黃建生

摘要：介紹了周寧抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)保護(hù)的雙重配置方式，針對(duì)抽水蓄能機(jī)組工況變換頻繁等特點(diǎn)，說明了抽水蓄能發(fā)電電動(dòng)機(jī)保護(hù)對(duì)相序自動(dòng)切換、低頻、背靠背啟動(dòng)等不同工況下機(jī)組繼電保護(hù)的特殊要求，并對(duì)差動(dòng)保護(hù)范圍進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能機(jī)組;繼電保護(hù);換相;SFC啟動(dòng);背靠背啟動(dòng)

引言

抽水蓄能電站具備調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相以及事故備用等功能，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有重要的作用。抽水蓄能機(jī)組處于換相、SFC啟動(dòng)和制動(dòng)等工作狀態(tài)時(shí)，部分保護(hù)將失去功能甚至誤動(dòng)，因此抽水蓄能機(jī)組對(duì)繼電保護(hù)裝置有更高的要求。發(fā)電工況與抽水工況的定子電壓、電流相序相反，要求保護(hù)裝置能夠在不同工況下通過電氣一次設(shè)備（如發(fā)電機(jī)出口斷路器、換相開關(guān)等輔助接點(diǎn)）來(lái)閉鎖、切換相應(yīng)的保護(hù)功能。周寧抽水蓄能電站安裝四臺(tái)300 MW可逆式抽水蓄能發(fā)電機(jī)組，本文介紹了發(fā)電電動(dòng)機(jī)保護(hù)配置進(jìn)行分析，探討不同工況對(duì)保護(hù)功能的要求及解決辦法。

1 周寧抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)繼電保護(hù)配置

周寧抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)繼電保護(hù)采用南瑞繼保公司產(chǎn)品作為A套保護(hù)（PCS-985GW-JS）和國(guó)電南自公司產(chǎn)品作為B套（DGT801U）保護(hù)構(gòu)成雙重化配置方式，保護(hù)裝置具有可靠性高、動(dòng)作迅速等優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)抽水蓄能機(jī)組工況復(fù)雜的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量及跳閘邏輯的編輯功能;可根據(jù)機(jī)組頻率自動(dòng)調(diào)整采樣頻率，根據(jù)發(fā)電機(jī)工況自動(dòng)切換電氣量的計(jì)算，具有全工況保護(hù)機(jī)組功能，保護(hù)配置情況如表1所示：

2 抽水蓄能發(fā)電電動(dòng)機(jī)對(duì)繼電保護(hù)裝置的要求

2.1 自適應(yīng)不同工況相序功能

抽水蓄能發(fā)電機(jī)組通過發(fā)電機(jī)出口斷路器224和換相開關(guān)225與電網(wǎng)連接，發(fā)電工況下發(fā)電機(jī)相序?yàn)锳BC，電壓、電流相序與電網(wǎng)相序相同。抽水工況下發(fā)電機(jī)相序?yàn)镃BA（AC換相），電壓、電流相序與電網(wǎng)相序相反，如圖1所示。此時(shí)保護(hù)裝置需通過換相開關(guān)225位置判斷發(fā)電機(jī)組是工作在發(fā)電工況還是抽水工況，使保護(hù)裝置采集的電氣量自動(dòng)切換相序，防止保護(hù)誤動(dòng)。

傳統(tǒng)保護(hù)通過二次回路交流量輸入實(shí)現(xiàn)換相，互感器發(fā)電方向和抽水方向交流量分別引入保護(hù)裝置采樣，該方法的二次回路接線復(fù)雜。周寧抽水蓄能電站采用軟件選擇采樣通道實(shí)現(xiàn)換相，通過工況和定值切換，實(shí)現(xiàn)發(fā)電方向保護(hù)和抽水方向保護(hù)投入和閉鎖，以達(dá)到發(fā)電方向和抽水方向保護(hù)換相、功能投退、閉鎖邏輯，跳閘矩陣邏輯通過軟件設(shè)置和對(duì)工況信號(hào)組態(tài)編程實(shí)現(xiàn)。相對(duì)傳統(tǒng)保護(hù)換相，保護(hù)裝置二次回路接線簡(jiǎn)單，增加了裝置內(nèi)部處理和存儲(chǔ)單元的負(fù)荷。

2.2 低頻工況靈敏動(dòng)作

抽水蓄能發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在抽水工況時(shí)，機(jī)組需要通過靜止變頻啟動(dòng)裝置（SFC）啟動(dòng)或者背靠背啟動(dòng)，將機(jī)組從零轉(zhuǎn)速拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速;在電氣制動(dòng)工況下，機(jī)組在低頻區(qū)運(yùn)行一段時(shí)間，電流頻率由低到高，當(dāng)頻率很低時(shí)，如果發(fā)生相間短路，差動(dòng)保護(hù)不能正確動(dòng)作。周寧抽水蓄能電站設(shè)置低頻過電流保護(hù)能保證在頻率低于10Hz的情況下，仍能靈敏動(dòng)作，保護(hù)延時(shí)動(dòng)作于發(fā)電電動(dòng)機(jī)出口斷路器跳閘，滅磁開關(guān)跳閘，并停機(jī)。在啟動(dòng)工況時(shí)保護(hù)能靈敏動(dòng)作，整定值很低，在正常情況下要閉鎖該保護(hù)。

2.3 背靠背工況不誤動(dòng)

SFC故障時(shí)采用背靠背方式啟動(dòng)，由一臺(tái)機(jī)組拖動(dòng)另一臺(tái)機(jī)組。機(jī)組背靠背啟動(dòng)時(shí)，拖動(dòng)機(jī)及被拖動(dòng)機(jī)的中性點(diǎn)隔離開關(guān)都在合閘位置，注入式定子接地保護(hù)的電源經(jīng)定子繞組及引出線、接地變壓器、大地容抗形成回路，產(chǎn)生的環(huán)流引起保護(hù)誤動(dòng)。背靠背啟動(dòng)過程中需引入拖動(dòng)開關(guān)位置接點(diǎn)，機(jī)組作為拖動(dòng)機(jī)時(shí)閉鎖此保護(hù);在電氣連接建立之前，將拖動(dòng)機(jī)的接地開關(guān)分離，使兩臺(tái)機(jī)組只有一個(gè)接地點(diǎn)，保護(hù)裝置保護(hù)范圍擴(kuò)大到兩臺(tái)機(jī)組，在拖動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)出口斷路器分閘后，接地開關(guān)再恢復(fù)合閘狀態(tài)，防止保護(hù)誤動(dòng)。

背靠背啟動(dòng)是一個(gè)低頻過程，任意一臺(tái)機(jī)組發(fā)生電氣事故，都會(huì)影響另一臺(tái)機(jī)組安全運(yùn)行。此時(shí)拖動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)出口斷路器合閘，發(fā)電機(jī)出口斷路器分?jǐn)嗟皖l電流的能力很差，低頻工況發(fā)生電氣事故時(shí)直接跳斷路器，將會(huì)造成不可逆損壞，直接影響到斷路器的使用壽命。因此增加水輪機(jī)測(cè)速裝置判據(jù)，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速低于50%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，閉鎖跳發(fā)電機(jī)出口斷路器功能，先跳磁場(chǎng)開關(guān)執(zhí)行兩臺(tái)機(jī)組停機(jī)流程，再跳發(fā)電機(jī)出口斷路器。

3.差動(dòng)保護(hù)范圍分析

抽水蓄能發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)范圍一般包括電氣制動(dòng)開關(guān)、被拖動(dòng)閘刀見下圖（CTI和CT5之間為保護(hù)范圍）。在抽水調(diào)相工況啟動(dòng)、發(fā)電方向和抽水方向電氣制動(dòng)時(shí)，由于中間支路分流的影響，發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)將產(chǎn)生差流，引起保護(hù)裝置誤動(dòng)，因此差動(dòng)保護(hù)需要根據(jù)工況信號(hào)制定保護(hù)閉鎖邏輯，以提高保護(hù)的可靠性。由于抽水蓄能機(jī)組運(yùn)行頻繁，經(jīng)常閉鎖差動(dòng)保護(hù)，降低了機(jī)組安全性。

差動(dòng)保護(hù)作為抽水蓄能發(fā)電機(jī)主保護(hù)，其可靠性直接影響機(jī)組安全，應(yīng)結(jié)合電氣一次接線合理選擇差動(dòng)保護(hù)范圍，盡量減少不同工況對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響。周寧抽蓄電站采用了國(guó)內(nèi)較為常見的做法，選擇3CT、5CT和10CT組成A套小差動(dòng)保護(hù)，4CT、6CT和11CT組成B套小差動(dòng)保護(hù)，選擇3CT、5CT和15CT組成A套大差動(dòng)保護(hù)，4CT、6CT和14CT組成B套大差動(dòng)保護(hù)。其中A、B套主變大差動(dòng)保護(hù)在低壓側(cè)分別選用13CT和12CT，與發(fā)電機(jī)大差動(dòng)保護(hù)交叉可以消除死區(qū)。在該種策略下，發(fā)電機(jī)小差動(dòng)保護(hù)在任何工況均投入，發(fā)電機(jī)大差動(dòng)保護(hù)在電氣制動(dòng)、機(jī)組變頻啟動(dòng)時(shí)將要被閉鎖。

4 結(jié)語(yǔ)

抽水蓄能站機(jī)組運(yùn)行工況轉(zhuǎn)換頻繁，一次系統(tǒng)接線復(fù)雜，對(duì)繼電保護(hù)裝置的要求更高。配置保護(hù)裝置時(shí)，不但要考慮各種工況對(duì)保護(hù)功能的影響，還應(yīng)兼顧各機(jī)組保護(hù)功能之間的協(xié)調(diào)，保證抽水蓄能機(jī)組繼電保護(hù)的可靠性，防止拒動(dòng)、誤動(dòng)情況的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱冠宏，孟凡聰.抽水蓄能發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)配置的分析[J].華東電力，2014，42（3）：619-621.

[2] 王光，陳俊，姬生飛，等.300 MW級(jí)抽水蓄能機(jī)組繼電保護(hù)原理優(yōu)化研究[J].水電與抽水蓄能，2016，2（4）：10-16.

[3] 抽水蓄能發(fā)電電動(dòng)機(jī)變壓器組繼電保護(hù)配置導(dǎo)則GB/T 32898-2016;