廣州蓄能水電廠機組保護閉鎖技術及國產(chǎn)化研究

李貽凱

（中國南方電網(wǎng)調峰調頻發(fā)電公司檢修試驗中心，廣東 廣州 511400）

廣州蓄能水電廠機組保護閉鎖技術及國產(chǎn)化研究

李貽凱

（中國南方電網(wǎng)調峰調頻發(fā)電公司檢修試驗中心，廣東 廣州 511400）

構造正確反映蓄能機組多種工況的切換過程及運行狀態(tài)，并在保證安全運行的前提下對特定保護功能提供閉鎖的輸出是保護閉鎖技術的核心。詳細介紹了廣州蓄能水電廠B廠機組保護閉鎖技術，并對其進行簡化和整合，實現(xiàn)了閉鎖技術的國產(chǎn)化改造，為不同廠家蓄能機組保護閉鎖技術的重新設計提供了切實可行的解決方案。

蓄能機組保護；閉鎖邏輯；繼電保護；國產(chǎn)化改造

1 廣蓄B廠機組保護閉鎖技術

蓄能機組具備發(fā)電調相、抽水調相、抽水運行、電氣制動、變頻啟動、背靠背啟動等多種工況，工況間可實現(xiàn)快速切換[1]。廣蓄電廠5～8號機組保護為西門子公司SIPROTEC 3系列產(chǎn)品，投運時間超過12年，保護閉鎖設計與功能配置已顯落后。南瑞繼保公司PCS-985GW發(fā)變組保護提供易于調整的模塊化程序，保護接口靈活簡潔。對廣蓄電廠5～8號機組保護閉鎖技術的整合及優(yōu)化是本項國產(chǎn)化改造的重點。

2 西門子保護閉鎖設計

西門子公司SIPROTEC 3系列機組保護采用監(jiān)控系統(tǒng)信號完成保護閉鎖[2-4]，包括22個監(jiān)控信號，見表1。

由表1可見，西門子保護閉鎖信號涵蓋了蓄能機組全部的穩(wěn)定工況及轉換工況，每個閉鎖信號均由監(jiān)控系統(tǒng)在機組控制流程中進行識別，并經(jīng)中間繼電器勵磁后發(fā)送至保護裝置。保護回路繁瑣，閉鎖信號細分過度，且由于眾多中間繼電器的存在更容易出現(xiàn)由于二次回路故障或維護不當而引起的保護誤動。如水泵工況電壓相序保護，該保護功能僅在泵工況調相SFC啟動、背靠背啟動至泵工況調相（被拖動機）、泵工況轉發(fā)電工況及出口開關失靈閉鎖4個工況下開放，而剩余18個工況下均閉鎖。由于閉鎖信號由中間繼電器勵磁狀態(tài)下發(fā)送至保護裝置，在其中10個發(fā)電相關的工況及切換過程中，若中間繼電器發(fā)生故障將直接導致保護誤動。

表1 西門子SIPROTEC 3保護閉鎖信號表

3 國產(chǎn)化改造

3.1 保護閉鎖信號及內部邏輯

蓄能機組保護設置多種閉鎖條件，根本原因在于蓄能機組一次設備接線方式復雜，啟停過程涉及7把刀閘及開關狀態(tài)；機組調相工況與發(fā)電水泵工況難以區(qū)分。而如果采取措施使保護裝置具備正確識別每把刀閘及開關狀態(tài)的能力，并結合監(jiān)控系統(tǒng)對機組出力的判斷，即可簡化蓄能機組保護的閉鎖系統(tǒng)。國產(chǎn)化改造后，閉鎖技術采用刀閘及開關狀態(tài)與監(jiān)控信號相結合的方法，在原西門子保護閉鎖信號基礎上進行優(yōu)化，閉鎖信號包括10組信號，見表2。

表2 南瑞繼保PCS-985GW保護閉鎖信號表

由表2可見，為確保機組運行狀態(tài)被正確識別，分相操作刀閘的分、合閘狀態(tài)均采用“3選2”方式進行識別，并在保護裝置內加入刀閘閉鎖判斷邏輯，在刀閘接點不對應、邏輯不對應的時候發(fā)出報警，有效防止因接點問題導致的誤動作。

外部開入信號接入保護裝置后，根據(jù)同一工況下一次設備狀態(tài)不變的原則建立工況判別邏輯，經(jīng)該邏輯判斷即可實現(xiàn)保護裝置的工況識別，工況識別邏輯見表3。

表3 南瑞繼保PCS-985GW保護工況識別表

由表3可見，蓄能機組各運行工況已由原22種工況整合為8種工況，保護外部回路大大簡化，保護可靠性也進一步加強。

3.2 調相模式組合信號

保護閉鎖信號的時序問題直接影響保護是否能夠正常投入和正確動作[2]，例如逆功率、低功率等保護。

3.2.1 蓄能機組水泵工況調相

監(jiān)控系統(tǒng)中蓄能機組被拖動啟動流程如圖1所示。

圖1 機組被拖動轉換流程

對原監(jiān)控信號進行組合，構成可涵蓋水泵調相運行及切換工況的綜合信號。修改監(jiān)控系統(tǒng)程序，將泵工況調相SFC啟動、背靠背啟動至泵工況調相（被拖動機）、水泵調相工況、水泵調相工況轉泵工況、泵工況轉水泵調相工況、泵工況調相停機合并構成水泵調相模式（圖2）。

圖2 水泵調相模式組合信號

該組合信號涵蓋了以下幾個過程：

（1）轉換過程①、②中，斷路器合閘信號與被拖動刀閘合閘信號同時出現(xiàn)，且較泵工況調相信號早，只采用開關及刀閘位置與泵工況調相信號進行工況識別將導致轉換過程保護工況識別不連續(xù)。將泵工況調相SFC啟動、背靠背啟動至泵工況調相（被拖動機）信號納入組合信號，并采用表3的識別邏輯即可避免轉換過程①、②工況識別不連續(xù)的風險；

（2）轉換過程③、⑤～⑥涉及水泵調相工況與泵工況的轉換，為保證低功率保護在轉換過程中不發(fā)生誤動，則將水泵調相工況轉泵工況、泵工況轉水泵調相工況納入組合信號。組合后，保護裝置在機組泵工況帶滿負荷前不投入功率保護；

（3）轉換過程④中，水泵調相信號早于斷路器分閘信號消失，只采用開關位置與水泵調相信號進行工況識別同樣導致轉換過程保護工況識別不連續(xù)。將泵工況調相停機信號納入組合信號，并采用表3的識別邏輯即可避免轉換過程④工況識別不連續(xù)的風險。

3.2.2 蓄能機組發(fā)電工況調相

監(jiān)控系統(tǒng)中蓄能機組發(fā)電轉換流程如圖3所示。

圖3 機組發(fā)電轉換流程

對原監(jiān)控信號進行組合，構成可涵蓋發(fā)電調相運行及切換工況的綜合信號。修改監(jiān)控系統(tǒng)程序，將發(fā)電調相工況、發(fā)電工況轉發(fā)電調相工況、發(fā)電調相工況轉發(fā)電工況、發(fā)電調相工況停機合并構成發(fā)電調相模式（圖4）。

圖4 發(fā)電調相模式組合信號

（1）轉換過程①、③～④涉及發(fā)電調相工況與發(fā)電工況的轉換，為保證逆功率保護在轉換過程中不發(fā)生誤動，則將發(fā)電調相工況轉發(fā)電工況、發(fā)電工況轉發(fā)電調相工況納入組合信號。組合后，保護裝置在機組發(fā)電工況帶正常負荷前不投入逆功率保護；

（2）轉換過程②中，發(fā)電調相信號早于斷路器分閘信號消失，只采用發(fā)電調相信號與開關位置進行工況識別將導致轉換過程保護工況識別不連續(xù)。將發(fā)電調相工況停機信號納入組合信號，并采用表3的識別邏輯即可避免轉換過程②工況識別不連續(xù)的風險。

對原監(jiān)控信號經(jīng)過上述的技術處理后，保護投退狀態(tài)實現(xiàn)連續(xù)切換，消除保護投退時序死區(qū)問題。

4 結語

廣蓄電廠接線方式復雜，保護閉鎖由監(jiān)控系統(tǒng)控制，機組啟停過程中多個閉鎖條件切換使得保護行為分析繁瑣。本次國產(chǎn)化改造工程，主要通過重新梳理合并保護閉鎖技術，重構監(jiān)控閉鎖信號，采用監(jiān)控信號與開關/刀閘信號相結合的方法，簡化保護二次回路，完成南瑞繼保公司PCS-985發(fā)變組保護在蓄能機組的首次應用。對原機組保護配置進行進一步完善，新增保護功能有效提高機組運行的可靠性。

[1]王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用[M].北京：中國電力出版社,1996.

[2]蔡鑫貴，史繼莉.廣州蓄能水電廠機組及主變壓器繼電保護的配置與運行[J].繼電器，2006，34（24）：65-69.

[3]王 昕，井雨剛，王大鵬，等.抽水蓄能機組繼電保護配置研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38（24）：66-70.

[4]Siemens AG.發(fā)變組7UM62保護裝置說明書[Z]，2002.

TM77

B

1672-5387（2015）S-0074-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.S.022

2015-10-23

李貽凱（1983-），男，工程師，從事發(fā)電廠機電保護的管理與維護工作。