侯桂欣 李珅 王軍

摘 要：抽水蓄能電站作為電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻電站，在消納新能源，平衡電網(wǎng)有功負荷和無功負荷方面舉足輕重。抽水蓄能機組不同于常規(guī)機組，其包括停機、發(fā)電調(diào)相、發(fā)電、抽水調(diào)相和抽水五種運行工況，尤其是抽水調(diào)相和抽水啟動時，又分為背靠背啟動和變頻器啟動兩種方式，停機時還存在電制動模式停機。由于其工況變換復雜、頻繁，其發(fā)電/電動機作為機組和變壓器的保護也隨之復雜、多樣，各保護之間的閉鎖情況也較常規(guī)機組保護復雜。本文針對抽水蓄能機組的特點及不同工況運行的狀況，詳細探索了發(fā)電/電動機作為機組和變壓器的保護（以下簡稱發(fā)變組保護）的配置內(nèi)容及配置原則，以供初學者學習和參考。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站;發(fā)變組保護;繼電保護;閉鎖

1 抽水蓄能電站

抽水蓄電站構(gòu)成復雜，不同工況相互切換，且換相開關(guān)、啟動母線、SFC啟動設備等都集中在一次設備，科學設計繼電保護，才能適應復雜的主接線。除此之外，這個機組通常采用單元接線的方式，因此本文針對單元接線的抽水蓄能機組，對發(fā)電/電動機、變壓器等保護配置予以優(yōu)化。

2 發(fā)電/電動機保護

抽水蓄能機組相對常規(guī)機組而言，其既可以作為順時針運行的發(fā)電機運行，也可以作為逆時針運行的電動機運行，還可以作為抽水工況背靠背啟動時，發(fā)電運行的主拖機運行。機組停機時，發(fā)電/電動機還要在電制動模式下運行。此外，發(fā)電機運行方式還可分為發(fā)電調(diào)相運行和正常發(fā)電運行，抽水運行方式也可分為抽水調(diào)相運行和抽水運行。特殊情況下，發(fā)電/電動機還具有“黑啟動”運行方式。這比常規(guī)發(fā)電機發(fā)電、停機的運行方式復雜、多變，因此其保護的配置和閉鎖也較復雜。

2.1 主保護

2.1.1 發(fā)電/電動機縱聯(lián)差動保護

當發(fā)電電動機內(nèi)部定子繞組及其引出線相間短路故障時，可采用縱聯(lián)差動保護?？v聯(lián)差動保護采用比率制動差動原理。動作電流采用差動電流，制動電流引入外部短路電流?？梢员苊庥捎谕獠慷搪冯娏鞯脑龃蠖斐呻娏骰ジ衅黠柡鸵鸩黄胶怆娏鞯脑龃蟆．旊娏骰芈窋嗑€（CT斷線時）時應發(fā)出信號。

保護應在電動工況起動和電制動過程中退出，一般采用主斷路器閉鎖。保護瞬時動作于停機。

2.1.2 定子繞組匝間短路保護

當發(fā)電/電動機同相同分支和同相異分支發(fā)生短路故障時，可采用匝間短路保護。大型抽水蓄能機組定子繞組一般采用星形接線形式，每相均有并聯(lián)分支，故采用單繼電器橫差保護。這一過程中，諧波濾過器要對保護裝置進行三次接入，且諧波濾過比在100以上，才能夠?qū)ΡＷo動作電流值進行有效控制。該背景下，還要確保其余多次諧波比在30以上，并采用專業(yè)方法整定，對瞬時動作進行保護。

2.1.3 定子繞組接地保護

將保護范圍作為判定依據(jù)，定子繞組接地保護有90%定子接地和100%定子接地之分，二者操作原理存在差異。分別選用的是基波零序電壓法和三次諧波比較法。保護動作與信號或停機。

2.1.4 負序過流保護

倘若發(fā)電電動機與過負荷不對稱，非全相運行及外部不對稱短路產(chǎn)生負序電流，誘發(fā)轉(zhuǎn)子表層過熱保護情況。操作過程中，可把負序過流保護劃分為定、反時限延時部分，兩者分別動作于信號和停機。

2.1.5 轉(zhuǎn)子一點接地保護

轉(zhuǎn)子一點接地保護利用高頻信號，計算轉(zhuǎn)子對地絕緣電阻，當絕緣電阻降低到保護定值以下時，保護啟動延時。轉(zhuǎn)子一點接地保護一般采用磁場斷路器或滅磁開關(guān)閉鎖，延時動作于信號。

2.1.6 失磁保護

失磁保護的對象是勵磁電流異常下降或者完全消失。該過程中，判定依據(jù)為發(fā)電機功角及勵磁電流。預防保護裝置誤動作的情況如下：外部短路、低勵磁運行、電壓回路斷線等。保護延時動作于停機。

2.2 后備保護

過電壓保護：這一背景下，保護對象是定子繞組異常過電壓及檢測單相過電壓。延時動作于跳閘。作為電動工況運行時，電源突然消失的保護，其還為低功率保護提供后盾。當機組并入系統(tǒng)時，為投入保護裝置的最佳時機。保護延時動作于停機。

3 主變壓器保護配置方式

3.1 主保護

3.1.1 縱差保護

它的保護對象為主變壓器內(nèi)部及其引出線發(fā)生相間故障。其不僅能夠躲避勵磁涌流，也能夠?qū)ν獠慷搪樊a(chǎn)生的不平衡電流進行躲避。它的實施原理是二次諧波比率制動差動，將帶有電流回路斷線閉鎖裝置和瞬時動作于跳主變各側(cè)斷路器并停機作為保護對象。

3.1.2 瓦斯保護

在變壓器瓦斯保護中，有輕、重瓦斯保護之分。二者分別動作于信號和跳閘。

3.2 后備保護

3.2.1 零序電流保護、零序電流電壓保護

中性點接地運行過程中的保護為兩段零序電流保護。倘若其處于不接地狀態(tài)時，可選擇反應零序電壓和間隙放電電流零序電壓保護。主變高壓側(cè)和線路單相接地故障的后備保護也可以采用這種方法。零序電流保護瞬時動作于跳開變壓囂各側(cè)斷路器，零序電壓保護延時跳開主變各側(cè)斷路器并停機。

3.2.2 復合電壓過流保護

復合電壓過流保護實施過程復雜，它的應用界面為主變壓器、220kV母線保護等。保護延時動作于跳主變各側(cè)斷路器并停機。

3.2.3 主變高壓側(cè)方向過電流

其主要服務對象為變壓器外部短路故障。這種情況多發(fā)生在系統(tǒng)倒送廠用電過程中。通常，當電動機處于運行狀態(tài)時，將保護切除，斷開發(fā)電機斷路器之后，自動投入。主變高壓側(cè)方向過電流，主要為跳主變高壓側(cè)斷路器、廠變高低壓側(cè)斷路器提供服務，并發(fā)送信號。

3.3 變壓器本體保護

當發(fā)電機定子繞組、變壓器繞組以及發(fā)電機和變壓器連接線發(fā)生故障時，比率制動式差動保護的原理，配置發(fā)電機-變壓器組差動保護。該保護動作于跳閘。

4 總結(jié)

本文將抽水蓄能電站發(fā)電/電動機、變壓器以及發(fā)電機-變壓器組所采用的主保護和后備保護進行了匯總和介紹，有助于初學者了解和學習。也可用于相似電站設計時，繼電保護配置時做參考。

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