廣州蓄能水電廠機(jī)組保護(hù)閉鎖技術(shù)及國產(chǎn)化研究

李貽凱

（中國南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司檢修試驗(yàn)中心，廣東 廣州 511400）

廣州蓄能水電廠機(jī)組保護(hù)閉鎖技術(shù)及國產(chǎn)化研究

李貽凱

（中國南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司檢修試驗(yàn)中心，廣東 廣州 511400）

構(gòu)造正確反映蓄能機(jī)組多種工況的切換過程及運(yùn)行狀態(tài)，并在保證安全運(yùn)行的前提下對特定保護(hù)功能提供閉鎖的輸出是保護(hù)閉鎖技術(shù)的核心。詳細(xì)介紹了廣州蓄能水電廠B廠機(jī)組保護(hù)閉鎖技術(shù)，并對其進(jìn)行簡化和整合，實(shí)現(xiàn)了閉鎖技術(shù)的國產(chǎn)化改造，為不同廠家蓄能機(jī)組保護(hù)閉鎖技術(shù)的重新設(shè)計(jì)提供了切實(shí)可行的解決方案。

蓄能機(jī)組保護(hù)；閉鎖邏輯；繼電保護(hù)；國產(chǎn)化改造

1 廣蓄B廠機(jī)組保護(hù)閉鎖技術(shù)

蓄能機(jī)組具備發(fā)電調(diào)相、抽水調(diào)相、抽水運(yùn)行、電氣制動、變頻啟動、背靠背啟動等多種工況，工況間可實(shí)現(xiàn)快速切換[1]。廣蓄電廠5～8號機(jī)組保護(hù)為西門子公司SIPROTEC 3系列產(chǎn)品，投運(yùn)時間超過12年，保護(hù)閉鎖設(shè)計(jì)與功能配置已顯落后。南瑞繼保公司PCS-985GW發(fā)變組保護(hù)提供易于調(diào)整的模塊化程序，保護(hù)接口靈活簡潔。對廣蓄電廠5～8號機(jī)組保護(hù)閉鎖技術(shù)的整合及優(yōu)化是本項(xiàng)國產(chǎn)化改造的重點(diǎn)。

2 西門子保護(hù)閉鎖設(shè)計(jì)

西門子公司SIPROTEC 3系列機(jī)組保護(hù)采用監(jiān)控系統(tǒng)信號完成保護(hù)閉鎖[2-4]，包括22個監(jiān)控信號，見表1。

由表1可見，西門子保護(hù)閉鎖信號涵蓋了蓄能機(jī)組全部的穩(wěn)定工況及轉(zhuǎn)換工況，每個閉鎖信號均由監(jiān)控系統(tǒng)在機(jī)組控制流程中進(jìn)行識別，并經(jīng)中間繼電器勵磁后發(fā)送至保護(hù)裝置。保護(hù)回路繁瑣，閉鎖信號細(xì)分過度，且由于眾多中間繼電器的存在更容易出現(xiàn)由于二次回路故障或維護(hù)不當(dāng)而引起的保護(hù)誤動。如水泵工況電壓相序保護(hù)，該保護(hù)功能僅在泵工況調(diào)相SFC啟動、背靠背啟動至泵工況調(diào)相（被拖動機(jī)）、泵工況轉(zhuǎn)發(fā)電工況及出口開關(guān)失靈閉鎖4個工況下開放，而剩余18個工況下均閉鎖。由于閉鎖信號由中間繼電器勵磁狀態(tài)下發(fā)送至保護(hù)裝置，在其中10個發(fā)電相關(guān)的工況及切換過程中，若中間繼電器發(fā)生故障將直接導(dǎo)致保護(hù)誤動。

表1 西門子SIPROTEC 3保護(hù)閉鎖信號表

3 國產(chǎn)化改造

3.1 保護(hù)閉鎖信號及內(nèi)部邏輯

蓄能機(jī)組保護(hù)設(shè)置多種閉鎖條件，根本原因在于蓄能機(jī)組一次設(shè)備接線方式復(fù)雜，啟停過程涉及7把刀閘及開關(guān)狀態(tài)；機(jī)組調(diào)相工況與發(fā)電水泵工況難以區(qū)分。而如果采取措施使保護(hù)裝置具備正確識別每把刀閘及開關(guān)狀態(tài)的能力，并結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)對機(jī)組出力的判斷，即可簡化蓄能機(jī)組保護(hù)的閉鎖系統(tǒng)。國產(chǎn)化改造后，閉鎖技術(shù)采用刀閘及開關(guān)狀態(tài)與監(jiān)控信號相結(jié)合的方法，在原西門子保護(hù)閉鎖信號基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，閉鎖信號包括10組信號，見表2。

表2 南瑞繼保PCS-985GW保護(hù)閉鎖信號表

由表2可見，為確保機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)被正確識別，分相操作刀閘的分、合閘狀態(tài)均采用“3選2”方式進(jìn)行識別，并在保護(hù)裝置內(nèi)加入刀閘閉鎖判斷邏輯，在刀閘接點(diǎn)不對應(yīng)、邏輯不對應(yīng)的時候發(fā)出報警，有效防止因接點(diǎn)問題導(dǎo)致的誤動作。

外部開入信號接入保護(hù)裝置后，根據(jù)同一工況下一次設(shè)備狀態(tài)不變的原則建立工況判別邏輯，經(jīng)該邏輯判斷即可實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的工況識別，工況識別邏輯見表3。

表3 南瑞繼保PCS-985GW保護(hù)工況識別表

由表3可見，蓄能機(jī)組各運(yùn)行工況已由原22種工況整合為8種工況，保護(hù)外部回路大大簡化，保護(hù)可靠性也進(jìn)一步加強(qiáng)。

3.2 調(diào)相模式組合信號

保護(hù)閉鎖信號的時序問題直接影響保護(hù)是否能夠正常投入和正確動作[2]，例如逆功率、低功率等保護(hù)。

3.2.1 蓄能機(jī)組水泵工況調(diào)相

監(jiān)控系統(tǒng)中蓄能機(jī)組被拖動啟動流程如圖1所示。

圖1 機(jī)組被拖動轉(zhuǎn)換流程

對原監(jiān)控信號進(jìn)行組合，構(gòu)成可涵蓋水泵調(diào)相運(yùn)行及切換工況的綜合信號。修改監(jiān)控系統(tǒng)程序，將泵工況調(diào)相SFC啟動、背靠背啟動至泵工況調(diào)相（被拖動機(jī)）、水泵調(diào)相工況、水泵調(diào)相工況轉(zhuǎn)泵工況、泵工況轉(zhuǎn)水泵調(diào)相工況、泵工況調(diào)相停機(jī)合并構(gòu)成水泵調(diào)相模式（圖2）。

圖2 水泵調(diào)相模式組合信號

該組合信號涵蓋了以下幾個過程：

（1）轉(zhuǎn)換過程①、②中，斷路器合閘信號與被拖動刀閘合閘信號同時出現(xiàn)，且較泵工況調(diào)相信號早，只采用開關(guān)及刀閘位置與泵工況調(diào)相信號進(jìn)行工況識別將導(dǎo)致轉(zhuǎn)換過程保護(hù)工況識別不連續(xù)。將泵工況調(diào)相SFC啟動、背靠背啟動至泵工況調(diào)相（被拖動機(jī)）信號納入組合信號，并采用表3的識別邏輯即可避免轉(zhuǎn)換過程①、②工況識別不連續(xù)的風(fēng)險；

（2）轉(zhuǎn)換過程③、⑤～⑥涉及水泵調(diào)相工況與泵工況的轉(zhuǎn)換，為保證低功率保護(hù)在轉(zhuǎn)換過程中不發(fā)生誤動，則將水泵調(diào)相工況轉(zhuǎn)泵工況、泵工況轉(zhuǎn)水泵調(diào)相工況納入組合信號。組合后，保護(hù)裝置在機(jī)組泵工況帶滿負(fù)荷前不投入功率保護(hù)；

（3）轉(zhuǎn)換過程④中，水泵調(diào)相信號早于斷路器分閘信號消失，只采用開關(guān)位置與水泵調(diào)相信號進(jìn)行工況識別同樣導(dǎo)致轉(zhuǎn)換過程保護(hù)工況識別不連續(xù)。將泵工況調(diào)相停機(jī)信號納入組合信號，并采用表3的識別邏輯即可避免轉(zhuǎn)換過程④工況識別不連續(xù)的風(fēng)險。

3.2.2 蓄能機(jī)組發(fā)電工況調(diào)相

監(jiān)控系統(tǒng)中蓄能機(jī)組發(fā)電轉(zhuǎn)換流程如圖3所示。

圖3 機(jī)組發(fā)電轉(zhuǎn)換流程

對原監(jiān)控信號進(jìn)行組合，構(gòu)成可涵蓋發(fā)電調(diào)相運(yùn)行及切換工況的綜合信號。修改監(jiān)控系統(tǒng)程序，將發(fā)電調(diào)相工況、發(fā)電工況轉(zhuǎn)發(fā)電調(diào)相工況、發(fā)電調(diào)相工況轉(zhuǎn)發(fā)電工況、發(fā)電調(diào)相工況停機(jī)合并構(gòu)成發(fā)電調(diào)相模式（圖4）。

圖4 發(fā)電調(diào)相模式組合信號

（1）轉(zhuǎn)換過程①、③～④涉及發(fā)電調(diào)相工況與發(fā)電工況的轉(zhuǎn)換，為保證逆功率保護(hù)在轉(zhuǎn)換過程中不發(fā)生誤動，則將發(fā)電調(diào)相工況轉(zhuǎn)發(fā)電工況、發(fā)電工況轉(zhuǎn)發(fā)電調(diào)相工況納入組合信號。組合后，保護(hù)裝置在機(jī)組發(fā)電工況帶正常負(fù)荷前不投入逆功率保護(hù)；

（2）轉(zhuǎn)換過程②中，發(fā)電調(diào)相信號早于斷路器分閘信號消失，只采用發(fā)電調(diào)相信號與開關(guān)位置進(jìn)行工況識別將導(dǎo)致轉(zhuǎn)換過程保護(hù)工況識別不連續(xù)。將發(fā)電調(diào)相工況停機(jī)信號納入組合信號，并采用表3的識別邏輯即可避免轉(zhuǎn)換過程②工況識別不連續(xù)的風(fēng)險。

對原監(jiān)控信號經(jīng)過上述的技術(shù)處理后，保護(hù)投退狀態(tài)實(shí)現(xiàn)連續(xù)切換，消除保護(hù)投退時序死區(qū)問題。

4 結(jié)語

廣蓄電廠接線方式復(fù)雜，保護(hù)閉鎖由監(jiān)控系統(tǒng)控制，機(jī)組啟停過程中多個閉鎖條件切換使得保護(hù)行為分析繁瑣。本次國產(chǎn)化改造工程，主要通過重新梳理合并保護(hù)閉鎖技術(shù)，重構(gòu)監(jiān)控閉鎖信號，采用監(jiān)控信號與開關(guān)/刀閘信號相結(jié)合的方法，簡化保護(hù)二次回路，完成南瑞繼保公司PCS-985發(fā)變組保護(hù)在蓄能機(jī)組的首次應(yīng)用。對原機(jī)組保護(hù)配置進(jìn)行進(jìn)一步完善，新增保護(hù)功能有效提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性。

[1]王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社,1996.

[2]蔡鑫貴，史繼莉.廣州蓄能水電廠機(jī)組及主變壓器繼電保護(hù)的配置與運(yùn)行[J].繼電器，2006，34（24）：65-69.

[3]王 昕，井雨剛，王大鵬，等.抽水蓄能機(jī)組繼電保護(hù)配置研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（24）：66-70.

[4]Siemens AG.發(fā)變組7UM62保護(hù)裝置說明書[Z]，2002.

TM77

B

1672-5387（2015）S-0074-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.S.022

2015-10-23

李貽凱（1983-），男，工程師，從事發(fā)電廠機(jī)電保護(hù)的管理與維護(hù)工作。