СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБРЫВА ФАЗЫ ПУСКОВОГО/РЕЗЕРВНОГО ТРАНСФОРМАТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОПТИЧЕСКОГО ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА Российский патент 2021 года по МПК H02H7/04 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области защиты и отслеживания систем пускового/резервного трансформатора на электростанциях и более конкретно к способу обнаружения обрыва фазы в системе пускового/резервного трансформатора на электростанции.

Предпосылки изобретения

В энергетической системе работа с обрывом фазы, вызванная различными причинами, может стать причиной перегрева или сгорания генератора, приводя к отклонению от нормы вспомогательной энергетической системы электростанции, что представляет собой не только значительный ущерб для электростанции, но и большую угрозу для безопасной работы энергетической системы. Таким образом, следует серьезно подходить к тому, как предотвратить аварийные происшествия, связанные с работой с обрывом фазы.

Всемирная ассоциация организаций, эксплуатирующих атомные электростанции (WANO), акцентировала внимание на нескольких случаях неисправности в виде обрыва фазы на атомных электростанциях и обусловленных этим серьезных последствиях в комментарии, основанном на опыте (SOER 2015-1 «Проблемы безопасности в событиях обрыва фазы»), в 2015 году, надеясь привлечь внимание в этой отрасли и сформулировать соответствующие меры техники безопасности.

Например, 30 января 2012 года на блоке № 2 атомной электростанции Байрон в США возникла неисправность при заземлении через высокое сопротивление на стороне высокого напряжения пускового/резервного трансформатора (называемого на атомной электростанции «трансформатором собственных нужд станции (SAT)») из-за падения проводника на фарфоровую трубчатую изоляцию подстанции на 345 кВ. Эта неисправность привела к однофазному разрыву в фазе C двух SAT. В SAT создалось несбалансированное напряжение из-за потери напряжения в фазе C. Система защиты реактора правильно определила небаланс напряжений в шине, равный 6,9 кВ, и после этого реактор был остановлен. Кроме того, из-за чрезмерного фазного тока были отключены несколько крупных электрических машин, питающихся от SAT, включая насосы системы обеспечения технической водой ответственных потребителей, водяные насосы системы охлаждения оборудования и т.д. Приблизительно восемь минут спустя благодаря указанию на отклонение напряжения от нормы и отчету по месту было установлено дымление на SAT № 2, и оператор блочного щита управления вручную отключил вводной выключатель шины на 4 кВ уровня безопасности в SAT, тем самым заставив аварийный дизельный двигатель подавать питание на шину на 4 кВ уровня безопасности. Это событие показало, что если обрыв фазы вызван неисправностью оборудования в подстанции, устройства автоматизации и защиты не подают соответствующие сигналы тревоги, и обрыв фазы не обнаруживается вовремя рабочим персоналом, приводя к аварийному происшествию в виде останова реактора и повреждению SAT.

Другие станции, такие как блок № 1 очереди А АЭС Брюс, блок № 3 АЭС Форсмарк и блок № 2 АЭС Вандельос, также сталкивались с неисправностями в виде обрыва фазы разной степени серьезности за последние несколько лет, которые повлекли за собой ряд событий, представляющих серьезную угрозу для безопасной работы атомных электростанций. Кроме того, пусковой/резервный трансформатор электростанции длительное время находится в режиме холостого хода, так что ток является очень небольшим, соответствующим 0,08% номинального тока и, таким образом, не может быть измерен традиционными электромагнитными трансформаторами тока. До нынешнего времени не было публично заявлено о наличии изделий для обнаружения обрыва фазы пускового/резервного трансформатора электростанции, в особенности атомной электростанции.

В патентном документе с номером заявки CN201480017545.1, озаглавленном «Устройство обнаружения обрыва фазы линии соединения резервного трансформатора на атомной электростанции с использованием катушки Роговского», выданном Korea Hydro & Nuclear Power Co., Ltd., упомянуто, что ток линии соединения звездой в первичной обмотке резервного трансформатора атомной электростанции обнаруживают посредством катушки Роговского с целью отображения неисправности в виде обрыва фазы резервного трансформатора. Однако этот способ не может указывать на фазу, в которой возникла неисправность в виде обрыва фазы, и имеется определенное совпадение с характеристиками однофазного замыкания на землю резервного трансформатора (в этом случае ток замыкания на землю также протекает через линию соединения звездой в первичной обмотке), таким образом, идентификация неисправности в виде обрыва фазы не является уникальной; более того, не описаны диапазон измерения и эффект, оказываемый принятой катушкой Роговского на ток нулевой последовательности при замыкании на землю.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является предложение способа обнаружения неисправности в виде обрыва фазы пускового/резервного трансформатора с использованием оптического трансформатора тока, который может с высокой чувствительностью и точностью идентифицировать в режиме холостого хода неисправность в виде обрыва фазы системы пускового/резервного трансформатора, тем самым улучшая безопасность и надежность работы системы пускового/резервного трансформатора.

Техническим решением, принятым в настоящем изобретении, является способ обнаружения обрыва фазы пускового/резервного трансформатора с использованием оптического трансформатора тока, включающий следующие этапы:

этап 1: использование оптического трансформатора тока для измерения трехфазного тока на стороне высокого напряжения пускового/резервного трансформатора;

этап 2: прием устройством обнаружения обрыва фазы выходного сигнала тока от оптического трансформатора тока, вычисление трехфазного тока на стороне высокого напряжения пускового/резервного трансформатора в реальном времени и определение того, возникла ли неисправность в виде обрыва фазы, согласно току; и

этап 3: подача сигнала тревоги после заданной выдержки или выполнение отключения в случае определения того, что возникла неисправность в виде обрыва фазы.

Кроме того, выбор параметров оптического трансформатора тока производят согласно номинальным напряжению, току, температуре окружающей среды, условиям на месте установки и параметрам тока холостого хода пускового/резервного трансформатора.

Кроме того, устройство обнаружения обрыва фазы непосредственно принимает выходной сигнал тока от оптического трансформатора тока или принимает выходной сигнал тока от оптического трансформатора тока посредством объединяющего устройства.

Кроме того, протокол передачи данных соответствует стандарту IEC60044-8, когда устройство обнаружения обрыва фазы непосредственно принимает выходной сигнал тока от оптического трансформатора тока.

Кроме того, протокол передачи данных соответствует стандарту IEC61850-9-2, когда устройство обнаружения обрыва фазы принимает выходной сигнал тока от оптического трансформатора тока посредством объединяющего устройства.

Кроме того, конкретный способ определения того, возникла ли неисправность в виде обрыва фазы на этапе 2, состоит в следующем: когда ток определенной фазы опускается ниже заданного порогового значения, определяют, что в фазе возникла неисправность в виде обрыва фазы; и формула для идентификации имеет следующий вид:

в формуле (1) I_p представляет собой вычисленный в реальном времени ток определенной фазы на стороне высокого напряжения пускового/резервного трансформатора, I_p.0 представляет собой значение тока фазы на стороне высокого напряжения пускового/резервного трансформатора в режиме холостого хода, и со значением можно ознакомиться в отчете о заводских испытаниях пускового/резервного трансформатора, или оно может быть измерено на месте. k1 представляет собой коэффициент надежности, находящийся в диапазоне от 0,5 до 0,8, и по умолчанию составляет 0,6.

Кроме того, конкретный способ определения того, возникла ли неисправность в виде обрыва фазы на этапе 2, состоит в следующем: когда ток определенной фазы на стороне высокого напряжения пускового/резервного трансформатора не удовлетворяет условию симметричности, определяют, что в фазе возникла неисправность в виде обрыва фазы; формулы для идентификации имеют следующий вид:

формулы (2), (3) и (4) соответственно соответствуют разрывам в фазах A, B и C, где , и представляют собой вычисленные в реальном времени базовые фазоры трехфазного тока на стороне высокого напряжения пускового/резервного трансформатора. Когда система пускового/резервного трансформатора симметрична по трем фазам и исправна, соотношение линейного тока и фазного тока составляет 1,732. Если возникает однофазный разрыв, линейный ток неповрежденной фазы значительно превышает фазный ток разорванной фазы. k2 представляет собой коэффициент надежности, находящийся в диапазоне от 0,25 до 0,4, и по умолчанию составляет 0,35.

Кроме того, заданный диапазон значений заданной выдержки на этапе 3 составляет от 0,1 с до 30,0 с и по умолчанию составляет 10,0 с.

Настоящее изобретение имеет следующие полезные эффекты: небольшой ток холостого хода на стороне высокого напряжения пускового/резервного трансформатора обнаруживают посредством применения универсального оптического трансформатора тока, неисправность в виде обрыва фазы идентифицируют с высокой чувствительностью и надежностью, и подают сигнал тревоги, чтобы решить проблему отсутствия функции обнаружения неисправности в виде обрыва фазы в пусковом/резервном трансформаторе электростанции, тем самым эффективно улучшая безопасность и надежность системы пускового/резервного трансформатора на электростанции.

Краткое описание графических материалов

На фиг. 1 представлена типовая прикладная схема проводки согласно настоящему изобретению; и

на фиг. 2 представлена логическая схема идентификации неисправности в виде обрыва фазы, разработанная согласно настоящему изобретению.

Подробное описание

Настоящее изобретение дополнительно описано ниже со ссылкой на прилагаемые графические материалы.

В вариантах осуществления настоящего изобретения представлено проектное решение способа обнаружения неисправности в виде обрыва фазы пускового/резервного трансформатора с использованием оптического трансформатора тока. Конкретный вариант реализации способа описан на примере системы пускового/резервного трансформатора на 220 кВ атомной электростанции.

Основная схема системы электропроводки и система проводки устройства обнаружения неисправности в виде обрыва фазы пускового/резервного трансформатора показаны на фиг. 1. Пусковой/резервный трансформатор представляет собой трехфазный трехобмоточный трансформатор, т.е. в системе проводки Yn/D-11/D-11 сторона высокого напряжения представляет собой систему проводки с двойной шиной 220 кВ, сторона низкого напряжения представляет собой расщепленную обмотку, и имеются четыре секции 6 кВ для нужд завода. Универсальный оптический трансформатор тока установлен на выходе высоковольтной муфты. Аналоговая величина, к которой имеет доступ устройство обнаружения обрыва фазы, представляет собой трехфазный ток на стороне высокого напряжения (оптический трансформатор тока, протокол передачи данных удовлетворяет стандарту IEC611850-9-2 или IEC60044-8).

Конкретные этапы реализации обнаружения неисправности в виде обрыва фазы стороны высокого напряжения пускового/резервного трансформатора атомной электростанции являются следующими.

1. Устройство обнаружения обрыва фазы вычисляет фазный ток I_p и фазоры трехфазного тока , и стороны высокого напряжения пускового/резервного трансформатора в реальном времени.

2. Заданное значение тока идентификации обрыва фазы на стороне высокого напряжения пускового/резервного трансформатора устанавливают согласно данным, измеренным на месте, или данным из отчета о заводских испытаниях пускового/резервного трансформатора. Согласно статистическим данным для тока холостого хода на стороне высокого напряжения пускового/резервного трансформатора, I_p.0 обычно находится в диапазоне от 0,2 A до 0,5 A, и диапазон значений коэффициента надежности k1 составляет от 0,5 до 0,8, в этом случае диапазон заданного значения тока идентификации обрыва фазы обычно составляет от 0,1 A до 0,4 A. В этом примере фазный ток холостого хода пускового/резервного трансформатора составляет 0,248 A, и коэффициент надежности составляет 0,6, в этом случае вычисленное значение для k1×I_p.0 составляет 0,149 A.

3. Цикл сбора данных оптического трансформатора тока осуществляет самопроверку, и при наличии какого-либо отклонения от нормы устройство блокируется, и подается сигнал тревоги.

4. Если цикл сбора данных оптического трансформатора тока работает нормально, переходят к алгоритму идентификации неисправности в виде обрыва фазы.

5. Если вычисленное в реальном времени значение тока определенной фазы удовлетворяет формуле (1), после заданной выдержки подают сигнал тревоги, оповещающий о неисправности в виде обрыве фазы.

6. Если вычисленное в реальном времени значение тока определенной фазы удовлетворяет любой из формул (2), (3), и (4), после заданной выдержки подают сигнал тревоги, оповещающий о неисправности в виде обрыва фазы. k2 представляет собой коэффициент надежности и по умолчанию составляет 0,35.

7. Во избежание влияния помех от переходных процессов, вызванных различными неисправностями в пусковом/резервном трансформаторе и смежных системах, заданное значение выдержки устанавливают на 10,0 с.

8. Если вычисленное в реальном времени значение тока определенной фазы не удовлетворяет критерию обрыва фазы, переходят к идентификации тока следующей фазы, т.е. к осуществлению циклического определения для фаз A, B, C.

Согласно вышеизложенному способу трехфазный ток холостого хода на стороне высокого напряжения пускового/резервного трансформатора атомной электростанции отслеживают в реальном времени посредством применения оптического трансформатора тока. Если ток определенной фазы удовлетворяет критерию обрыва фазы, определяют то, что в фазе возникла неисправность в виде обрыва фазы, и после заданной выдержки подают сигнал тревоги, чтобы напомнить оператору о необходимости ее своевременного устранения.

Способ может решить проблему сложности идентификации однофазного разрыва стороны высокого напряжения пускового/резервного трансформатора в режиме холостого хода с улучшением безопасности и надежности работы системы пускового/резервного трансформатора электростанции.

Вышеописанные варианты осуществления предназначены лишь для пояснения технического замысла настоящего изобретения и не предназначены для ограничения объема правовой охраны настоящего изобретения. Любая эквивалентная замена или модификация, выполненная на основе технического решения согласно техническому замыслу, предложенному в настоящем изобретении, входит в объем правовой охраны настоящего изобретения.

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение чувствительности и точности идентификации в режиме холостого хода неисправности в виде обрыва фазы системы пускового/резервного трансформатора, что повышает надежность работы системы пускового/резервного трансформатора на электростанции. Для обнаружения трехфазного тока стороны высокого напряжения пускового/резервного трансформатора используют оптический трансформатор тока. Возникновение неисправности определяют по следующим критериям: когда ток определенной фазы опускается ниже заданного порогового значения или, когда ток определенной фазы на стороне высокого напряжения пускового/резервного трансформатора не удовлетворяет условию симметричности. В этом случае после выдержки подают сигнал тревоги, и оператора информируют о необходимости своевременного устранения неисправности. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ обнаружения обрыва фазы пускового/резервного трансформатора с использованием оптического трансформатора тока, включающий следующие этапы:

этап 1: использование оптического трансформатора тока для измерения трехфазного тока на стороне высокого напряжения пускового/резервного трансформатора;

этап 2: прием устройством обнаружения обрыва фазы выходного сигнала тока от оптического трансформатора тока, вычисление трехфазного тока на стороне высокого напряжения пускового/резервного трансформатора в реальном времени и определение того, возникла ли неисправность в виде обрыва фазы, согласно току; и

этап 3: подача сигнала тревоги после заданной выдержки или выполнение отключения в случае определения того, что возникла неисправность в виде обрыва фазы;

при этом конкретный способ определения того, возникла ли неисправность в виде обрыва фазы на этапе 2, состоит в одном из следующих:

когда ток определенной фазы опускается ниже заданного порогового значения, определяют, что в фазе возникла неисправность в виде обрыва фазы; и формула для идентификации имеет следующий вид:

где I_p - вычисленная в реальном времени базовая амплитуда тока определенной фазы на стороне высокого напряжения пускового/резервного трансформатора; I_p.0 - базовая амплитуда тока фазы на стороне высокого напряжения пускового/резервного трансформатора в режиме холостого хода; k1 - коэффициент надежности, находящийся в диапазоне от 0,5 до 0,8;

когда ток определенной фазы на стороне высокого напряжения пускового/резервного трансформатора не удовлетворяет условию симметричности, определяют, что в фазе возникла неисправность в виде обрыва фазы; и формулы для идентификации имеют следующий вид:

где формулы (2), (3) и (4), соответственно, соответствуют разрывам в фазах A, B и C; , и - вычисленные в реальном времени базовые фазоры трехфазного тока на стороне высокого напряжения пускового/резервного трансформатора; k2 - коэффициент надежности, находящийся в диапазоне от 0,25 до 0,4.

2. Способ обнаружения обрыва фазы пускового/резервного трансформатора с использованием оптического трансформатора тока по п. 1, отличающийся тем, что выбор параметров оптического трансформатора тока производят согласно номинальным напряжению, току, температуре окружающей среды, условиям на месте установки и параметрам тока холостого хода пускового/резервного трансформатора.

3. Способ обнаружения обрыва фазы пускового/резервного трансформатора с использованием оптического трансформатора тока по п. 1, отличающийся тем, что устройство обнаружения обрыва фазы непосредственно принимает выходной сигнал тока от оптического трансформатора тока или принимает выходной сигнал тока от оптического трансформатора тока посредством объединяющего устройства.

4. Способ обнаружения обрыва фазы пускового/резервного трансформатора с использованием оптического трансформатора тока по п. 3, отличающийся тем, что протокол передачи данных соответствует стандарту IEC60044-8, когда устройство обнаружения обрыва фазы непосредственно принимает выходной сигнал тока от оптического трансформатора тока.

5. Способ обнаружения обрыва фазы пускового/резервного трансформатора с использованием оптического трансформатора тока по п. 3, отличающийся тем, что протокол передачи данных соответствует стандарту IEC61850-9-2, когда устройство обнаружения обрыва фазы принимает выходной сигнал тока от оптического трансформатора тока посредством объединяющего устройства.

6. Способ обнаружения обрыва фазы пускового/резервного трансформатора с использованием оптического трансформатора тока по п. 1, отличающийся тем, что заданный диапазон значений заданной выдержки на этапе 3 составляет от 0,1 с до 30,0 с.