王 光，陳 俊，姬生飛，王 凱，季遙遙

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇省南京市 211102）

300MW級(jí)抽水蓄能機(jī)組繼電保護(hù)原理優(yōu)化研究

王 光，陳 俊，姬生飛，王 凱，季遙遙

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇省南京市 211102）

本文針對(duì)以往300MW級(jí)抽水蓄能機(jī)組繼電保護(hù)存在的不足和運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，重點(diǎn)探討了發(fā)電電動(dòng)機(jī)及主變壓器差動(dòng)保護(hù)、三次諧波電壓比率定子接地保護(hù)、注入式定子接地保護(hù)、水泵啟動(dòng)過程保護(hù)等方面的應(yīng)用問題及保護(hù)原理的優(yōu)化，改進(jìn)后的保護(hù)原理在現(xiàn)場(chǎng)近20臺(tái)機(jī)組上取得了良好的應(yīng)用效果。

抽水蓄能機(jī)組繼電保護(hù)；發(fā)電電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)；主變壓器差動(dòng)保護(hù)；三次諧波電壓比率定子接地保護(hù)；注入式定子接地保護(hù)；水泵啟動(dòng)過程保護(hù)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，電力負(fù)荷迅速增長(zhǎng)，峰谷差不斷加大，用戶對(duì)電力供應(yīng)的安全和質(zhì)量期望值也越來越高，另外核電和風(fēng)電的快速發(fā)展使調(diào)峰更加困難。抽水蓄能電站以其調(diào)峰填谷的獨(dú)特運(yùn)行特性，發(fā)揮著調(diào)節(jié)負(fù)荷、促進(jìn)電力系統(tǒng)節(jié)能和維護(hù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的功能，將成為我國(guó)電力系統(tǒng)有效的、不可或缺的調(diào)節(jié)工具[1][2][3]。

300MW級(jí)大型抽水蓄能機(jī)組制造難度高，單機(jī)造價(jià)昂貴，對(duì)機(jī)組保護(hù)性能要求很高。以往大型抽水蓄能機(jī)組保護(hù)基本為國(guó)外廠家壟斷，設(shè)計(jì)圖紙等均從國(guó)外引進(jìn)，在設(shè)計(jì)、運(yùn)行等方面存在不完全滿足國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和反措要求等問題。另外，部分常規(guī)保護(hù)原理在300MW級(jí)抽水蓄能機(jī)組上應(yīng)用也遇到了一些新的問題，如三次諧波電壓比率定子接地保護(hù)在各個(gè)工況下的適應(yīng)性問題、注入式定子接地保護(hù)在水泵工況并網(wǎng)時(shí)的啟動(dòng)問題等，應(yīng)給予關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)廠家已打破壟斷，在國(guó)內(nèi)300MW級(jí)大型抽水蓄能機(jī)組上已有較多工程應(yīng)用，積累了一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。本文針對(duì)抽水蓄能機(jī)組保護(hù)的上述問題，提出了相應(yīng)的解決方案，希望對(duì)以后抽水蓄能機(jī)組保護(hù)的發(fā)展提供一些借鑒和幫助。

1 發(fā)電電動(dòng)機(jī)和主變壓器差動(dòng)保護(hù)配置優(yōu)化

差動(dòng)保護(hù)作為繼電保護(hù)的主保護(hù)地位毋庸置疑，抽水蓄能機(jī)組也不例外，但抽水蓄能機(jī)組差動(dòng)保護(hù)配置至今仍未達(dá)成一致意見，配置較為復(fù)雜，且各廠家做法均不相同，甚至每個(gè)電站的配置都不盡相同。本文針對(duì)現(xiàn)有方案進(jìn)行分析，提出了優(yōu)化方案。

1.1 以往差動(dòng)保護(hù)交叉配置分析

以往大型抽水蓄能機(jī)組差動(dòng)保護(hù)配置有多種方案[4][5]，一種較為常見的做法如圖1所示。主變壓器小差（87T-1）范圍為1TA、2TA以及廠用變壓器高壓側(cè)、SFC輸入變壓器高壓側(cè)，不受工況影響可全程投入；發(fā)電電動(dòng)機(jī)小差（87G-1）范圍為5TA和6TA，也不受工況影響可全程投入，這兩套小差重點(diǎn)保護(hù)發(fā)電電動(dòng)機(jī)和主變壓器本體。主變壓器大差（87T-2）范圍則為1TA、4TA以及廠變高壓側(cè)、SFC輸入變壓器高壓側(cè)，包含了換相開關(guān)和機(jī)端斷路器部分，受工況影響。發(fā)電電動(dòng)機(jī)大差（87G-2）范圍為3TA和6TA，包含了機(jī)端斷路器部分，同樣受工況影響。

圖1 以往大型抽水蓄能機(jī)組差動(dòng)保護(hù)配置方案Fig.1 Old scheme of differential protection for large pumped storage unit

主變壓器小差和發(fā)電電動(dòng)機(jī)小差全程投入，不受任何工況影響，一般均會(huì)配置，這里不做討論。對(duì)于主變壓器大差和發(fā)電電動(dòng)機(jī)大差來說，是在機(jī)端斷路器兩側(cè)交叉，并網(wǎng)后不存在保護(hù)死區(qū)，沒有問題。在機(jī)組并網(wǎng)前，主變大差機(jī)端側(cè)電流（4TA）不屬于流過主變壓器的電流，將會(huì)影響主變壓器差動(dòng)動(dòng)作行為。以往進(jìn)口保護(hù)有兩種做法，一種是直接閉鎖[6]，但2TA至機(jī)端斷路器部分將失去差動(dòng)保護(hù)，一旦發(fā)生故障只能依靠后備保護(hù)動(dòng)作，可能造成重大損失；另一種做法是差動(dòng)正常投入，正常運(yùn)行時(shí)差動(dòng)定值一般會(huì)高于發(fā)電電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，但在變頻啟動(dòng)過程中發(fā)電電動(dòng)機(jī)側(cè)任意位置發(fā)生故障時(shí)，主變壓器差動(dòng)保護(hù)都可能動(dòng)作，將會(huì)大大擴(kuò)大動(dòng)作范圍，相鄰機(jī)組也會(huì)停機(jī)。對(duì)于發(fā)電電動(dòng)機(jī)大差，在機(jī)組并網(wǎng)前3TA電流也不會(huì)流過發(fā)電電動(dòng)機(jī)的正常電流，進(jìn)而影響發(fā)電電動(dòng)機(jī)大差的動(dòng)作行為，以往進(jìn)口保護(hù)大多采用抬高定值的辦法，啟動(dòng)過程中也能正常投入，但仔細(xì)分析后發(fā)現(xiàn)，發(fā)電電動(dòng)機(jī)大差在機(jī)組并網(wǎng)前作用很小，由于發(fā)電電動(dòng)機(jī)故障電流不流過3TA，大差僅依靠發(fā)電電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)電流互感器（6TA）單側(cè)電流動(dòng)作，大差的實(shí)際動(dòng)作行為及保護(hù)效果與低頻電流速斷保護(hù)無任何區(qū)別，均取得的是6TA電流，在機(jī)組并網(wǎng)前設(shè)置兩套事實(shí)上完全相同的保護(hù)沒有必要。因此，發(fā)電電動(dòng)機(jī)大差在并網(wǎng)前可以取消，僅保留并網(wǎng)后與主變壓器大差交叉的作用，這個(gè)交叉點(diǎn)實(shí)際上也可以根據(jù)需要調(diào)整。

其他的做法還包括，主變壓器大差機(jī)端側(cè)電流取自5TA，或者主變壓器小差的TA取自主變壓器低壓側(cè)套管（即主變壓器出口根部的位置），發(fā)電電動(dòng)機(jī)大差至2TA位置等，存在的問題與前述分析基本類似，這里不再贅述。

1.2 差動(dòng)保護(hù)交叉配置及主變壓器差動(dòng)邏輯優(yōu)化研究

基于以上分析，筆者認(rèn)為可以優(yōu)化差動(dòng)保護(hù)配置，并能適當(dāng)簡(jiǎn)化主保護(hù)。如圖2所示，發(fā)電電動(dòng)機(jī)小差和主變壓器小差保持不變。主變壓器大差機(jī)端側(cè)電流差至發(fā)電電動(dòng)機(jī)出口處（5TA），差動(dòng)范圍略有擴(kuò)大，包含了電制動(dòng)開關(guān)。發(fā)電電動(dòng)機(jī)大差則取消，減少一套差動(dòng)保護(hù)。這樣3TA和4TA可以省去4個(gè)保護(hù)TA，5TA增加2個(gè)保護(hù)TA，總共可以節(jié)省2個(gè)保護(hù)TA。

對(duì)于這一差動(dòng)保護(hù)配置方案，發(fā)電電動(dòng)機(jī)小差和主變壓器小差各自重點(diǎn)保護(hù)發(fā)電電動(dòng)機(jī)和主變壓器本體，全程投入，不受閉鎖方式影響。由于主變壓器大差和發(fā)電電動(dòng)機(jī)小差在機(jī)端交叉，并網(wǎng)后不存在保護(hù)死區(qū)。并網(wǎng)前，對(duì)于5TA以上機(jī)端封閉母線部分，依靠發(fā)電電動(dòng)機(jī)低頻電流速斷保護(hù)，與以往保護(hù)性能相同。對(duì)于主變壓器大差保護(hù)，可優(yōu)化保護(hù)邏輯解決并網(wǎng)前存在的問題。

主變壓器大差在機(jī)組并網(wǎng)前不需閉鎖，可全程投入，而對(duì)差動(dòng)電流計(jì)算邏輯進(jìn)行優(yōu)化。并網(wǎng)前差動(dòng)電流計(jì)算時(shí)不計(jì)入發(fā)電電動(dòng)機(jī)機(jī)端電流，并網(wǎng)后再計(jì)入，該方法可消除機(jī)組并網(wǎng)前的保護(hù)死區(qū)，區(qū)外故障時(shí)也不會(huì)誤動(dòng)，提高了主變壓器大差的可靠性。如圖3所示，機(jī)組啟動(dòng)過程中，當(dāng)換相開關(guān)部分（K1點(diǎn)）發(fā)生故障時(shí)，主變壓器小差由于是區(qū)外故障無法動(dòng)作，主變壓器大差屬于區(qū)內(nèi)故障可快速動(dòng)作；當(dāng)發(fā)電電動(dòng)機(jī)部分（K2點(diǎn)）發(fā)生故障時(shí)，機(jī)端電流互感器流過故障電流，由于并網(wǎng)前不計(jì)入機(jī)端電流，主變壓器大差無差流出現(xiàn)，因此也不會(huì)誤動(dòng)作。

另外，主變壓器大差和發(fā)電電動(dòng)機(jī)小差的交叉位置也可以選在4TA位置，主變壓器大差與原來保護(hù)范圍一致，發(fā)電電動(dòng)機(jī)小差則包含了電制動(dòng)開關(guān)部分，需要在電制動(dòng)時(shí)閉鎖。

綜合以上分析，這一方案既保證了保護(hù)性能，又簡(jiǎn)化了保護(hù)配置，同時(shí)減少了TA總臺(tái)數(shù)，應(yīng)是一種比較合理的差動(dòng)保護(hù)配置方案。

圖2 大型抽水蓄能機(jī)組差動(dòng)保護(hù)配置新方案Fig.2 New scheme of differential protection for large pumped storage unit

2 發(fā)電電動(dòng)機(jī)定子接地保護(hù)

2.1 三次諧波電壓比率定子接地保護(hù)

三次諧波電壓比率保護(hù)與中性點(diǎn)基波零序電壓保護(hù)共同構(gòu)成100%定子接地保護(hù)，是大型抽水蓄能機(jī)組定子接地保護(hù)的重要組成部分，按照設(shè)計(jì)要求應(yīng)在發(fā)電工況和電動(dòng)工況都投入運(yùn)行。文獻(xiàn)[4]指出，運(yùn)行中零序電壓三次諧波分量受機(jī)組運(yùn)行工況影響較大，發(fā)電工況和抽水工況功率方向不同，三次諧波的分布情況會(huì)有變化，因此這一原理無法同時(shí)適用于兩種工況。

為此，筆者在某抽水蓄能電站2臺(tái)250MW機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中觀察和記錄了不同運(yùn)行工況下三次諧波電壓比率值的變化情況，詳細(xì)數(shù)據(jù)如表1和表2所示，表中UT03為機(jī)端零序電壓三次諧波幅值，UN03為中性點(diǎn)零序電壓三次諧波幅值，UT03/UN03為三次諧波電壓比值。

表1 1號(hào)機(jī)組三次諧波數(shù)據(jù)Tab.1 Three harmonic voltage data of #1 unit

續(xù)表

表2 2號(hào)機(jī)組三次諧波數(shù)據(jù)Tab.2 Three harmonic voltage data of #2 unit

分析表中數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)零序電壓三次諧波分量有以下三個(gè)特征：①發(fā)電工況在不同負(fù)荷情況下三次諧波電壓比率隨負(fù)荷增大略有減小，但變化范圍很??；②抽水工況、抽水調(diào)相和抽水并網(wǎng)前三種工況下三次諧波電壓比率略有不同，但相差較小，總體比發(fā)電工況略小；③發(fā)電并網(wǎng)前兩臺(tái)機(jī)組三次諧波電壓比率均明顯較大，約為其他工況的1.3倍。

從這兩臺(tái)250MW機(jī)組試驗(yàn)情況來看，功率流向?qū)θ沃C波幅值比值影響較為有限，最大變化范圍約為3%，似乎并無文獻(xiàn)所指那么大。發(fā)電并網(wǎng)前與其他工況相差較大，其原因是由于發(fā)電電動(dòng)機(jī)所聯(lián)接設(shè)備變化較大，引起機(jī)端和中性點(diǎn)對(duì)地等效電容分布也發(fā)生較大變化，進(jìn)而導(dǎo)致三次諧波分布情況的變化。由于本次試驗(yàn)相位記錄不全面，未能總結(jié)相位變化規(guī)律。對(duì)于抽水工況并網(wǎng)前后三次諧波電壓比率相差不大的情況，其原因應(yīng)為SFC啟動(dòng)回路設(shè)備與主變壓器低壓側(cè)所連接設(shè)備對(duì)地等效電容較為接近，不排除其他電站和機(jī)組會(huì)出現(xiàn)較大變化。

基于以上分析，三次諧波電壓比率定子接地保護(hù)如采用常規(guī)的單一比率定值，按可靠躲過最大實(shí)測(cè)值整定（發(fā)電并網(wǎng)前），則在抽水方向各工況和發(fā)電并網(wǎng)后靈敏度必然較低。應(yīng)用時(shí)建議采用多段定值，分別在不同的運(yùn)行工況下投入，由于抽水蓄能機(jī)組運(yùn)行工況較多，多達(dá)10種以上，如每種工況對(duì)應(yīng)一段定值，則保護(hù)過于復(fù)雜。由于部分工況三次諧波電壓比率較為接近，可采取設(shè)置工況閉鎖（或投入）控制字選擇的辦法，設(shè)置2～4段定值一般可滿足要求。

另一種原理三次諧波電壓差動(dòng)保護(hù)，由機(jī)端和中性點(diǎn)的三次諧波電壓相量差構(gòu)成，正常運(yùn)行時(shí)根據(jù)機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波電壓相量的變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，始終保持兩側(cè)相量平衡，即三次諧波電壓相量差為零，自動(dòng)跟蹤工況變化，能夠更好地適應(yīng)抽水蓄能機(jī)組多工況的特點(diǎn)。

2.2 注入式定子接地保護(hù)

注入式100%定子接地保護(hù)原理通過接地變壓器將低頻電壓信號(hào)注入到機(jī)組定子繞組對(duì)地的零序回路中來檢測(cè)定子繞組對(duì)地絕緣情況[7]。該原理與三次諧波無關(guān)，且滿足無勵(lì)磁狀態(tài)下測(cè)量要求，在大型抽水蓄能機(jī)組上應(yīng)用有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

圖3 定子接地保護(hù)啟動(dòng)波形Fig.3 Starting waveform of stator ground protection

該原理在某抽水蓄能電站250MW機(jī)組上應(yīng)用也取得了很好的應(yīng)用效果，但在水泵工況并網(wǎng)過程中卻曾多次出現(xiàn)保護(hù)啟動(dòng)現(xiàn)象，引起了我們的注意。多次出現(xiàn)時(shí)刻均是在機(jī)端斷路器合閘之后，被拖動(dòng)開關(guān)分閘過程中。圖3為其中一次啟動(dòng)波形，在被拖動(dòng)開關(guān)分閘過程中確實(shí)出現(xiàn)了機(jī)端和中性點(diǎn)基波零序電壓增大、注入20Hz電壓下降、20Hz電流上升的短暫過程，定子接地電阻計(jì)算值出現(xiàn)了約100ms的下降過程。

圖中U0為機(jī)端零序電壓，UN為中性點(diǎn)零序電壓，U20為注入20Hz電壓，I20為注入20Hz電流，RS為定子接地計(jì)算電阻值。

多次統(tǒng)計(jì)開關(guān)變位情況后發(fā)現(xiàn)保護(hù)啟動(dòng)時(shí)間基本一致，以水泵工況并網(wǎng)時(shí)機(jī)端斷路器合閘時(shí)刻為基準(zhǔn)，約2.2s時(shí)被拖動(dòng)開關(guān)開始分閘，約3.0s時(shí)定子接地保護(hù)啟動(dòng)，約4.0s被拖動(dòng)開關(guān)分閘完成。由于機(jī)端斷路器動(dòng)作很快，約30ms完成分閘，動(dòng)態(tài)過渡過程也應(yīng)早已結(jié)束，可排除機(jī)端斷路器影響。而被拖動(dòng)開關(guān)為電動(dòng)開關(guān)，動(dòng)作行程較長(zhǎng)，分閘時(shí)間約為1.8s，定子接地保護(hù)啟動(dòng)即在其分閘過程中，初步確定應(yīng)為主要原因，后經(jīng)仔細(xì)分析認(rèn)為被拖動(dòng)開關(guān)動(dòng)作速度較慢，存在三相隔離開關(guān)動(dòng)作不一致的可能，導(dǎo)致機(jī)組與SFC設(shè)備連接出現(xiàn)短暫的非全相運(yùn)行，根據(jù)啟動(dòng)時(shí)間推算應(yīng)在100～200ms之間。

非全相運(yùn)行分析的相關(guān)文獻(xiàn)[8]、[9]表明，非全相運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的零序和負(fù)序分量，其大小和負(fù)載阻抗、接地方式等多種因素有關(guān)。對(duì)于抽水蓄能機(jī)組SFC啟動(dòng)運(yùn)行方式來說，在機(jī)組并網(wǎng)調(diào)速時(shí)，SFC仍有一定的拖動(dòng)電流，雖負(fù)載較小，仍有一定的零序電壓出現(xiàn)并影響注入式定子接地保護(hù)，由于該保護(hù)較為靈敏，當(dāng)某次拖動(dòng)電流相對(duì)較大的時(shí)候，可能導(dǎo)致定子接地保護(hù)啟動(dòng)。非全相運(yùn)行時(shí)間多次統(tǒng)計(jì)均在100～200ms之間，建議注入式定子接地保護(hù)整定動(dòng)作時(shí)間應(yīng)可靠躲過，延時(shí)建議整定0.3s以上。

3 水泵啟動(dòng)過程保護(hù)

3.1 保護(hù)配置優(yōu)化

大型抽水蓄能機(jī)組主要承擔(dān)調(diào)峰作用，啟停頻繁，一般每天均要啟停數(shù)次，相對(duì)于常規(guī)機(jī)組，啟動(dòng)過程在整個(gè)運(yùn)行過程中所占比例很高。同時(shí)，抽水蓄能機(jī)組作為水泵運(yùn)行時(shí)無法自啟動(dòng)，需要依靠外部電源啟動(dòng)，一般采用SFC啟動(dòng)或背靠背啟動(dòng)方式。因此，水泵啟動(dòng)初始時(shí)已加勵(lì)磁，由零轉(zhuǎn)速同步的拖動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速，定子三相電流的頻率和幅值隨著轉(zhuǎn)速升高而變化，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。因此，在啟動(dòng)過程中具有完善的保護(hù)性能非常重要。

常規(guī)保護(hù)功能通?；诠ゎl進(jìn)行算法設(shè)計(jì)，在低頻啟動(dòng)過程中靈敏度很低且部分保護(hù)可能誤動(dòng)，因此需閉鎖相關(guān)保護(hù)，并專門配置具有一定靈敏度的保護(hù)功能。目前國(guó)外保護(hù)設(shè)備在啟動(dòng)過程中主要配置了次同步過流保護(hù)（國(guó)內(nèi)習(xí)慣稱作低頻過流保護(hù)）和電壓相序保護(hù)[5][6][10]，保護(hù)種類少，主要反映機(jī)組的相間短路和異常運(yùn)行。鑒于水泵啟動(dòng)過程在抽水蓄能機(jī)組中的重要性，吸取國(guó)內(nèi)機(jī)組保護(hù)多年經(jīng)驗(yàn)，建議增加反映定子接地故障、匝間短路故障的保護(hù)和反映相間短路故障的快速保護(hù)，采用不受頻率影響的保護(hù)算法。

水泵啟動(dòng)過程保護(hù)建議配置如下：①反映相間短路故障的保護(hù)，配置低頻差動(dòng)保護(hù)作為快速主保護(hù)，配置低頻過流保護(hù)作為后備保護(hù)，按可靠躲過最大不平衡電流整定；②反映匝間短路故障的保護(hù)，可配置低頻橫差保護(hù)，動(dòng)作值宜適當(dāng)提高，可靠躲過低頻三次諧波分量的影響；③反映定子接地故障的保護(hù)，配置中性點(diǎn)低頻零序電壓保護(hù)，動(dòng)作值也宜適當(dāng)提高，可靠躲過低頻三次諧波分量的影響；④電壓相序保護(hù)，用于鑒別發(fā)電電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與換相開關(guān)位置不一致的機(jī)組異常運(yùn)行。

3.2 低頻差動(dòng)保護(hù)優(yōu)化

大型抽水蓄能機(jī)組在水泵（變頻）啟動(dòng)過程的初始階段，傳統(tǒng)的電磁式電流互感器由于鐵芯的原因，當(dāng)發(fā)電電動(dòng)機(jī)頻率很低時(shí)極易飽和，傳變特性差，尤其是10Hz或5Hz以下極低頻率時(shí)二次電流波形畸變嚴(yán)重，保護(hù)裝置將計(jì)算出虛假的差動(dòng)電流，可能導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。以往進(jìn)口大型抽水蓄能機(jī)組保護(hù)一般在10Hz以下閉鎖差動(dòng)保護(hù)，導(dǎo)致這一階段缺少快速主保護(hù)，存在較大隱患[10]。圖4為某電廠背靠背啟動(dòng)過程中頻率在3Hz左右時(shí)的錄波波形，給出的是B相電流和差流，依次為差動(dòng)電流、機(jī)端電流和中性點(diǎn)電流波形，機(jī)端和中性點(diǎn)電流畸變嚴(yán)重，初始階段相位甚至都是相反的，保護(hù)計(jì)算出的差流最大達(dá)到0.45Ie，甚至高于負(fù)荷電流。

圖4 某機(jī)組背靠背啟動(dòng)波形（3Hz）Fig.4 Back-to-back starting waveform of the pumped storage unit

為解決10Hz或5Hz以下差動(dòng)保護(hù)問題，在對(duì)變頻啟動(dòng)過程中機(jī)組電氣量進(jìn)行詳細(xì)分析和計(jì)算的基礎(chǔ)上，本文提出了基于頻率偏移量制動(dòng)的低頻差動(dòng)保護(hù)，在變頻啟動(dòng)的初始階段一次電流互感器無法正確傳變情況下，根據(jù)頻率偏離設(shè)定值的大小和電流互感器低頻傳變誤差特征曲線，實(shí)現(xiàn)低頻差動(dòng)保護(hù)的頻率偏移量制動(dòng)特性，解決差動(dòng)保護(hù)在極低頻率時(shí)的誤動(dòng)問題，無需閉鎖，可以在水泵啟動(dòng)全過程中投入，從而提高抽水蓄能機(jī)組在整個(gè)水泵啟動(dòng)過程中的保護(hù)性能。頻率偏移量制動(dòng)特性如下式所示。

式中：ID——差動(dòng)電流；

ICD.SET——差動(dòng)啟動(dòng)電流定值；

綜上所述，醫(yī)院強(qiáng)化內(nèi)部控制是在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下競(jìng)爭(zhēng)必不可少的提升途徑，只有通過內(nèi)部控制才能夠?qū)⑨t(yī)院的各方面風(fēng)險(xiǎn)盡可能的降低，同時(shí)將運(yùn)營(yíng)效率進(jìn)行大幅度提升。從目前醫(yī)院的內(nèi)部控制發(fā)展?fàn)顩r來看，仍然有極大的發(fā)展空間，尤其是需要醫(yī)院能夠主動(dòng)的重視對(duì)于內(nèi)部控制建設(shè)的發(fā)展與優(yōu)化，同時(shí)將醫(yī)院不足盡可能的讓內(nèi)部控制發(fā)現(xiàn)并且進(jìn)行控制，才能夠在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下為醫(yī)院的核心競(jìng)爭(zhēng)力的提升帶來保障，避免因?yàn)閮?nèi)部管理的問題給醫(yī)院帶來不必要的損失。

f——發(fā)電電動(dòng)機(jī)當(dāng)前頻率；

fSET——頻率制動(dòng)基準(zhǔn)值（一般可設(shè)定為10Hz）；

k——制動(dòng)系數(shù)。

發(fā)電電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)初始階段，頻率近似為零，電流互感器傳變特性最差，頻率制動(dòng)特性也最高，隨著頻率逐漸升高，電流互感器飽和深度減小，傳變誤差變小，動(dòng)作門檻隨著頻率升高而逐漸降低，可靠防止10Hz以下時(shí)低頻差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，當(dāng)發(fā)電電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)仍能保證一定的靈敏度；當(dāng)發(fā)電電動(dòng)機(jī)頻率大于頻率制動(dòng)基準(zhǔn)值時(shí)，動(dòng)作門檻即為差動(dòng)啟動(dòng)電流定值，保證水泵后續(xù)啟動(dòng)過程中低頻差動(dòng)保護(hù)的靈敏度。基于頻率偏移量制動(dòng)的低頻差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性如圖5所示。

圖5 基于頻率偏移量制動(dòng)的低頻差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性Fig.5 Low frequency differential protection action characteristic based on frequency offset braking

4 結(jié)論

本文探討了當(dāng)前300MW級(jí)抽水蓄能機(jī)組保護(hù)方面存在的幾個(gè)問題，為優(yōu)化繼電保護(hù)方案，提高保護(hù)性能，建議對(duì)以下幾個(gè)方面給予關(guān)注：

（1）發(fā)電電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)和主變壓器差動(dòng)保護(hù)配置方案不統(tǒng)一，建議采用機(jī)端交叉方式，在不降低保護(hù)性能的情況下可以簡(jiǎn)化差動(dòng)保護(hù)配置、減少電流互感器數(shù)量。

（2）機(jī)組啟動(dòng)過程中主變壓器差動(dòng)保護(hù)存在死區(qū)，并網(wǎng)前差流計(jì)算時(shí)建議不計(jì)入發(fā)電電動(dòng)機(jī)機(jī)端電流，而非閉鎖差動(dòng)保護(hù)，從而提高主保護(hù)性能。

（3）三次諧波比率定子接地保護(hù)在300MW抽水蓄能機(jī)組保護(hù)上應(yīng)用遇到新的問題，建議采用多段定值和工況閉鎖（或投入）控制字相結(jié)合的辦法提高保護(hù)靈敏度。

（4）100%注入式定子接地保護(hù)由于受被拖動(dòng)開關(guān)三相動(dòng)作的不一致影響，其延時(shí)定值應(yīng)可靠躲過非全相運(yùn)行時(shí)間，建議整定在0.3s以上。

（5）300MW級(jí)抽水蓄能機(jī)組啟動(dòng)頻繁，啟動(dòng)過程保護(hù)相比常規(guī)水電要重要得多，建議增設(shè)低頻下的快速差動(dòng)保護(hù)、橫差保護(hù)、定子接地保護(hù)等，加強(qiáng)低頻主保護(hù)的性能水平。

（6）水泵啟動(dòng)初始階段頻率在10Hz以下時(shí)差動(dòng)保護(hù)難以正常工作，采用頻率偏移量制動(dòng)方法，頻率極低時(shí)可靠防止誤動(dòng)，同時(shí)不影響10Hz以上時(shí)的保護(hù)靈敏度。

以上方案已在安徽響水澗抽水蓄能電站、福建仙游抽水蓄能電站、廣州蓄能水電廠等近20臺(tái)機(jī)組上應(yīng)用，運(yùn)行情況良好，可靠保障了大型抽水蓄能機(jī)組的安全運(yùn)行。

[1]梅祖彥.抽水蓄能發(fā)電技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2000.MEI ZuYan.Pumped storage power generation technology.China Machine Press，2000.

[2]崔繼純.抽水蓄能電站規(guī)劃及可持續(xù)發(fā)展研究[J].水電能源科學(xué)，2008，26（3），80-83.CUI Jichun.Study of planning and sustainable development of pumped storage power station[J].Water Resources and Power，2008，26（3），80-83.

[3]王楠.我國(guó)抽水蓄能電站發(fā)展現(xiàn)狀與前景分析[J].電力技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2008，20（2），18-20.WANG Nan.Current situation and prospects of the pumpedstorage power plant in china[J].Electric Power Technologic Economics，2008，20（2），18-20.

[4]殷建剛，彭豐，楊學(xué)鋒.抽水蓄能電廠機(jī)組保護(hù)的特點(diǎn)與配置[J].湖北電力，2002，26（4），69-72.YIN JianGang，PENG Feng，YANG Xuefeng.The characteristic and configuration of reservoir power plant generator set protection[J].Hubei Electric Power，2002，26（4），69-72.

[5]周才全，李歌浩.天荒坪抽水蓄能電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)[J].水力發(fā)電，2001，1（6），57-59.ZHOU CaiQuan，LI GeHao.Design of the protective-relay device of Tianhuangping pumped-storage power plant[J].Water Power，2001，1（6），57-59.

[6]康文山，倪維忠.引進(jìn)GE發(fā)變組保護(hù)在自山抽水蓄能電站機(jī)組的應(yīng)用[J].水利水電技術(shù)，2008，39（6），31-33.KANG WenShan，NI WeiZhong.Application of GE generator transformer unit protection in BaiShan pumped storage power station[J].Water Conservancy and Hydropower Technology，2008，39（6），31-33.

[7]張琦雪，陳佳勝，陳俊，嚴(yán)偉，沈全榮.大型發(fā)電機(jī)注入式定子接地保護(hù)判據(jù)的改進(jìn)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（3），66-69.ZHANG QiXue，CHEN JiaSheng，CHEN Jun，YAN Wei，SHEN QuanRong.Improvement on the criterion of injection stator grounding protection for large generator[J].Automation of Electric Power Systems，2008，32（3），66-69.

[8]戴篤恒，張樂榮.韶關(guān)發(fā)電廠8號(hào)發(fā)變組非全相運(yùn)行的分析和處理方法探討.廣東電力，1989，2（4），13-21.DAI DuHeng，ZHANG LeRong.Analysis and Discussion on the incomplete phase operation of the #8 generator unit in Shaoguan power plant[J].Guangdong Electric Power，1989，2（4），13-21.

[9]侯艷.大機(jī)組非全相運(yùn)行對(duì)機(jī)組和系統(tǒng)安全運(yùn)行分析.湖北電力，2007，31（4），22-24.HOU Ye.Analysis of the safe operation of the large unit and the power system with the incomplete phase operation.Hubei Electric Power，2007，31（4），22-24.

[10]羅胤.寶泉抽水蓄能電站的特殊設(shè)備和特殊保護(hù)[J].水力發(fā)電，2008，34（10），75-77.LUO Yin.Special Equipment and Special Protection of Baoquan Pumped storage Power Station[J].Water Power，2008，34（10），75-77.

[11]高蘇杰.抽水蓄能的責(zé)任[J].水電與抽水蓄能.2015，1（1）：1-7.

王 光（1980—），男，高級(jí)工程師，主要研究方向：電氣主設(shè)備微機(jī)保護(hù)的研究、開發(fā)和管理。

陳 ?。?978—），男，高級(jí)工程師，主要研究方向：電氣主設(shè)備微機(jī)保護(hù)的研究、開發(fā)和管理。

姬生飛（1983—），男，工程師，主要研究方向：繼電保護(hù)設(shè)備設(shè)計(jì)。

王 凱（1983—），男，工程師，主要研究方向：電氣主設(shè)備微機(jī)保護(hù)的研究、開發(fā)。

季遙遙（1984—），男，工程師，主要研究方向：電氣主設(shè)備微機(jī)保護(hù)的研究、開發(fā)。

Optimization Research on Relay Protection Principle of 300MW Pumped Storage Unit

WANG Guang，CHEN Jun，JI Shengfei，WANG Kai，JI Yaoyao
（Nanjing NR ELECTRIC Co.，Ltd.Nanjing 211102，China）

Aiming at the problems existing in the relay protection of the 300MW pumped storage units in the past，this paper analyzes the application problems and puts forward the protection principles optimization of the differential protection of the generator-motor and the main transformer，third harmonic voltage ratio stator ground protection，injected stator ground protection，pump starting process protection.The above protection principles have obtained the good application effect in the nearly 20 pumped storage units.

relay protection of pumped storage unit;differential protection of generator-motor; differential protection of main transformer; three harmonic voltage ratio stator ground protection; injected stator ground protection; pump starting process protection