抽水蓄能電廠機組保護探析

靳曉棟

摘 要：抽水蓄能電廠機組運作工況有兩種形式，面臨的風險因素較多，需要采取有效的保護措施，確保機組能夠安全運行。本文對抽水蓄能電廠機組進行了簡要介紹，然后對機組保護系統(tǒng)進行了分析，希望能引起相關人員的注意。

關鍵詞：發(fā)電；水泵；機組保護；抽水蓄能

1 概述

抽水蓄能電廠相對于核電廠和風電廠來說，其運行成本低，穩(wěn)定性高，容量大，因此在電網(wǎng)系統(tǒng)中具有重要地位。近年來，我國逐漸加大了抽水蓄能電站的建設力度，對穩(wěn)定電力系統(tǒng)、促進經(jīng)濟穩(wěn)步發(fā)展具有重要作用；然而，我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活對電能的需求逐漸增加，抽水蓄能電站面臨巨大的運行壓力，如何做好機組保護工作，確保電站的安全運行就顯得十分必要。

2 抽水蓄能電廠機組保護

2.1 理論概述

抽水蓄能電站是利用低估時期富裕電力做抽水工作，將水從下水庫抽至上水庫，這一過程是電能轉化為勢能的過程；在用電高峰期，將水從上水庫下放，利用水的勢能對發(fā)電機組做功，產(chǎn)生電能，補充高峰期時段電力的不足。由以上原理可知，抽水蓄能電廠機組需要具有良好的啟、停反應機制，靈活的負荷調(diào)節(jié)能力，通過科學調(diào)度，達到調(diào)峰填谷、事故備用的目的。

2.2 機組保護分析

抽水蓄能電廠機組啟動、停止次數(shù)較多，作業(yè)方式轉換頻率大，增加了機組的運行風險。為了確保機組的安全運行，機組運行管理人員需要針對不同的運行作業(yè)方式，制定合理的保護措施。抽水蓄能電廠機組工作時，需要進行抽水和發(fā)電兩種操作，則機組旋轉方向有兩種，通過換向刀閘完成，如圖1所示。

當機組需要抽水時，接通C相，需要閉合2、3、5極；需要發(fā)電時，則應該連通A相，需將1、3、4級閉合。機組執(zhí)行換相操作時，會對繼電保護帶來影響，主要表現(xiàn)在兩方面，其一是進行跨過換相刀的主變大差動保護時，會產(chǎn)生高低壓側相與相之間的不對應，需要在二次回路上進行補充保護；其二是機組作業(yè)方式有兩種，運行環(huán)境也有兩種，在對電壓、電流相序進行保護時，需要設置兩套保護裝置，以適應不同的運行環(huán)境。例如，進行相序監(jiān)視保護時就需要設置兩套保護裝置，除此以外，負序保護和失磁保護同樣需要設置兩套，以對應不同旋轉方向時的工況，而且每套保護裝置都要在不對應旋轉方向時鎖閉；低功率保護和濺水功率保護用于抽水作業(yè)保護，即電動機方向；逆功率保護則用于發(fā)電方向；功率保護和失磁保護設置時，要對旋轉方向進行準確設定。各部分保護裝置的設置目的分別為：①相序監(jiān)視保護。抽水蓄能機組有兩種作業(yè)方式，需要在兩相間進行轉換，為確保換向的正確性，配置了相序監(jiān)視保護系統(tǒng)，該系統(tǒng)可通過發(fā)射信號提醒機組是否轉向正確；相序監(jiān)視保護系統(tǒng)采用電壓繼電器，當機組處于發(fā)電工況時，勵磁在轉速達到90%后才能運行，此時可判斷轉向是否正確。②低頻過電流保護。機組處于抽水狀態(tài)時，水泵啟動的初始階段，電流頻率由小逐漸增大，然后達到正常運行條件。在這個漸變過程中，差動保護裝置由于無法達到運行條件而不能執(zhí)行保護動作，為保護機組設備，此時需要配置低頻過電流保護，以適應低頻狀態(tài)下的過電流保護；對采集周波樣進行分析可知，這一保護動作時間至少為40ms。③逆功率保護。抽水蓄能機組的作業(yè)方式有抽水和發(fā)電兩種，機組在兩種工況下運行時會出現(xiàn)S區(qū)。若在抽水狀態(tài)下，水輪機空載運行達到額定轉速時，或者機組并網(wǎng)后在低負載狀態(tài)下運行時，流量較小，機組在S區(qū)的穩(wěn)定性下降，就可能進入反水泵工作環(huán)境，即機組可能會從利用電能做功，增加機組的振動，為此配置逆功率保護系統(tǒng)，當水泵在非法條件下?lián)Q相時將其閉鎖，達到保護機組的目的。④低功率保護。蓄能機組在水泵工況時，利用電能做功，將下水庫的水抽到上水庫。在抽水過程中，水泵一旦失電，處于壓力鋼管中的水會逆向下落，對處于抽水狀態(tài)的機組產(chǎn)生制動作用，甚至會改變其旋轉方向，損害機組性能。為減少低功率時帶來的危害，設置了低功率保護系統(tǒng)，當電動機的實際功率降到限定值時，保護系統(tǒng)發(fā)出跳機指令，關閉導葉，保護機組免受損害。⑤濺水功率保護。啟動水泵工況時，機組拖至額定轉速需要一個充水排氣的過程，這個過程中涉及的操作有壓水，將機組轉至調(diào)相狀態(tài)，然后轉向水泵狀態(tài)，以確保導葉打開時水泵不抽空。濺水功率保護系統(tǒng)設置的主要目的是向監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)送排氣狀況信息，控制程序執(zhí)行，不執(zhí)行跳機動作。⑥失磁保護。DRS系統(tǒng)失磁保護主要根據(jù)轉子角和勵磁電流兩個指標進行判斷。其中轉子角是指電機內(nèi)電勢E與外系統(tǒng)電壓VS之間的夾角，圖2所示。

機組靜態(tài)穩(wěn)定限制決定轉角設定，若轉角大于設定值，且滿足勵磁電流降低依據(jù)，則短延時跳閘；若不滿足，則長延時跳閘。該保護的整定包括等效系統(tǒng)電抗、電機交軸電抗、失步角、延時、勵磁電流、電壓相序。失磁保護涉及到了V和I，因此需要對發(fā)電方向和水泵方向分別設置獨立的保護系統(tǒng)。

3 結束語

抽水蓄能電廠對調(diào)整用電峰谷，滿足我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用電方面具有重要作用，是我國電力系統(tǒng)的重要組成部分，需要采取有效的安全防護措施，保障電廠機組安全運行。抽水蓄能電廠機組運行期間會涉及兩種工況，因此在部分安全防護環(huán)節(jié)，需要設置兩套保護系統(tǒng)，以滿足發(fā)電和水泵兩種工況安全運行的需要。

參考文獻

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