装置中所配置的3个保护作为后备保护。

1 事件概述

2020年2 月21 日中班，主控室操纵员在巡检时发现，秦山CANDU机组发电机励磁变过流保护装置在机组正常运行期间“HEALTHY”绿灯熄灭，“ALARM”黄灯常亮，保护装置上无相关报文信息，主控室也未出现相关报警，发变组其他保护装置均无任何报警及异常。

经现场检查确认，发电机励磁变电流数值处于正常范围内，过流保护装置显示的励磁变电流数值与实际值相同，过流保护装置无任何保护动作，也未出现过相关报文信息。对过流保护装置进行了多次复位，“ALARM”黄灯依旧常亮，查阅产品使用手册后，确认出现该现象的原因为发电机励磁变过流保护装置设备失效。

2 事件后果

励磁变作为专门为发电机励磁系统提供三相交流励磁电源的设备，其安全、稳定运行是前提，是发电机组稳定发电、满负荷发电的先决条件，是励磁系统可靠运行的关键[3]。而发电机励磁变过流保护装置的失效降低了发电机励磁变保护的可靠性，失效的过流保护装置随时都有可能出现拒动或误动的情况。在机组正常运行期间，发电机励磁变过流保护装置的拒动，会让发电机励磁变失去部分后备保护。而发电机励磁变过流保护装置的误动作，则会导致发电机跳闸，严重影响机组的安全稳定运行。

3 故障处理

秦山CANDU机组发电机励磁变过流保护装置失效故障的处理步骤如下：

1）屏蔽失效装置的保护出口，避免发生误动作。

2）对后备保护退出期间风险进行控制。

3）在机组停机的窗口下，对失效装置进行更换。

4）更换完成后，进行试验检查，确认故障消除。

3.1 屏蔽保护出口

励磁变差动保护装置和过流保护装置的保护出口是相互独立的，过流保护装置退出运行，不会影响差动保护装置的正常运行。过流保护装置到发电机跳闸出口继电器的回路中无出口压板，由保护屏内的电缆直接连接。为了防止过流保护装置误动作而扩大故障范围，需要将其保护出口进行屏蔽。因此，在保护屏内拆除了过流保护装置启动发电机跳闸出口继电器回路的电缆，并用绝缘胶带对其金属部分进行缠绕隔离，确保过流保护装置即使发生误动作也不会启动发电机跳闸出口继电器。

图1 励磁变保护出口逻辑图Fig.1 Logical diagram of the exit of the excitation transformer protection

3.2 风险分析与控制措施

发电机励磁变差动保护装置和过流保护装置在励磁变的高压侧使用的是同一组电流互感器，过流保护装置退出后，励磁变高压侧封闭母线进线（高压侧差动电流互感器安装处）至低压侧励磁柜内封闭母线进线（低压侧差动电流互感器安装处）之间的故障，可以由差动保护功能所覆盖。

由于励磁变高低压侧均为三角形绕组，低压侧的零序电流不会输出到高压侧，高压侧零序过流保护可以依靠发变组保护本身配置的发电机定子接地/中性点电压偏移保护和发电机出口母线接地/中性点电压偏移保护。因此，过流保护装置中配置的高压侧零序过流保护功能投退，系统运行也不受影响。

只有在发生发电机或励磁系统故障，而且它们本身配置的保护都不能快速切除故障的极端情况下，才会有可能需要过流保护装置发挥作用。所以，屏蔽过流保护装置的保护出口后，退出的3种后备保护所涉及的保护范围均有其它保护所覆盖，且保护配置合理，无需对其它保护配置进行修改或调整。

过流保护装置退出期间，励磁变的电气量保护只有差动保护。若此期间励磁变主保护装置也发生装置失效的情况，则必须停机进行处理。而由于装置失效这个故障情况并不会触发任何报警去主控，只有通过保护装置上的“HELATHY”绿灯和“ALARM”黄灯来判断装置是否正常运行。因此，机组运行人员加强了对励磁变压器差动保护装置工作状态的巡检，如果发现差动保护装置有任何异常情况，立即联系维修人员进行确认处理。

3.3 保护装置更换

由于故障发生于机组正常运行期间，在线检修的风险极大，而失效的过流保护装置所保护的范围也有其他保护所覆盖。为确保机组能够保持稳定运行，失效过流保护装置的更换在机组停机的窗口下实施。

图2 过流保护装置本体与外壳Fig.2 Overcurrent protection device body and shell

ALSTOM公司K系列的过流保护装置在屏柜上的安装方式为插拔式，即过流保护装置的外壳固定在屏柜上，其与外部回路的电缆连接均固定在装置的外壳背面，保护装置本体可以通过插拔的方式进行更换。在停机窗口下，将失效的过流保护装置从安装孔中拔出，再将事先校验合格的过流保护装置备件插入安装孔中，确认安装牢靠后，恢复过流保护装置启动发电机跳闸出口继电器回路的电缆即可。

3.4 更换后试验

虽然新换上的过流保护装置已经通过校验并确认合格，但为了防止新过流保护装置在运输途中损坏、定值误改或所在回路故障的情况，在过流保护装置更换完成且恢复了启动发电机跳闸出口继电器回路的电缆后，进行如下检查与试验：

1）定值核对：确保新换上的保护装置定值完整、正确。

2）采样精度检查：使用继电保护校验仪向电流互感器回路输入三相数值不同的交流电，确保电流互感器采样回路正常，保护装置电流采样精度满足要求，根据装置说明书要求采样精度最大误差为5%。

3）保护出口回路试验：使用继电保护校验仪加量模拟励磁变发生短路故障，使得励磁变速断保护动作，确认保护装置动作正常且启动了发电机跳闸出口继电器，主控出现对应报警。

表1 采样精度检查结果Table 1 Sampling accuracy check results

经此三项试验合格，可以确认新保护装置工作状态正常，回路逻辑正确，保护装置更换成功，故障处理完毕。

4 经验反馈

秦山CANDU机组的运行人员实行三班倒的工作模式，每一班运行人员都会对机组进行一次巡检，机组巡检的频率约为8小时一次。本次装置失效故障的情况是由机组运行人员在巡检时发现，也就是说装置失效故障的存在时间可能有8个小时之久，这8个小时内装置随时都有可能发生误动的情况，这对于正在运行的机组而言是极大的风险隐患。若是将装置失效报警的信号接入机组主控室，主控室能在装置失效后立即收到信号并联系维修人员进行检查与维修，可以有效提升机组运行的稳定性。

5 结束语

综上所述，本文对发电机励磁变后备保护装置失效故障的处理过程进行了详细的介绍，并结合秦山CANDU机组保护回路的情况，提出了将机组重要保护装置失效报警信号接入主控室的建议。