淺談抽水蓄能機組繼電保護配置

劉勇

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

[關(guān)鍵詞]抽水蓄能機組；保護配置；分析

抽水蓄能機組既有發(fā)電、電動等穩(wěn)態(tài)工況，又有靜止變頻器起動和半電壓異步啟動兩種過渡工況，不同的運行工況對保護帶來較大的影響。為了保證抽水蓄能機組的安全穩(wěn)定運行，發(fā)電/電動機機組必須配置完備的繼電保護，并要全面考慮各種不同工況下的保護閉鎖以及不同工況時電氣參數(shù)變化對保護的影響情況。

一 、發(fā)電/電動保護配置方式

（一）縱差保護。作為發(fā)電電動機相間短路故障的主保護，保護范圍為機組內(nèi)部定子繞組及其引出線。保護采用比例制動原理，其動作特性由無制動和比率制動二部分組成。

（二）帶電流記憶的低壓過電流保護。作為發(fā)電電動機及相鄰設(shè)備相間短路的后備保護。保護由機端電壓和中性點側(cè)電流構(gòu)成，電流元件帶記憶，記憶時間可整定。在變頻啟動或半壓啟動時，保護自動退出運行。保護動作第一時限跳主變高壓側(cè)斷路器；第二時限跳機組開關(guān)、滅磁和停機。

（三）過電壓保護。保護反應(yīng)發(fā)電電動機機端電壓。用來保護機組異常運行情況下引起的定子過電壓，防止由于定子繞組電壓升高而使發(fā)電電動機絕緣受到損害。保護延時跳機組開關(guān)、滅磁和停機。

（四）定子接地保護。保護取自機組機端TV開口三角3U0電壓，用來檢測機組定子對地絕緣狀況。保護范圍為由機端至機內(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，保護檢測到3U0電壓大于整定值時，延時發(fā)信號。

（五）轉(zhuǎn)子一點接地保護。用來監(jiān)視機組勵磁回路對地絕緣。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組絕緣破壞或嚴(yán)重下降時，會發(fā)生一點接地故障。因轉(zhuǎn)子一點接地不形成電流回路，故障點沒有電流通過，勵磁系統(tǒng)仍能正常運行。所以當(dāng)保護檢測到發(fā)電電動機轉(zhuǎn)子絕緣下降到一定數(shù)值時，僅發(fā)故障信號。

（六）失磁保護。作為發(fā)電電動機組勵磁回路故障的保護。機組在運行過程中可能由于勵磁回路開路、短路、勵磁電源消失或其他原因，突然全部或部分地失去勵磁。發(fā)生勵磁故障后，機組將從系統(tǒng)吸收大量無功，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓下降。保護采用阻抗原理，機組失磁后，機端測量阻抗的軌跡將沿著等有功阻抗園進入異步邊界園內(nèi)。保護僅在發(fā)電、電動等穩(wěn)態(tài)工況下投入，當(dāng)電壓回路斷線時閉鎖保護。保護延時跳機組開關(guān)、滅磁和停機。

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

（八）定子過負(fù)荷保護。機組由于過負(fù)荷而溫度升高，從而影響機組正常壽命，所以需要裝設(shè)過負(fù)荷保護。保護反應(yīng)發(fā)電電動機定子電流的大小。當(dāng)機組定子電流超過額定電流值（過負(fù)荷）或很大時（系統(tǒng)故障引起過電流），經(jīng)延時動作于信號。當(dāng)變頻啟動和半壓啟動時，保護被閉鎖。

（九）軸電流保護。機組軸承絕緣一旦下降，此時在較高的軸電壓作用下將會產(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。用作監(jiān)視機組軸承對地絕緣之用。當(dāng)軸電流大于整定值時，經(jīng)延時發(fā)信。

（十）解列過流保護。作為發(fā)電電動機在解列狀態(tài)時，機組故障的后備保護。保護反應(yīng)發(fā)電電動機定子電流的大小，僅在解列狀態(tài)投入。保護延時滅磁和停機。

（十一）啟動過流保護。在啟動過程中，作為發(fā)電電動機及相鄰設(shè)備故障的后備保護。保護反應(yīng)發(fā)電電動機定子電流的大小。保護僅在變頻啟動和半壓啟動過程中投入。保護延時跳機組開關(guān)、滅磁和停機。

（十二）逆功率保護。當(dāng)發(fā)電機從系統(tǒng)中吸取有功功率時，為了保護發(fā)電機不受損害，當(dāng)逆功率達到一定值時，保護動作。保護在僅發(fā)電運行工況下投入。保護延時跳機組開關(guān)、滅磁和停機。

（十三） 低功率保護。在電動工況運行時，系統(tǒng)故障或其他原因會造成機組抽水動力下降，甚至失去動力，使機組減速進而會轉(zhuǎn)為發(fā)電工況，工況的突然改變會對機組和輸水管產(chǎn)生危險，因此要防止這種情況出現(xiàn)。保護檢測從系統(tǒng)流向電動機的有功功率，當(dāng)其低于某一限值時保護動作。保護在球閥全關(guān)時自動退出。保護延時跳機組開關(guān)、滅磁和停機。

（十四）低頻保護。作為低功率保護的后備。當(dāng)機組在電動工況運行時，機組頻率低于某一限值時保護動作。保護延時跳機組開關(guān)、滅磁和停機。

（十五） 滅磁開關(guān)聯(lián)跳。當(dāng)機組在電動工況運行時，滅磁開關(guān)跳開會造成勵磁電源突然消失。保護在電動工況下檢測到滅磁開關(guān)分閘，延時跳機組開關(guān)和停機。

（十六）勵磁變過流保護。作為勵磁變的保護。保護反應(yīng)勵磁變電流的大小。當(dāng)電流超過額定電流很大時（故障引起過流），保護動作第一時限跳機組開關(guān)、滅磁和停機；第二時限跳主變高壓側(cè)斷路器。

（十七）電壓互感器斷線報警。保護檢測到電壓互感器斷線時延時發(fā)斷線信號，并閉鎖其它與電壓相關(guān)的保護。

二、在調(diào)試過程中的注意點

（一）要了解抽水蓄能機組各種運行工況特點，理解各種邏輯閉鎖原理，進而在試驗過程中驗證各種邏輯的正確性。

（二）保護裝置識別各種運行工況進行邏輯閉鎖，是通過各個外部開入量來實現(xiàn)的。為了保證保護邏輯與一次運行設(shè)備狀態(tài)一致，要特別驗證閉鎖開入回路的可靠性，以確保閉鎖邏輯的正確。

（三）抽水蓄能機組的一個特點是頻率變化范圍大。在做保護裝置試驗要特別驗證在不同頻率下，保護動作的正確性。

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

三、結(jié)語

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

參考文獻：

[1]江蘇省電力公司.電力系統(tǒng)繼電保護原理與實用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2]毛錦慶.電力系統(tǒng)繼電保護實用技術(shù)問答.第二版.北京：中國電力出版社，2004-08.