抽水蓄能電站繼電保護(hù)配置探索

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(fù)荷和無(wú)功負(fù)荷方面舉足輕重。抽水蓄能機(jī)組不同于常規(guī)機(jī)組，其包括停機(jī)、發(fā)電調(diào)相、發(fā)電、抽水調(diào)相和抽水五種運(yùn)行工況，尤其是抽水調(diào)相和抽水啟動(dòng)時(shí)，又分為背靠背啟動(dòng)和變頻器啟動(dòng)兩種方式，停機(jī)時(shí)還存在電制動(dòng)模式停機(jī)。由于其工況變換復(fù)雜、頻繁，其發(fā)電/電動(dòng)機(jī)作為機(jī)組和變壓器的保護(hù)也隨之復(fù)雜、多樣，各保護(hù)之間的閉鎖情況也較常規(guī)機(jī)組保護(hù)復(fù)雜。本文針對(duì)抽水蓄能機(jī)組的特點(diǎn)及不同工況運(yùn)行的狀況，詳細(xì)探索了發(fā)電/電動(dòng)機(jī)作為機(jī)組和變壓器的保護(hù)（以下簡(jiǎn)稱發(fā)變組保護(hù)）的配置內(nèi)容及配置原則，以供初學(xué)者學(xué)習(xí)和參考。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站;發(fā)變組保護(hù);繼電保護(hù);閉鎖

1 抽水蓄能電站

抽水蓄電站構(gòu)成復(fù)雜，不同工況相互切換，且換相開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)母線、SFC啟動(dòng)設(shè)備等都集中在一次設(shè)備，科學(xué)設(shè)計(jì)繼電保護(hù)，才能適應(yīng)復(fù)雜的主接線。除此之外，這個(gè)機(jī)組通常采用單元接線的方式，因此本文針對(duì)單元接線的抽水蓄能機(jī)組，對(duì)發(fā)電/電動(dòng)機(jī)、變壓器等保護(hù)配置予以優(yōu)化。

2 發(fā)電/電動(dòng)機(jī)保護(hù)

抽水蓄能機(jī)組相對(duì)常規(guī)機(jī)組而言，其既可以作為順時(shí)針運(yùn)行的發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可以作為逆時(shí)針運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，還可以作為抽水工況背靠背啟動(dòng)時(shí)，發(fā)電運(yùn)行的主拖機(jī)運(yùn)行。機(jī)組停機(jī)時(shí)，發(fā)電/電動(dòng)機(jī)還要在電制動(dòng)模式下運(yùn)行。此外，發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式還可分為發(fā)電調(diào)相運(yùn)行和正常發(fā)電運(yùn)行，抽水運(yùn)行方式也可分為抽水調(diào)相運(yùn)行和抽水運(yùn)行。特殊情況下，發(fā)電/電動(dòng)機(jī)還具有“黑啟動(dòng)”運(yùn)行方式。這比常規(guī)發(fā)電機(jī)發(fā)電、停機(jī)的運(yùn)行方式復(fù)雜、多變，因此其保護(hù)的配置和閉鎖也較復(fù)雜。

2.1 主保護(hù)

2.1.1 發(fā)電/電動(dòng)機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

當(dāng)發(fā)電電動(dòng)機(jī)內(nèi)部定子繞組及其引出線相間短路故障時(shí)，可采用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)采用比率制動(dòng)差動(dòng)原理。動(dòng)作電流采用差動(dòng)電流，制動(dòng)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．?dāng)電流回路斷線（CT斷線時(shí)）時(shí)應(yīng)發(fā)出信號(hào)。

保護(hù)應(yīng)在電動(dòng)工況起動(dòng)和電制動(dòng)過(guò)程中退出，一般采用主斷路器閉鎖。保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作于停機(jī)。

2.1.2 定子繞組匝間短路保護(hù)

當(dāng)發(fā)電/電動(dòng)機(jī)同相同分支和同相異分支發(fā)生短路故障時(shí)，可采用匝間短路保護(hù)。大型抽水蓄能機(jī)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(hù)。這一過(guò)程中，諧波濾過(guò)器要對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行三次接入，且諧波濾過(guò)比在100以上，才能夠?qū)ΡＷo(hù)動(dòng)作電流值進(jìn)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(duì)瞬時(shí)動(dòng)作進(jìn)行保護(hù)。

2.1.3 定子繞組接地保護(hù)

將保護(hù)范圍作為判定依據(jù)，定子繞組接地保護(hù)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(hù)動(dòng)作與信號(hào)或停機(jī)。

2.1.4 負(fù)序過(guò)流保護(hù)

倘若發(fā)電電動(dòng)機(jī)與過(guò)負(fù)荷不對(duì)稱，非全相運(yùn)行及外部不對(duì)稱短路產(chǎn)生負(fù)序電流，誘發(fā)轉(zhuǎn)子表層過(guò)熱保護(hù)情況。操作過(guò)程中，可把負(fù)序過(guò)流保護(hù)劃分為定、反時(shí)限延時(shí)部分，兩者分別動(dòng)作于信號(hào)和停機(jī)。

2.1.5 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)

轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)利用高頻信號(hào)，計(jì)算轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣電阻，當(dāng)絕緣電阻降低到保護(hù)定值以下時(shí)，保護(hù)啟動(dòng)延時(shí)。轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)一般采用磁場(chǎng)斷路器或滅磁開(kāi)關(guān)閉鎖，延時(shí)動(dòng)作于信號(hào)。

2.1.6 失磁保護(hù)

失磁保護(hù)的對(duì)象是勵(lì)磁電流異常下降或者完全消失。該過(guò)程中，判定依據(jù)為發(fā)電機(jī)功角及勵(lì)磁電流。預(yù)防保護(hù)裝置誤動(dòng)作的情況如下：外部短路、低勵(lì)磁運(yùn)行、電壓回路斷線等。保護(hù)延時(shí)動(dòng)作于停機(jī)。

2.2 后備保護(hù)

過(guò)電壓保護(hù)：這一背景下，保護(hù)對(duì)象是定子繞組異常過(guò)電壓及檢測(cè)單相過(guò)電壓。延時(shí)動(dòng)作于跳閘。作為電動(dòng)工況運(yùn)行時(shí)，電源突然消失的保護(hù)，其還為低功率保護(hù)提供后盾。當(dāng)機(jī)組并入系統(tǒng)時(shí)，為投入保護(hù)裝置的最佳時(shí)機(jī)。保護(hù)延時(shí)動(dòng)作于停機(jī)。

3 主變壓器保護(hù)配置方式

3.1 主保護(hù)

3.1.1 縱差保護(hù)

它的保護(hù)對(duì)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(lì)磁涌流，也能夠?qū)ν獠慷搪樊a(chǎn)生的不平衡電流進(jìn)行躲避。它的實(shí)施原理是二次諧波比率制動(dòng)差動(dòng)，將帶有電流回路斷線閉鎖裝置和瞬時(shí)動(dòng)作于跳主變各側(cè)斷路器并停機(jī)作為保護(hù)對(duì)象。

3.1.2 瓦斯保護(hù)

在變壓器瓦斯保護(hù)中，有輕、重瓦斯保護(hù)之分。二者分別動(dòng)作于信號(hào)和跳閘。

3.2 后備保護(hù)

3.2.1 零序電流保護(hù)、零序電流電壓保護(hù)

中性點(diǎn)接地運(yùn)行過(guò)程中的保護(hù)為兩段零序電流保護(hù)。倘若其處于不接地狀態(tài)時(shí)，可選擇反應(yīng)零序電壓和間隙放電電流零序電壓保護(hù)。主變高壓側(cè)和線路單相接地故障的后備保護(hù)也可以采用這種方法。零序電流保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作于跳開(kāi)變壓囂各側(cè)斷路器，零序電壓保護(hù)延時(shí)跳開(kāi)主變各側(cè)斷路器并停機(jī)。

3.2.2 復(fù)合電壓過(guò)流保護(hù)

復(fù)合電壓過(guò)流保護(hù)實(shí)施過(guò)程復(fù)雜，它的應(yīng)用界面為主變壓器、220kV母線保護(hù)等。保護(hù)延時(shí)動(dòng)作于跳主變各側(cè)斷路器并停機(jī)。

3.2.3 主變高壓側(cè)方向過(guò)電流

其主要服務(wù)對(duì)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(guò)程中。通常，當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，將保護(hù)切除，斷開(kāi)發(fā)電機(jī)斷路器之后，自動(dòng)投入。主變高壓側(cè)方向過(guò)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(wù)，并發(fā)送信號(hào)。

3.3 變壓器本體保護(hù)

當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組、變壓器繞組以及發(fā)電機(jī)和變壓器連接線發(fā)生故障時(shí)，比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的原理，配置發(fā)電機(jī)-變壓器組差動(dòng)保護(hù)。該保護(hù)動(dòng)作于跳閘。

4 總結(jié)

本文將抽水蓄能電站發(fā)電/電動(dòng)機(jī)、變壓器以及發(fā)電機(jī)-變壓器組所采用的主保護(hù)和后備保護(hù)進(jìn)行了匯總和介紹，有助于初學(xué)者了解和學(xué)習(xí)。也可用于相似電站設(shè)計(jì)時(shí)，繼電保護(hù)配置時(shí)做參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜鵑.風(fēng)光互補(bǔ)抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)的研究與現(xiàn)狀[J].貴州電力技術(shù)，2014.17（07）：59-61.

[2]李賢海.福建仙游抽水蓄能電站電氣設(shè)計(jì)探討[J].水力發(fā)電，2002，2（1）：42-44.

[3]DL/T5177-2003，水電廠繼電保護(hù)設(shè)計(jì)導(dǎo)則[S].