某抽水蓄能机组工况转换过程继电保护缺陷探讨

某抽水蓄能机组工况转换过程继电保护缺陷探讨

刘攀

关键词：抽水蓄能；工况转换；保护；

中图分类号：TM312

一、引言

抽水蓄能电站具有发电、抽水、发电调相、抽水调相、电制动、黑启动等多种工况。在各工况运行时，抽水蓄能机组需要的保护功能各有差异。因此抽水蓄能机组在工况转换时，需要复杂的闭锁逻辑来满足各工况对保护的要求，以及防止机组在不同工况下保护误动作。

二、保护系统简介

本抽水蓄能电站安装有4台单机容量300MW的混流可逆式水泵水轮-发电电动机组，其发电电动机保护采用南瑞继保公司的PCS-985系列保护装置，配置的保护功能有：完全差动保护、裂相横差保护、匝间保护、95%定子接地保护、100%定子接地保护、定子过负荷保护、负序过负荷保护、失磁保护、失步保护、过电压保护、过励磁保护、逆功率保护、低功率保护、过频保护、误上电保护、相间后备保护、电压相序保护、电流不平衡保护、低电压保护、机端断路器失灵保护、转子接地保护、励磁系统跳闸保护。

三、机组对各工况的判断、闭锁逻辑

3.2发电电动机保护功能闭锁逻辑如下述：

3.2.1完全差动保护、不完全差动1保护、不完全差动2保护、裂相差动保护、定时限转子表层负序过负荷保护、反时限转子表层负序过负荷保护、基波零序电压定子接地保护、三次谐波电压定子接地保护、100%定子接地保护电阻判据（注入式）受闭锁的工况:拖动机运行工况、被拖动机运行工况、电制动工况。

3.2.2横差保护灵敏段受闭锁的工况：拖动机运行工况闭锁。

3.2.3失磁保护、失步保护受闭锁的工况：拖动机运行工况、被拖动机运行工况、电制动工况、黑启动工况。

3.2.4低电压保护、低频保护受闭锁的工况：发电机运行工况、拖动机运行工况、被拖动机运行工况、电制动工况、黑启动工况、GCB在分闸位置。

3.2.5低功率保护受闭锁的工况：发电运行工况、发电调相工况、水泵调相工况、拖动机运行工况、被拖动机运行工况、电制动工况、黑启动工况、GCB在分闸位置。

3.2.6逆功率保护受闭锁的工况：发电调相工况、水泵运行工况、水泵调相工况、拖动机运行工况、被拖动机运行工况、电制动工况、黑启动工况、GCB在分闸位置。

3.2.7低频差动保护、低频过流保护高定值段受闭锁的工况：发电运行工况、发电调相工况、水泵运行工况、水泵调相工况。

3.2.8低频过流保护低定值段、低频零序电压保护、电压相序保护受闭锁的工况：发电运行工况、发电调相工况、水泵运行工况、水泵调相工况、电制动工况。

3.2.9电流不平衡保护受闭锁的工况：发电运行工况、发电调相工况、水泵运行工况、水泵调相工况、拖动机运行工况、被拖动机运行工况、GCB分位、黑启动工况。

3.2.10误上电保护受闭锁的工况：黑启动工况。

3.2.11机端断路器失灵保护:拖动机运行工况、黑启动工况。

3.2.12横差保护高值段、带记忆的低压起动过流保护、定时限定子过负荷保护、反时限定子过负荷保护、过电压保护、过频保护、过励磁保护、100%定子接地保护电流判据（注入式）、转子一点接地保护：不受各工况闭锁。

四、工况转换过程出现的保护功能缺陷分析及优化

4.1SFC拖动机组至抽水调相态流程

本抽蓄电站机组执行SFC拖动机组“停机态→抽水调相”流程过程中：当SFC将机组拖动至额定转速后，同期装置启动，当满足同期条件后，同期装置发令合机端断路器，同时同期装置发令停SFC及跳SFC输出断路器，待监控系统收到SFC输出断路器分闸反馈信号后，并延时5s后，监控系统发令分机组启动刀闸，待机组启动刀闸分闸后，“停机态→抽水调相”流程执行成功。

4.2SFC拖动机组至抽水调相态过程保护缺陷分析及优化

根据4.1所述知，监控系统收到SFC输出断路器分闸位置反馈信号后，需经过5s延时，才发令分机组启动刀闸，此5s时间内机端断路器与机组启动刀闸均处于合闸状态（机端断路器合闸的时刻与SFC输出断路器分闸时刻相接近），并且换向开关电动机位置为“1”。查询“表1”知，此5s内无相应的机组工况逻辑对之对应，即发电电动机保护装置在此5s时间内判断机组处于“无匹配工况”状态。再查询上述3.2发电电动机保护功能闭锁逻辑，得出发电电动机保护装置在“无匹配工况”的情况下，能起作用的保护功能很少，仅有：横差保护高值段、带记忆的低压起动过流保护、定时限定子过负荷保护、反时限定子过负荷保护、过电压保护、过频保护、过励磁保护、100%定子接地保护电流判据（注入式）、转子一点接地保护，大部分主保护功能失效。若此5s时间内机组发生电气故障，将对机组极为不利，因此需要缩短此时间。于是将监控流程中“将监控系统收到SFC输出断路器分闸位置反馈信号后，分启动刀闸的延时改为1s。[1]+[2]

4.3对SFC拖动机组至抽水调相态过程保护缺陷优化后进一步探讨

虽然将分启动刀闸的延时改为了1s，减短了发电电动机主保护的失效时间，但启动刀闸收到分闸令后，还需要经过自身的固有分闸时间后才能将分闸位置信号反馈给保护装置。经过现场试验测定，本电站启动刀闸从收到分闸令至收到分闸反馈的时间为2.106s。此2.106s时间内，机端断路器为合闸状态，启动刀闸的合闸位置及分闸位置均为“0”，换向开关电动机位置为“1”，查询表1知，同样无相应的机组工况逻辑对之对应，即此2.106s内发电电动机保护同样处于主保护失效状态。经过优化后，综合分启动刀闸的1s延时以启动刀闸的分闸时间，共计有3.106s时间，发电电动机保护处于主保护失效状态。

4.4BTB拖动工况

BTB拖动机组至抽水调相流程经过优化后同样存在有3.106s时间主保护失效的缺陷，并且情况与SFC拖动机组至抽水调相类似。

五、总结

通过上述的分析、优化及探讨后，本抽蓄电站SFC拖动机组至抽水调相及BTB拖动机组至抽水调相过程存在有3.106s左右时间内发电电动机主保护失效的情况。现场主要是通过优化监控系统流程来缩短“主保护失效”的时间，暂时无更好的办法彻底消除此缺陷。

参考文献：

[1]水电厂计算机监控系统设计[M].中国水利水电出版社,梁建行,2013.

[2]抽水蓄能发电技术[M].机械工业出版社,梅祖彦编著,2000.