浅谈抽水蓄能机组继电保护配置

摘要：抽水蓄能机组结构复杂、起停频繁、运行工况多,因此对电站的继电保护提出了更高的要求。文章结合某抽水蓄能电站2×50 MW 机组的发电/电动保护配置方式进行分析，分析了各种保护的作用以及与常规机组相比抽水蓄能机组的特点，以及在调试过程中的注意点。

关键词：抽水蓄能机组；保护配置；分析

中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：

引言

抽水蓄能机组既有发电、电动等稳态工况，又有静止变频器起动和半电压异步启动两种过渡工况，不同的运行工况对保护带来较大的影响。为了保证抽水蓄能机组的安全稳定运行，发电/电动机机组必须配置完备的继电保护，并要全面考虑各种不同工况下的保护闭锁以及不同工况时电气参数变化对保护的影响情况。

一 发电/电动保护配置方式

（1）纵差保护。作为发电电动机相间短路故障的主保护，保护范围为机组内部定子绕组及其引出线。保护采用比例制动原理，其动作特性由无制动和比率制动二部分组成。在区内故障电流小时，它具有较高的动作灵敏度；而在区外故障时，它具有较强的躲过暂态不平衡差流的能力。差动保护在电气制动和变频启动时，自动退出运行。由于半压启动时电流比较大，为了防止误动，在半压启动工况时提高了比例制动系数。电流回路断线时闭锁差动保护。发电电动机作为发电机和作为电动机运行时转向不同，定子相序需要切换，为避免TA二次侧相应切换，在发电和电动开关柜上各装设一组TA，并将其对应TA副边并联。保护瞬时跳机组开关、灭磁和停机。

（2）带电流记忆的低压过电流保护。作为发电电动机及相邻设备相间短路的后备保护。保护由机端电压和中性点侧电流构成，电流元件带记忆，记忆时间可整定。在变频启动或半压启动时，保护自动退出运行。保护动作第一时限跳主变高压侧断路器；第二时限跳机组开关、灭磁和停机。

（3）过电压保护。保护反应发电电动机机端电压。用来保护机组异常运行情况下引起的定子过电压，防止由于定子绕组电压升高而使发电电动机绝缘受到损害。保护延时跳机组开关、灭磁和停机。

（4）定子接地保护。保护取自机组机端TV开口三角3U0电压，用来检测机组定子对地绝缘状况。保护范围为由机端至机内90%左右的定子绕组。当定子绕组与铁芯之间的绝缘由于破坏而造成定子绕组单相接地故障时，保护检测到3U0电压大于整定值时，延时发信号。

（5）转子一点接地保护。用来监视机组励磁回路对地绝缘。当转子绕组绝缘破坏或严重下降时，会发生一点接地故障。因转子一点接地不形成电流回路，故障点没有电流通过，励磁系统仍能正常运行。所以当保护检测到发电电动机转子绝缘下降到一定数值时，仅发故障信号。

（6）失磁保护。作为发电电动机组励磁回路故障的保护。机组在运行过程中可能由于励磁回路开路、短路、励磁电源消失或其他原因，突然全部或部分地失去励磁。发生励磁故障后，机组将从系统吸收大量无功，导致系统电压下降。保护采用阻抗原理，机组失磁后，机端测量阻抗的轨迹将沿着等有功阻抗园进入异步边界园内。保护仅在发电、电动等稳态工况下投入，当电压回路断线时闭锁保护。保护延时跳机组开关、灭磁和停机。

（7）失步保护。发电电动机与系统发生失步时，将会出现机组的机械量和电气量与系统之间的振荡，这种持续振荡将对机组和电力系统产生有破坏力的影响。所以机组要装设失步保护。保护反应电机机端测量阻抗的变化轨迹，动作特性为双遮挡器。。机组失步后，机端测量阻抗较缓慢地从+R 向-R 方向变化或从-R向+R方向变化，且依次穿过各区。保护仅在发电、电动等稳态工况下投入，当电压回路断线时闭锁保护。保护延时跳机组开关、灭磁和停机。

（8）定子过负荷保护。机组由于过负荷而温度升高，从而影响机组正常寿命，所以需要装设过负荷保护。保护反应发电电动机定子电流的大小。当机组定子电流超过额定电流值（过负荷）或很大时（系统故障引起过电流），经延时动作于信号。当变频启动和半压启动时，保护被闭锁。

（9）轴电流保护。机组轴承绝缘一旦下降，此时在较高的轴电压作用下将会产生较大的轴电流，轴电流将破坏轴承和其他部件，所以需要装设轴电流保护。用作监视机组轴承对地绝缘之用。当轴电流大于整定值时，经延时发信。

（10）解列过流保护。作为发电电动机在解列状态时，机组故障的后备保护。保护反应发电电动机定子电流的大小，仅在解列状态投入。保护延时灭磁和停机。

（11）启动过流保护。在启动过程中，作为发电电动机及相邻设备故障的后备保护。保护反应发电电动机定子电流的大小。保护仅在变频启动和半压启动过程中投入。保护延时跳机组开关、灭磁和停机。

（12）逆功率保护。当发电机从系统中吸取有功功率时，为了保护发电机不受损害，当逆功率达到一定值时，保护动作。保护在仅发电运行工况下投入。保护延时跳机组开关、灭磁和停机。

(13) 低功率保护。在电动工况运行时，系统故障或其他原因会造成机组抽水动力下降，甚至失去动力，使机组减速进而会转为发电工况，工况的突然改变会对机组和输水管产生危险，因此要防止这种情况出现。保护检测从系统流向电动机的有功功率，当其低于某一限值时保护动作。保护在球阀全关时自动退出。保护延时跳机组开关、灭磁和停机。

（14）低频保护。作为低功率保护的后备。当机组在电动工况运行时，机组频率低于某一限值时保护动作。保护延时跳机组开关、灭磁和停机。

(15) 灭磁开关联跳。当机组在电动工况运行时，灭磁开关跳开会造成励磁电源突然消失。保护在电动工况下检测到灭磁开关分闸，延时跳机组开关和停机。

（16）励磁变过流保护。作为励磁变的保护。保护反应励磁变电流的大小。当电流超过额定电流很大时（故障引起过流），保护动作第一时限跳机组开关、灭磁和停机；第二时限跳主变高压侧断路器。

（17）电压互感器断线报警。保护检测到电压互感器断线时延时发断线信号，并闭锁其它与电压相关的保护。

二 保护配置的特点

(1)保护配置的合理性

发电电动机保护由两套独立的保护构成，每套保护设有独立的电源和出口跳闸回路。即使一套保护短时间内退出运行，另一套仍能留有必要的保护，以满足设备正常运行的要求。

(2)保护相序设置

发电工况运行时发电机通过发电开关与系统连接，机组运行的电压、电流相序为顺时针方向与电网相同。电动工况运行时发电机通过抽水开关与系统连接，发电机作为电动机运行，其转子反向旋转，机组运行的电压、电流相序为逆时针方向与电网相反。由于发电电动机作为发电机和作为电动机运行时转向不同，定子相序需要切换。保护所需的二次电压、电流也随运行工况的转变而变化。

（3）逻辑闭锁设置

抽水蓄能机组有多种运行工况且转换频繁，不同工况下要求所投入保护不同。保护装置通过对工况信号进行逻辑运算，来控制保护的投退或保护跳闸出口的开放、闭锁。保护闭锁逻辑设置符合一次电气系统接线、保护配置、顺控逻辑等要求。

（4）保护装置的特点

电站配置了双套南自厂的DGT801C型数字式发电机变压器组保护装置，采用双回路直流电源置供电，双CPU 并行处理，完善的自检及互检功能，信号出口指示直观明确，保护压板和出口压板独立设置，状态明确指示，人机界面友好。

三 .在调试过程中的注意点

（1）要了解抽水蓄能机组各种运行工况特点，理解各种逻辑闭锁原理，进而在试验过程中验证各种逻辑的正确性。

（2）保护装置识别各种运行工况进行逻辑闭锁，是通过各个外部开入量来实现的。为了保证保护逻辑与一次运行设备状态一致，要特别验证闭锁开入回路的可靠性，以确保闭锁逻辑的正确。

（3）抽水蓄能机组的一个特点是频率变化范围大。在做保护装置试验要特别验证在不同频率下，保护动作的正确性。

(4) 抽水蓄能机组运行的工况繁多，转换频繁，配置的保护也特别多。要注意各种保护的配合，要特别注意保护定值的整定。

四.结束语

抽水蓄能机组结构复杂，运行工况多且转换频繁，这对保护配置提出了更高的要求。与常规机组相比在保护配置、保护闭锁逻辑等方面要复杂很多。抽水蓄能机组保护配置应综合考虑各种情况，保证机组保护的可靠性。

参考文献：

[1]江苏省电力公司.电力系统继电保护原理与实用技术[M].北京:中国电力出版社,2006.

[2]毛锦庆.电力系统继电保护实用技术问答.第二版.北京:中国电力出版社,2004-08.

[3]国电南京自动化股份有限公司.DGT801系列数字式发电机变压器组保护装置技术说明书.第3 版.2006-10