劉勇

[摘 要]抽水蓄能機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜、起停頻繁、運(yùn)行工況多，因此對(duì)電站的繼電保護(hù)提出了更高的要求。文章結(jié)合某抽水蓄能電站2×50 MW 機(jī)組的發(fā)電/電動(dòng)保護(hù)配置方式進(jìn)行分析，分析了各種保護(hù)的作用以及與常規(guī)機(jī)組相比抽水蓄能機(jī)組的特點(diǎn)，以及在調(diào)試過(guò)程中的注意點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]抽水蓄能機(jī)組；保護(hù)配置；分析

抽水蓄能機(jī)組既有發(fā)電、電動(dòng)等穩(wěn)態(tài)工況，又有靜止變頻器起動(dòng)和半電壓異步啟動(dòng)兩種過(guò)渡工況，不同的運(yùn)行工況對(duì)保護(hù)帶來(lái)較大的影響。為了保證抽水蓄能機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)電/電動(dòng)機(jī)機(jī)組必須配置完備的繼電保護(hù)，并要全面考慮各種不同工況下的保護(hù)閉鎖以及不同工況時(shí)電氣參數(shù)變化對(duì)保護(hù)的影響情況。

一 、發(fā)電/電動(dòng)保護(hù)配置方式

（一）縱差保護(hù)。作為發(fā)電電動(dòng)機(jī)相間短路故障的主保護(hù)，保護(hù)范圍為機(jī)組內(nèi)部定子繞組及其引出線。保護(hù)采用比例制動(dòng)原理，其動(dòng)作特性由無(wú)制動(dòng)和比率制動(dòng)二部分組成。

（二）帶電流記憶的低壓過(guò)電流保護(hù)。作為發(fā)電電動(dòng)機(jī)及相鄰設(shè)備相間短路的后備保護(hù)。保護(hù)由機(jī)端電壓和中性點(diǎn)側(cè)電流構(gòu)成，電流元件帶記憶，記憶時(shí)間可整定。在變頻啟動(dòng)或半壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，保護(hù)自動(dòng)退出運(yùn)行。保護(hù)動(dòng)作第一時(shí)限跳主變高壓側(cè)斷路器；第二時(shí)限跳機(jī)組開(kāi)關(guān)、滅磁和停機(jī)。

（三）過(guò)電壓保護(hù)。保護(hù)反應(yīng)發(fā)電電動(dòng)機(jī)機(jī)端電壓。用來(lái)保護(hù)機(jī)組異常運(yùn)行情況下引起的定子過(guò)電壓，防止由于定子繞組電壓升高而使發(fā)電電動(dòng)機(jī)絕緣受到損害。保護(hù)延時(shí)跳機(jī)組開(kāi)關(guān)、滅磁和停機(jī)。

（四）定子接地保護(hù)。保護(hù)取自機(jī)組機(jī)端TV開(kāi)口三角3U0電壓，用來(lái)檢測(cè)機(jī)組定子對(duì)地絕緣狀況。保護(hù)范圍為由機(jī)端至機(jī)內(nèi)90%左右的定子繞組。當(dāng)定子繞組與鐵芯之間的絕緣由于破壞而造成定子繞組單相接地故障時(shí)，保護(hù)檢測(cè)到3U0電壓大于整定值時(shí)，延時(shí)發(fā)信號(hào)。

（五）轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)。用來(lái)監(jiān)視機(jī)組勵(lì)磁回路對(duì)地絕緣。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組絕緣破壞或嚴(yán)重下降時(shí)，會(huì)發(fā)生一點(diǎn)接地故障。因轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地不形成電流回路，故障點(diǎn)沒(méi)有電流通過(guò)，勵(lì)磁系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。所以當(dāng)保護(hù)檢測(cè)到發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣下降到一定數(shù)值時(shí)，僅發(fā)故障信號(hào)。

（六）失磁保護(hù)。作為發(fā)電電動(dòng)機(jī)組勵(lì)磁回路故障的保護(hù)。機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中可能由于勵(lì)磁回路開(kāi)路、短路、勵(lì)磁電源消失或其他原因，突然全部或部分地失去勵(lì)磁。發(fā)生勵(lì)磁故障后，機(jī)組將從系統(tǒng)吸收大量無(wú)功，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓下降。保護(hù)采用阻抗原理，機(jī)組失磁后，機(jī)端測(cè)量阻抗的軌跡將沿著等有功阻抗園進(jìn)入異步邊界園內(nèi)。保護(hù)僅在發(fā)電、電動(dòng)等穩(wěn)態(tài)工況下投入，當(dāng)電壓回路斷線時(shí)閉鎖保護(hù)。保護(hù)延時(shí)跳機(jī)組開(kāi)關(guān)、滅磁和停機(jī)。

（七）失步保護(hù)。發(fā)電電動(dòng)機(jī)與系統(tǒng)發(fā)生失步時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)機(jī)組的機(jī)械量和電氣量與系統(tǒng)之間的振蕩，這種持續(xù)振蕩將對(duì)機(jī)組和電力系統(tǒng)產(chǎn)生有破壞力的影響。所以機(jī)組要裝設(shè)失步保護(hù)。保護(hù)反應(yīng)電機(jī)機(jī)端測(cè)量阻抗的變化軌跡，動(dòng)作特性為雙遮擋器。。機(jī)組失步后，機(jī)端測(cè)量阻抗較緩慢地從+R 向-R 方向變化或從-R向+R方向變化，且依次穿過(guò)各區(qū)。保護(hù)僅在發(fā)電、電動(dòng)等穩(wěn)態(tài)工況下投入，當(dāng)電壓回路斷線時(shí)閉鎖保護(hù)。保護(hù)延時(shí)跳機(jī)組開(kāi)關(guān)、滅磁和停機(jī)。

（八）定子過(guò)負(fù)荷保護(hù)。機(jī)組由于過(guò)負(fù)荷而溫度升高，從而影響機(jī)組正常壽命，所以需要裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。保護(hù)反應(yīng)發(fā)電電動(dòng)機(jī)定子電流的大小。當(dāng)機(jī)組定子電流超過(guò)額定電流值（過(guò)負(fù)荷）或很大時(shí)（系統(tǒng)故障引起過(guò)電流），經(jīng)延時(shí)動(dòng)作于信號(hào)。當(dāng)變頻啟動(dòng)和半壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，保護(hù)被閉鎖。

（九）軸電流保護(hù)。機(jī)組軸承絕緣一旦下降，此時(shí)在較高的軸電壓作用下將會(huì)產(chǎn)生較大的軸電流，軸電流將破壞軸承和其他部件，所以需要裝設(shè)軸電流保護(hù)。用作監(jiān)視機(jī)組軸承對(duì)地絕緣之用。當(dāng)軸電流大于整定值時(shí)，經(jīng)延時(shí)發(fā)信。

（十）解列過(guò)流保護(hù)。作為發(fā)電電動(dòng)機(jī)在解列狀態(tài)時(shí)，機(jī)組故障的后備保護(hù)。保護(hù)反應(yīng)發(fā)電電動(dòng)機(jī)定子電流的大小，僅在解列狀態(tài)投入。保護(hù)延時(shí)滅磁和停機(jī)。

（十一）啟動(dòng)過(guò)流保護(hù)。在啟動(dòng)過(guò)程中，作為發(fā)電電動(dòng)機(jī)及相鄰設(shè)備故障的后備保護(hù)。保護(hù)反應(yīng)發(fā)電電動(dòng)機(jī)定子電流的大小。保護(hù)僅在變頻啟動(dòng)和半壓?jiǎn)?dòng)過(guò)程中投入。保護(hù)延時(shí)跳機(jī)組開(kāi)關(guān)、滅磁和停機(jī)。

（十二）逆功率保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)中吸取有功功率時(shí)，為了保護(hù)發(fā)電機(jī)不受損害，當(dāng)逆功率達(dá)到一定值時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。保護(hù)在僅發(fā)電運(yùn)行工況下投入。保護(hù)延時(shí)跳機(jī)組開(kāi)關(guān)、滅磁和停機(jī)。

（十三） 低功率保護(hù)。在電動(dòng)工況運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)故障或其他原因會(huì)造成機(jī)組抽水動(dòng)力下降，甚至失去動(dòng)力，使機(jī)組減速進(jìn)而會(huì)轉(zhuǎn)為發(fā)電工況，工況的突然改變會(huì)對(duì)機(jī)組和輸水管產(chǎn)生危險(xiǎn)，因此要防止這種情況出現(xiàn)。保護(hù)檢測(cè)從系統(tǒng)流向電動(dòng)機(jī)的有功功率，當(dāng)其低于某一限值時(shí)保護(hù)動(dòng)作。保護(hù)在球閥全關(guān)時(shí)自動(dòng)退出。保護(hù)延時(shí)跳機(jī)組開(kāi)關(guān)、滅磁和停機(jī)。

（十四）低頻保護(hù)。作為低功率保護(hù)的后備。當(dāng)機(jī)組在電動(dòng)工況運(yùn)行時(shí)，機(jī)組頻率低于某一限值時(shí)保護(hù)動(dòng)作。保護(hù)延時(shí)跳機(jī)組開(kāi)關(guān)、滅磁和停機(jī)。

（十五） 滅磁開(kāi)關(guān)聯(lián)跳。當(dāng)機(jī)組在電動(dòng)工況運(yùn)行時(shí)，滅磁開(kāi)關(guān)跳開(kāi)會(huì)造成勵(lì)磁電源突然消失。保護(hù)在電動(dòng)工況下檢測(cè)到滅磁開(kāi)關(guān)分閘，延時(shí)跳機(jī)組開(kāi)關(guān)和停機(jī)。

（十六）勵(lì)磁變過(guò)流保護(hù)。作為勵(lì)磁變的保護(hù)。保護(hù)反應(yīng)勵(lì)磁變電流的大小。當(dāng)電流超過(guò)額定電流很大時(shí)（故障引起過(guò)流），保護(hù)動(dòng)作第一時(shí)限跳機(jī)組開(kāi)關(guān)、滅磁和停機(jī)；第二時(shí)限跳主變高壓側(cè)斷路器。

（十七）電壓互感器斷線報(bào)警。保護(hù)檢測(cè)到電壓互感器斷線時(shí)延時(shí)發(fā)斷線信號(hào)，并閉鎖其它與電壓相關(guān)的保護(hù)。

二、在調(diào)試過(guò)程中的注意點(diǎn)

（一）要了解抽水蓄能機(jī)組各種運(yùn)行工況特點(diǎn)，理解各種邏輯閉鎖原理，進(jìn)而在試驗(yàn)過(guò)程中驗(yàn)證各種邏輯的正確性。

（二）保護(hù)裝置識(shí)別各種運(yùn)行工況進(jìn)行邏輯閉鎖，是通過(guò)各個(gè)外部開(kāi)入量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了保證保護(hù)邏輯與一次運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)一致，要特別驗(yàn)證閉鎖開(kāi)入回路的可靠性，以確保閉鎖邏輯的正確。

（三）抽水蓄能機(jī)組的一個(gè)特點(diǎn)是頻率變化范圍大。在做保護(hù)裝置試驗(yàn)要特別驗(yàn)證在不同頻率下，保護(hù)動(dòng)作的正確性。

（四） 抽水蓄能機(jī)組運(yùn)行的工況繁多，轉(zhuǎn)換頻繁，配置的保護(hù)也特別多。要注意各種保護(hù)的配合，要特別注意保護(hù)定值的整定。

三、結(jié)語(yǔ)

抽水蓄能機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行工況多且轉(zhuǎn)換頻繁，這對(duì)保護(hù)配置提出了更高的要求。與常規(guī)機(jī)組相比在保護(hù)配置、保護(hù)閉鎖邏輯等方面要復(fù)雜很多。抽水蓄能機(jī)組保護(hù)配置應(yīng)綜合考慮各種情況，保證機(jī)組保護(hù)的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

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