抽水蓄能电厂机组保护探析

摘 要：抽水蓄能电厂机组运作工况有两种形式，面临的风险因素较多，需要采取有效的保护措施，确保机组能够安全运行。本文对抽水蓄能电厂机组进行了简要介绍，然后对机组保护系统进行了分析，希望能引起相关人员的注意。

关键词：发电；水泵；机组保护；抽水蓄能

1 概述

抽水蓄能电厂相对于核电厂和风电厂来说，其运行成本低，稳定性高，容量大，因此在电网系统中具有重要地位。近年来，我国逐渐加大了抽水蓄能电站的建设力度，对稳定电力系统、促进经济稳步发展具有重要作用；然而，我国工农业生产和生活对电能的需求逐渐增加，抽水蓄能电站面临巨大的运行压力，如何做好机组保护工作，确保电站的安全运行就显得十分必要。

2 抽水蓄能电厂机组保护

2.1 理论概述

抽水蓄能电站是利用低估时期富裕电力做抽水工作，将水从下水库抽至上水库，这一过程是电能转化为势能的过程；在用电高峰期，将水从上水库下放，利用水的势能对发电机组做功，产生电能，补充高峰期时段电力的不足。由以上原理可知，抽水蓄能电厂机组需要具有良好的启、停反应机制，灵活的负荷调节能力，通过科学调度，达到调峰填谷、事故备用的目的。

2.2 机组保护分析

抽水蓄能电厂机组启动、停止次数较多，作业方式转换频率大，增加了机组的运行风险。为了确保机组的安全运行，机组运行管理人员需要针对不同的运行作业方式，制定合理的保护措施。抽水蓄能电厂机组工作时，需要进行抽水和发电两种操作，则机组旋转方向有两种，通过换向刀闸完成，如图1所示。

当机组需要抽水时，接通C相，需要闭合2、3、5极；需要发电时，则应该连通A相，需将1、3、4级闭合。机组执行换相操作时，会对继电保护带来影响，主要表现在两方面，其一是进行跨过换相刀的主变大差动保护时，会产生高低压侧相与相之间的不对应，需要在二次回路上进行补充保护；其二是机组作业方式有两种，运行环境也有两种，在对电压、电流相序进行保护时，需要设置两套保护装置，以适应不同的运行环境。例如，进行相序监视保护时就需要设置两套保护装置，除此以外，负序保护和失磁保护同样需要设置两套，以对应不同旋转方向时的工况，而且每套保护装置都要在不对应旋转方向时锁闭；低功率保护和溅水功率保护用于抽水作业保护，即电动机方向；逆功率保护则用于发电方向；功率保护和失磁保护设置时，要对旋转方向进行准确设定。各部分保护装置的设置目的分别为：①相序监视保护。抽水蓄能机组有两种作业方式，需要在两相间进行转换，为确保换向的正确性，配置了相序监视保护系统，该系统可通过发射信号提醒机组是否转向正确；相序监视保护系统采用电压继电器，当机组处于发电工况时，励磁在转速达到90%后才能运行，此时可判断转向是否正确。②低频过电流保护。机组处于抽水状态时，水泵启动的初始阶段，电流频率由小逐渐增大，然后达到正常运行条件。在这个渐变过程中，差动保护装置由于无法达到运行条件而不能执行保护动作，为保护机组设备，此时需要配置低频过电流保护，以适应低频状态下的过电流保护；对采集周波样进行分析可知，这一保护动作时间至少为40ms。③逆功率保护。抽水蓄能机组的作业方式有抽水和发电两种，机组在两种工况下运行时会出现S区。若在抽水状态下，水轮机空载运行达到额定转速时，或者机组并网后在低负载状态下运行时，流量较小，机组在S区的稳定性下降，就可能进入反水泵工作环境，即机组可能会从利用电能做功，增加机组的振动，为此配置逆功率保护系统，当水泵在非法条件下换相时将其闭锁，达到保护机组的目的。④低功率保护。蓄能机组在水泵工况时，利用电能做功，将下水库的水抽到上水库。在抽水过程中，水泵一旦失电，处于压力钢管中的水会逆向下落，对处于抽水状态的机组产生制动作用，甚至会改变其旋转方向，损害机组性能。为减少低功率时带来的危害，设置了低功率保护系统，当电动机的实际功率降到限定值时，保护系统发出跳机指令，关闭导叶，保护机组免受损害。⑤溅水功率保护。启动水泵工况时，机组拖至额定转速需要一个充水排气的过程，这个过程中涉及的操作有压水，将机组转至调相状态，然后转向水泵状态，以确保导叶打开时水泵不抽空。溅水功率保护系统设置的主要目的是向监视系统发送排气状况信息，控制程序执行，不执行跳机动作。⑥失磁保护。DRS系统失磁保护主要根据转子角和励磁电流两个指标进行判断。其中转子角是指电机内电势E与外系统电压VS之间的夹角，图2所示。

机组静态稳定限制决定转角设定，若转角大于设定值，且满足励磁电流降低依据，则短延时跳闸；若不满足，则长延时跳闸。该保护的整定包括等效系统电抗、电机交轴电抗、失步角、延时、励磁电流、电压相序。失磁保护涉及到了V和I，因此需要对发电方向和水泵方向分别设置独立的保护系统。

3 结束语

抽水蓄能电厂对调整用电峰谷，满足我国工农业生产和生活用电方面具有重要作用，是我国电力系统的重要组成部分，需要采取有效的安全防护措施，保障电厂机组安全运行。抽水蓄能电厂机组运行期间会涉及两种工况，因此在部分安全防护环节，需要设置两套保护系统，以满足发电和水泵两种工况安全运行的需要。

参考文献

[1]殷建刚，彭丰，杨学锋.抽水蓄能电厂机组保护的特点与配置[J].湖北电力，2002，04：82-84.

[2]张兵海，王献志，张立，李晓文.抽水蓄能机组工况运行对发变组保护的影响[J].水电自动化与大坝监测，2008，06：40-44.

[3]叶炜敏，龚剑超.桐柏抽水蓄能电厂继电保护的闭锁[J].水电厂自动化，2008，03：105-106+112.

[4]赵天宏.RCS系列保护装置在桐柏抽水蓄能电厂的应用[J].水电厂自动化，2011，03：43-45.