抽水蓄能電廠機(jī)組保護(hù)探析

靳曉棟

摘 要：抽水蓄能電廠機(jī)組運(yùn)作工況有兩種形式，面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素較多，需要采取有效的保護(hù)措施，確保機(jī)組能夠安全運(yùn)行。本文對(duì)抽水蓄能電廠機(jī)組進(jìn)行了簡要介紹，然后對(duì)機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了分析，希望能引起相關(guān)人員的注意。

關(guān)鍵詞：發(fā)電；水泵；機(jī)組保護(hù)；抽水蓄能

1 概述

抽水蓄能電廠相對(duì)于核電廠和風(fēng)電廠來說，其運(yùn)行成本低，穩(wěn)定性高，容量大，因此在電網(wǎng)系統(tǒng)中具有重要地位。近年來，我國逐漸加大了抽水蓄能電站的建設(shè)力度，對(duì)穩(wěn)定電力系統(tǒng)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展具有重要作用；然而，我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活對(duì)電能的需求逐漸增加，抽水蓄能電站面臨巨大的運(yùn)行壓力，如何做好機(jī)組保護(hù)工作，確保電站的安全運(yùn)行就顯得十分必要。

2 抽水蓄能電廠機(jī)組保護(hù)

2.1 理論概述

抽水蓄能電站是利用低估時(shí)期富裕電力做抽水工作，將水從下水庫抽至上水庫，這一過程是電能轉(zhuǎn)化為勢能的過程；在用電高峰期，將水從上水庫下放，利用水的勢能對(duì)發(fā)電機(jī)組做功，產(chǎn)生電能，補(bǔ)充高峰期時(shí)段電力的不足。由以上原理可知，抽水蓄能電廠機(jī)組需要具有良好的啟、停反應(yīng)機(jī)制，靈活的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，通過科學(xué)調(diào)度，達(dá)到調(diào)峰填谷、事故備用的目的。

2.2 機(jī)組保護(hù)分析

抽水蓄能電廠機(jī)組啟動(dòng)、停止次數(shù)較多，作業(yè)方式轉(zhuǎn)換頻率大，增加了機(jī)組的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。為了確保機(jī)組的安全運(yùn)行，機(jī)組運(yùn)行管理人員需要針對(duì)不同的運(yùn)行作業(yè)方式，制定合理的保護(hù)措施。抽水蓄能電廠機(jī)組工作時(shí)，需要進(jìn)行抽水和發(fā)電兩種操作，則機(jī)組旋轉(zhuǎn)方向有兩種，通過換向刀閘完成，如圖1所示。

當(dāng)機(jī)組需要抽水時(shí)，接通C相，需要閉合2、3、5極；需要發(fā)電時(shí)，則應(yīng)該連通A相，需將1、3、4級(jí)閉合。機(jī)組執(zhí)行換相操作時(shí)，會(huì)對(duì)繼電保護(hù)帶來影響，主要表現(xiàn)在兩方面，其一是進(jìn)行跨過換相刀的主變大差動(dòng)保護(hù)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高低壓側(cè)相與相之間的不對(duì)應(yīng)，需要在二次回路上進(jìn)行補(bǔ)充保護(hù)；其二是機(jī)組作業(yè)方式有兩種，運(yùn)行環(huán)境也有兩種，在對(duì)電壓、電流相序進(jìn)行保護(hù)時(shí)，需要設(shè)置兩套保護(hù)裝置，以適應(yīng)不同的運(yùn)行環(huán)境。例如，進(jìn)行相序監(jiān)視保護(hù)時(shí)就需要設(shè)置兩套保護(hù)裝置，除此以外，負(fù)序保護(hù)和失磁保護(hù)同樣需要設(shè)置兩套，以對(duì)應(yīng)不同旋轉(zhuǎn)方向時(shí)的工況，而且每套保護(hù)裝置都要在不對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)方向時(shí)鎖閉；低功率保護(hù)和濺水功率保護(hù)用于抽水作業(yè)保護(hù)，即電動(dòng)機(jī)方向；逆功率保護(hù)則用于發(fā)電方向；功率保護(hù)和失磁保護(hù)設(shè)置時(shí)，要對(duì)旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)定。各部分保護(hù)裝置的設(shè)置目的分別為：①相序監(jiān)視保護(hù)。抽水蓄能機(jī)組有兩種作業(yè)方式，需要在兩相間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，為確保換向的正確性，配置了相序監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可通過發(fā)射信號(hào)提醒機(jī)組是否轉(zhuǎn)向正確；相序監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)采用電壓繼電器，當(dāng)機(jī)組處于發(fā)電工況時(shí)，勵(lì)磁在轉(zhuǎn)速達(dá)到90%后才能運(yùn)行，此時(shí)可判斷轉(zhuǎn)向是否正確。②低頻過電流保護(hù)。機(jī)組處于抽水狀態(tài)時(shí)，水泵啟動(dòng)的初始階段，電流頻率由小逐漸增大，然后達(dá)到正常運(yùn)行條件。在這個(gè)漸變過程中，差動(dòng)保護(hù)裝置由于無法達(dá)到運(yùn)行條件而不能執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作，為保護(hù)機(jī)組設(shè)備，此時(shí)需要配置低頻過電流保護(hù)，以適應(yīng)低頻狀態(tài)下的過電流保護(hù)；對(duì)采集周波樣進(jìn)行分析可知，這一保護(hù)動(dòng)作時(shí)間至少為40ms。③逆功率保護(hù)。抽水蓄能機(jī)組的作業(yè)方式有抽水和發(fā)電兩種，機(jī)組在兩種工況下運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)S區(qū)。若在抽水狀態(tài)下，水輪機(jī)空載運(yùn)行達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，或者機(jī)組并網(wǎng)后在低負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，流量較小，機(jī)組在S區(qū)的穩(wěn)定性下降，就可能進(jìn)入反水泵工作環(huán)境，即機(jī)組可能會(huì)從利用電能做功，增加機(jī)組的振動(dòng)，為此配置逆功率保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)水泵在非法條件下?lián)Q相時(shí)將其閉鎖，達(dá)到保護(hù)機(jī)組的目的。④低功率保護(hù)。蓄能機(jī)組在水泵工況時(shí)，利用電能做功，將下水庫的水抽到上水庫。在抽水過程中，水泵一旦失電，處于壓力鋼管中的水會(huì)逆向下落，對(duì)處于抽水狀態(tài)的機(jī)組產(chǎn)生制動(dòng)作用，甚至?xí)淖兤湫D(zhuǎn)方向，損害機(jī)組性能。為減少低功率時(shí)帶來的危害，設(shè)置了低功率保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率降到限定值時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出跳機(jī)指令，關(guān)閉導(dǎo)葉，保護(hù)機(jī)組免受損害。⑤濺水功率保護(hù)。啟動(dòng)水泵工況時(shí)，機(jī)組拖至額定轉(zhuǎn)速需要一個(gè)充水排氣的過程，這個(gè)過程中涉及的操作有壓水，將機(jī)組轉(zhuǎn)至調(diào)相狀態(tài)，然后轉(zhuǎn)向水泵狀態(tài)，以確保導(dǎo)葉打開時(shí)水泵不抽空。濺水功率保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置的主要目的是向監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)送排氣狀況信息，控制程序執(zhí)行，不執(zhí)行跳機(jī)動(dòng)作。⑥失磁保護(hù)。DRS系統(tǒng)失磁保護(hù)主要根據(jù)轉(zhuǎn)子角和勵(lì)磁電流兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行判斷。其中轉(zhuǎn)子角是指電機(jī)內(nèi)電勢E與外系統(tǒng)電壓VS之間的夾角，圖2所示。

機(jī)組靜態(tài)穩(wěn)定限制決定轉(zhuǎn)角設(shè)定，若轉(zhuǎn)角大于設(shè)定值，且滿足勵(lì)磁電流降低依據(jù)，則短延時(shí)跳閘；若不滿足，則長延時(shí)跳閘。該保護(hù)的整定包括等效系統(tǒng)電抗、電機(jī)交軸電抗、失步角、延時(shí)、勵(lì)磁電流、電壓相序。失磁保護(hù)涉及到了V和I，因此需要對(duì)發(fā)電方向和水泵方向分別設(shè)置獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)。

3 結(jié)束語

抽水蓄能電廠對(duì)調(diào)整用電峰谷，滿足我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用電方面具有重要作用，是我國電力系統(tǒng)的重要組成部分，需要采取有效的安全防護(hù)措施，保障電廠機(jī)組安全運(yùn)行。抽水蓄能電廠機(jī)組運(yùn)行期間會(huì)涉及兩種工況，因此在部分安全防護(hù)環(huán)節(jié)，需要設(shè)置兩套保護(hù)系統(tǒng)，以滿足發(fā)電和水泵兩種工況安全運(yùn)行的需要。

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