周宁抽水蓄能电站发电电动机保护配置及不同工况对保护功能的要求

黄建生

摘要：介绍了周宁抽水蓄能电站发电电动机保护的双重配置方式，针对抽水蓄能机组工况变换频繁等特点，说明了抽水蓄能发电电动机保护对相序自动切换、低频、背靠背启动等不同工况下机组继电保护的特殊要求，并对差动保护范围进行分析。

关键词：抽水蓄能机组;继电保护;换相;SFC启动;背靠背启动

引言

抽水蓄能电站具备调峰、调频、调相以及事故备用等功能，对电网的安全稳定运行有重要的作用。抽水蓄能机组处于换相、SFC启动和制动等工作状态时，部分保护将失去功能甚至误动，因此抽水蓄能机组对继电保护装置有更高的要求。发电工况与抽水工况的定子电压、电流相序相反，要求保护装置能够在不同工况下通过电气一次设备（如发电机出口断路器、换相开关等辅助接点）来闭锁、切换相应的保护功能。周宁抽水蓄能电站安装四台300 MW可逆式抽水蓄能发电机组，本文介绍了发电电动机保护配置进行分析，探讨不同工况对保护功能的要求及解决办法。

1 周宁抽水蓄能电站发电电动机继电保护配置

周宁抽水蓄能电站发电电动机继电保护采用南瑞继保公司产品作为A套保护（PCS-985GW-JS）和国电南自公司产品作为B套（DGT801U）保护构成双重化配置方式，保护装置具有可靠性高、动作迅速等优点，可根据抽水蓄能机组工况复杂的特点，实现开关量及跳闸逻辑的编辑功能;可根据机组频率自动调整采样频率，根据发电机工况自动切换电气量的计算，具有全工况保护机组功能，保护配置情况如表1所示：

2 抽水蓄能发电电动机对继电保护装置的要求

2.1 自适应不同工况相序功能

抽水蓄能发电机组通过发电机出口断路器224和换相开关225与电网连接，发电工况下发电机相序为ABC，电压、电流相序与电网相序相同。抽水工况下发电机相序为CBA（AC换相），电压、电流相序与电网相序相反，如图1所示。此时保护装置需通过换相开关225位置判断发电机组是工作在发电工况还是抽水工况，使保护装置采集的电气量自动切换相序，防止保护误动。

传统保护通过二次回路交流量输入实现换相，互感器发电方向和抽水方向交流量分别引入保护装置采样，该方法的二次回路接线复杂。周宁抽水蓄能电站采用软件选择采样通道实现换相，通过工况和定值切换，实现发电方向保护和抽水方向保护投入和闭锁，以达到发电方向和抽水方向保护换相、功能投退、闭锁逻辑，跳闸矩阵逻辑通过软件设置和对工况信号组态编程实现。相对传统保护换相，保护装置二次回路接线简单，增加了装置内部处理和存储单元的负荷。

2.2 低频工况灵敏动作

抽水蓄能发电机组运行在抽水工况时，机组需要通过静止变频启动装置（SFC）启动或者背靠背启动，将机组从零转速拖动到同步转速;在电气制动工况下，机组在低频区运行一段时间，电流频率由低到高，当频率很低时，如果发生相间短路，差动保护不能正确动作。周宁抽水蓄能电站设置低频过电流保护能保证在频率低于10Hz的情况下，仍能灵敏动作，保护延时动作于发电电动机出口断路器跳闸，灭磁开关跳闸，并停机。在启动工况时保护能灵敏动作，整定值很低，在正常情况下要闭锁该保护。

2.3 背靠背工况不误动

SFC故障时采用背靠背方式启动，由一台机组拖动另一台机组。机组背靠背启动时，拖动机及被拖动机的中性点隔离开关都在合闸位置，注入式定子接地保护的电源经定子绕组及引出线、接地变压器、大地容抗形成回路，产生的环流引起保护误动。背靠背启动过程中需引入拖动开关位置接点，机组作为拖动机时闭锁此保护;在电气连接建立之前，将拖动机的接地开关分离，使两台机组只有一个接地点，保护装置保护范围扩大到两台机组，在拖动机发电机出口断路器分闸后，接地开关再恢复合闸状态，防止保护误动。

背靠背启动是一个低频过程，任意一台机组发生电气事故，都会影响另一台机组安全运行。此时拖动机发电机出口断路器合闸，发电机出口断路器分断低频电流的能力很差，低频工况发生电气事故时直接跳断路器，将会造成不可逆损坏，直接影响到断路器的使用寿命。因此增加水轮机测速装置判据，当机组转速低于50%额定转速时，闭锁跳发电机出口断路器功能，先跳磁场开关执行两台机组停机流程，再跳发电机出口断路器。

3.差动保护范围分析

抽水蓄能发电机差动保护范围一般包括电气制动开关、被拖动闸刀见下图（CTI和CT5之间为保护范围）。在抽水调相工况启动、发电方向和抽水方向电气制动时，由于中间支路分流的影响，发电机差动保护将产生差流，引起保护装置误动，因此差动保护需要根据工况信号制定保护闭锁逻辑，以提高保护的可靠性。由于抽水蓄能機组运行频繁，经常闭锁差动保护，降低了机组安全性。

差动保护作为抽水蓄能发电机主保护，其可靠性直接影响机组安全，应结合电气一次接线合理选择差动保护范围，尽量减少不同工况对差动保护的影响。周宁抽蓄电站采用了国内较为常见的做法，选择3CT、5CT和10CT组成A套小差动保护，4CT、6CT和11CT组成B套小差动保护，选择3CT、5CT和15CT组成A套大差动保护，4CT、6CT和14CT组成B套大差动保护。其中A、B套主变大差动保护在低压侧分别选用13CT和12CT，与发电机大差动保护交叉可以消除死区。在该种策略下，发电机小差动保护在任何工况均投入，发电机大差动保护在电气制动、机组变频启动时将要被闭锁。

4 结语

抽水蓄能站机组运行工况转换频繁，一次系统接线复杂，对继电保护装置的要求更高。配置保护装置时，不但要考虑各种工况对保护功能的影响，还应兼顾各机组保护功能之间的协调，保证抽水蓄能机组继电保护的可靠性，防止拒动、误动情况的发生。

参考文献：

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