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大型抽水蓄能發(fā)電電動機(jī)變壓器組繼電保護(hù)設(shè)計

文檔作者：鄭波文檔來源：中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月30日
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第40卷第8期水電站機(jī)電技術(shù)V01．40 No．8
26 2017年8月Mechanical&amp;amp;Electrical Technique of Hydropower Station Aug·2017
大型抽水蓄能發(fā)電電動機(jī)變壓器組繼電保護(hù)設(shè)計
鄭波
(中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江杭州31 1 122)
摘要：基于抽水蓄能機(jī)組的結(jié)構(gòu)，通過研究機(jī)組運行特性，形成大型抽水蓄能發(fā)電電動機(jī)變壓器組繼電保護(hù)設(shè)計
的一般原則和典型策略。通過分析進(jìn)口保護(hù)裝置的設(shè)計不足，提出適合國產(chǎn)化機(jī)組的保護(hù)設(shè)計方案。
關(guān)鍵詞：抽水蓄能；繼電保護(hù)；策略
中圖分類號：TV743 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672—5387(2017)08—0026-03
DOI：10．135996．cnki．11-5130．2017．08．008
1引言
近年來，我國抽水蓄能電站的建設(shè)步伐呈現(xiàn)加
快趨勢，核準(zhǔn)開工數(shù)量和規(guī)模都達(dá)到了歷史新高，加
快抽水蓄能電站的開發(fā)建設(shè)是今后我國電力發(fā)展的
重點方向之一。隨著大型抽水蓄能機(jī)組國產(chǎn)化的逐
步實現(xiàn)，繼電保護(hù)系統(tǒng)的國產(chǎn)化也日益成熟。抽水蓄
能機(jī)組啟停頻繁，運行工況多，繼電保護(hù)的配置比常
規(guī)水電機(jī)組更復(fù)雜，對抽水蓄能機(jī)組的繼電保護(hù)配
置進(jìn)行深入研究，形成具有普遍指導(dǎo)意義的設(shè)計思
路和方案，對提高我國抽水蓄能機(jī)組繼電保護(hù)的設(shè)
計能力和生產(chǎn)效率等具有重大意義。
2保護(hù)配置方案
目前，國內(nèi)已建，在建抽水蓄能機(jī)組主接線主
要形式為發(fā)變組單元接線，發(fā)電電動機(jī)出口設(shè)置斷
路器，換相隔離開關(guān)設(shè)在主變低壓側(cè)。本文以此為
例，通過分析抽水蓄能機(jī)組的運行特性和保護(hù)設(shè)計
的一般原則，提出大型抽水蓄能發(fā)電電動機(jī)變壓器
組繼電保護(hù)的配置方案。
2．1發(fā)電電動機(jī)保護(hù)配置【表1)
2．2主變壓器保護(hù)配置(表2)
3差動保護(hù)的優(yōu)化
3．1提高差動保護(hù)的可靠性
發(fā)電電動機(jī)和主變壓器的每組差動保護(hù)均含一
個小差動和一個大差動，可有效消除發(fā)電電動機(jī)和
主變壓器保護(hù)的死區(qū)(圖1)。這種方案筆者所在單
位已申請發(fā)明專利，專利號ZL2()09 1 0258393，5。
對發(fā)電電動機(jī)和主變壓器而言，小差動均可全
工況投入。因大差動包含起動母線和被起動母線，在
同步拖動、被拖動過程中，要區(qū)別分析。
在同步拖動、被拖動過程中，大差動87G’A、
87G'-B在發(fā)電電動機(jī)外側(cè)的電流互感器并無電流
通過，因此閉鎖并無風(fēng)險。機(jī)組可通過低頻過流來保
護(hù)。以往進(jìn)口保護(hù)裝置采用抬高定值的辦法開放該
保護(hù)功能，其實沒有必要。
在同步拖動、被拖動過程中，大差動87T’A、
87T’一B在發(fā)電電動機(jī)側(cè)的電流互感器流過的并非
主變電流，會影響主變差動的動作行為，因此應(yīng)閉鎖
低壓側(cè)電流，但大差動仍可投入。以往進(jìn)口保護(hù)裝置
直接閉鎖該保護(hù)功能，降低了保護(hù)的可靠性。
圖1發(fā)電電動機(jī)一主變壓器差動保護(hù)配置典型方案
收稿日期：2017—06—02
作者簡介：鄭波(1980一)，男，高級工程師，從事水電站電氣二次
專業(yè)設(shè)計與管理工作。
萬方數(shù)據(jù)
第8期鄭波：大型抽水蓄能發(fā)電電動機(jī)變壓器組繼電保護(hù)設(shè)計27
3．2提高勵磁變保護(hù)的靈敏度
勵磁變的阻抗相對較大，勵磁變壓器低壓側(cè)發(fā)
生短路時，折算到高壓側(cè)短路電流非常小。當(dāng)速斷保
護(hù)無法完整反映整個低壓側(cè)繞組的短路故障時，為
了提高靈敏度，可以配勵磁變差動保護(hù)。勵磁變差動
保護(hù)可提高內(nèi)部故障檢測靈敏度，對于低壓側(cè)故障，
其靈敏度遠(yuǎn)高于電流速斷保護(hù)。但是，勵磁變壓器
兩側(cè)電流波形諧波含量較高，對差動保護(hù)的整定、算
法需要特別對待。
4保護(hù)閉鎖邏輯的改進(jìn)
國內(nèi)抽水蓄能電站建設(shè)早期，保護(hù)裝置隨主機(jī)
設(shè)備進(jìn)13。國外進(jìn)13的保護(hù)裝置普遍采用導(dǎo)葉全開
和全關(guān)位置作為逆功率保護(hù)和低功率保護(hù)投退的判
據(jù)，實則不妥。
4．1逆功率保護(hù)
發(fā)電。發(fā)電調(diào)相：導(dǎo)葉位置從全開到逐漸關(guān)閉
的過程中，在空載開度以下時，機(jī)組實際上已經(jīng)要開
始吸收一定的有功，隨著開度的減小，吸收功率增加
直至超過逆功率定值。若選用導(dǎo)葉全關(guān)位置作為逆
功率保護(hù)退出的判據(jù)，可能會造成逆功率保護(hù)的誤
動。所以逆功率保護(hù)的延時還必須可靠躲過這個過
程，但延時可能較長。若由機(jī)組順控流程適時給出閉
鎖令，便不需等到導(dǎo)葉全部關(guān)閉，只要到了空載開度
時即可閉鎖。
發(fā)電調(diào)相_發(fā)電：工況轉(zhuǎn)換至發(fā)電穩(wěn)態(tài)后即可
由順控流程發(fā)令開放保護(hù)功能。若采用導(dǎo)葉全開位
置作為保護(hù)恢復(fù)的判據(jù)：相當(dāng)于延后了保護(hù)功能的
投入，對機(jī)組是不利的。
4．2低功率保護(hù)
萬方數(shù)據(jù)
水電站機(jī)電技術(shù)第40卷
水泵_÷水泵調(diào)相：導(dǎo)葉關(guān)到抽水工況初始開度
以后應(yīng)閉鎖低功率保護(hù)，而非等到導(dǎo)葉全關(guān)位置。對
于工況轉(zhuǎn)換等過渡過程，考慮到機(jī)組本身不在穩(wěn)態(tài)，
應(yīng)盡早閉鎖相關(guān)保護(hù)，這個時候由順控流程提供閉
鎖點較為合適。
水泵調(diào)相-+水泵：導(dǎo)葉開至抽水工況初始開度
即可由順控流程發(fā)令開放保護(hù)功能，用導(dǎo)葉全開位
置作為保護(hù)恢復(fù)的判據(jù)也是不合適的。
5保護(hù)功能和勵磁調(diào)節(jié)功能有機(jī)配合
根據(jù)中國電力科學(xué)研究院《華東直調(diào)機(jī)組網(wǎng)源
協(xié)調(diào)重要參數(shù)核查報告》，發(fā)現(xiàn)存在大量發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)
子過負(fù)荷綜合能力、定子過負(fù)荷綜合能力不能滿足
相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，保護(hù)定值與勵磁
系統(tǒng)沒有合理匹配。保護(hù)定值過小，保護(hù)先于勵磁限
制器動作而動作，嚴(yán)重束縛了發(fā)電機(jī)的過負(fù)荷能力，
這些問題不僅直接危及發(fā)電機(jī)組的安全運行，也威
脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。
發(fā)電電動機(jī)、變壓器保護(hù)應(yīng)和勵磁系統(tǒng)各限制
環(huán)節(jié)匹配。首先，勵磁限制環(huán)節(jié)應(yīng)滿足發(fā)電電動機(jī)許
可的最大工作范圍，在發(fā)電電動機(jī)、變壓器保護(hù)動作
之前發(fā)揮作用。勵磁系統(tǒng)過勵磁限制環(huán)節(jié)應(yīng)與發(fā)電
電動機(jī)或變壓器的過激磁保護(hù)定值相配合。勵磁系
統(tǒng)定子過壓限制環(huán)節(jié)應(yīng)與發(fā)電電動機(jī)過壓保護(hù)定值
相配合。勵磁系統(tǒng)的過勵限制環(huán)節(jié)的特性應(yīng)與發(fā)電
電動機(jī)轉(zhuǎn)子的過負(fù)荷能力相一致，并與發(fā)電電動機(jī)
保護(hù)中轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)定值相配合。
6保護(hù)設(shè)計的其他問題
器二次回路不正?；驍嗑€時，應(yīng)發(fā)告警信號，除母線
保護(hù)外，允許跳閘?！冻樗钅馨l(fā)電電動機(jī)變壓器
組繼電保護(hù)配置導(dǎo)則GB／T32898—2016)5．2．1．3 a)提
出，電流互感器二次回路斷線時不應(yīng)閉鎖差動保
護(hù)。后者要求電流互感器二次回路斷線不閉鎖差
動保護(hù)，有利于機(jī)組的安全，防止發(fā)生其他意外，值
得提倡。
6．2軟件換相
抽水蓄能機(jī)組的工況轉(zhuǎn)化，會帶來相序的變化，
為電流、電壓采集帶來困擾。數(shù)字式繼電保護(hù)裝置通
過軟件已輕松解決此問題。無需切換電流互感器二
次回路或者在換相隔離開關(guān)處增加電流互感器。
值得一提的是，抽水蓄能電站同期檢測回路仍
然普遍采用繼電器回路切換的方式保證電壓采集的
正確性。
7結(jié)語
本文是在歸納、總結(jié)國內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)或即將投產(chǎn)
的抽水蓄能機(jī)組的設(shè)計、運行經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，力求提
煉出大型抽水蓄能發(fā)電電動機(jī)變壓器組保護(hù)設(shè)計的
通用性原則和策略，力求使得出的結(jié)論科學(xué)、嚴(yán)密、
適用性廣，以期為后續(xù)電站的設(shè)計提供有效建議。
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(上接第25頁)
阻抗原理時，臨界失步曲線就是其保護(hù)動作特性、原
理設(shè)計和整定計算的基礎(chǔ)，能否在機(jī)端阻抗平面上
精確的繪制出抽蓄機(jī)組的臨界失步曲線也就顯得尤
為重要。
(2)當(dāng)系統(tǒng)運行方式變化、抽蓄機(jī)組正常穩(wěn)態(tài)運
行時所帶有功不同時，抽水蓄能機(jī)組的臨界失步曲
線所包含的范圍也會發(fā)生變化。因此，繪制不同情況
下的抽蓄機(jī)組的臨界失步曲線，對電站的運行人員
明確機(jī)組的安全運行區(qū)域、異常狀況時快速采取適
當(dāng)?shù)拇胧┒加兄喈?dāng)大的參考價值。
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