基于抽水蓄能電站的機組與主變壓器保護閉鎖邏輯問題探究

侯天龍

摘 要：抽水蓄能電站作為一種蓄能式電站，可以在各種工況下運轉，但是對保護配置提出了各自的要求，現在將圍繞抽水蓄能電站的機組與主變壓器保護的配設展開分析，探究了各類工況條件下機組以及主變壓器保護閉鎖邏輯關系。

關鍵詞：抽水蓄能電站；機組；主變壓器；保護

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A

抽水蓄能電站所配置的機組屬于高效機組，能夠執行不同運轉工況，而且各個工況之間能夠靈活轉換，各類工況條件下對應的保護投入也有所差異，所以其保護就要達到最基礎的邏輯運算能力，以及良好的組態功能，實現對各類工況信息的邏輯性分析與計算。

一、機組與主變壓器保護閉鎖影響因素

抽水蓄能電站的機組一般涉及以下方面的工況：發電、抽水、停機穩態、發電等，各個工況之間的變換、轉移、傳輸等如圖1所示。

抽水蓄能電站的機組如果停止運轉，達到穩定狀態，到抽水工況啟動，則需要以SFC靜止變頻啟動作為主體，背靠背運行則為輔助性運行。實際的抽水蓄能機一般受下面因素的干擾：

1.換相

發電和抽水是抽水蓄能電站的兩大工況，所謂的換相就是在這兩大工況運轉過程中，換相刀閘來對應調整相序，此時發電機旋轉也將變化。換相刀閘的具體部位有差異，難免會影響機組保護，開啟抽水工況后，一般是換相刀閘來負責機組換相操作。隨著機組運行方向不斷變化，對應的保護設備也將變化。

2.開啟抽水工況

如果將抽水工況同時對應開啟，具體的啟動方式不管是變頻式開啟，還是同步開啟，流經機組與母線的電流也都將比工頻電流更低，相對的電壓也自然較低，然而，對應的幅值卻會跟隨轉速來逐漸發生變化，通常會因為轉速的升高逐漸走向額定數值。機組實際運行中，應該將電氣保護作為重點參考對象，同時，低頻率狀態下，TV或TA是否可以常規工作、運轉，或者能否有效回避誤動以及拒動問題，也是抽水蓄能機組需要重點考慮的問題。對此，可以將低頻過流保護充當主保護，用在10Hz以下，而且要關閉可能導致誤動、拒動的保護。

3.電氣制動刀的運用

隨著機組逐步停止運行，其轉速也會對應下降，達到額定值的一半，此時如果電氣制動刀開始運行，則將帶動發電機出口三相出現短路問題。可以將勵磁設置于轉子回路，在這種情況下定子電流則會之間失去磁電樞反應，不同于轉子磁動勢，實現制動目標，控制機組停機的時長，如果機組電制動逐步開啟，對應的轉子轉速則慢慢變緩，在這種情況下則要關閉可能發生誤動的保護。

4.其他因素

除了機組以及電氣設備內部因素，其他的外界因素也可能影響機組的安全運轉，例如：天氣因素、氣候條件以及人為操作失誤等，各種外力因素的干擾需要得到控制。

二、機組與主變壓器保護閉鎖的配置

因為運轉工況較為多樣化，因此，對應的變壓器組的內部結構也更加復雜，主要的發電機以及變壓器等選擇來自于先進企業的套裝保護性設備，各自配設了健全的保護性設備，而且采取冗余配設的方式，同時，安裝了特定的故障錄波設備，各自保護柜的TV，TA以及直流電源等都各自設立了回路，這樣才能確保當故障出現時，兩套保護設備能夠交通運行，維持保護的持續。具體的配置見表1。

保護設備能否常規運轉極大地取決于監控系統所傳輸的工況信號，工況轉換操作中，保護性設備將接受來自于信息控制中心的工況信號，參照此信號，各類保護則會直接投切運行，同時，對應的閉鎖裝置也會自動關閉，這其中體現出了抽水蓄能電站機組設計的優點。

三、抽水蓄能電站的機組與主變壓器保護閉鎖實現

1.開入量直接閉鎖

要想實現這一保護，第一步應該在PLC幾點保護系統內部對保護設備外圍開入量電壓閉鎖加以定義，這樣外圍信號就能夠傳輸至閉鎖保護設備。

2.開入量轉換保護定值區

具體的運行原理為：一旦開啟抽水工況，保護設備的定值區則發生轉移，抵達定值B區，如果選擇背靠背開啟模式，則拖動機組保護設備定值區則將朝著C區轉移，各個定值區可以通過軟件調控保護的投切與退出，以此來實現閉鎖。

3.科學解除保護閉鎖

對開入量直接閉鎖方式進行積極地完善與補充，思想自動化開入量電壓的缺失，相反，如果有電壓，保護端繼電器則要加壓勵磁，開啟常閉節點，從而解除閉鎖。

4.中性點接地開關阻斷

如果選擇了背靠背的開啟模式，則機組中性點接地開關如果不閉合則將干擾到位于中性點的保護設備，例如：百分之百的接地保護，拖動機出現自動化開入量直接閉鎖保護的作用，然而，事實上其中性點接地開關中斷情況下，則將閉鎖此保護。

5.刀閘閉合

主要的刀閘指的是機組換向刀閘相關輔助性節點來直接發揮閉鎖保護作用，從而實現雙重閉鎖。集中剖析此抽水站各機組運行工況下保護的配設狀態，能夠得出機組與主變壓器保護閉鎖之間相互性的關聯。

6.發電機A/B組保護

負序過流保護，當開啟發電機出口開關時，投入A組保護，如果采用背靠背的開啟模式，帶動狀態封鎖，百分之百的接地保護，電氣制動狀態下閉鎖，發電機出口位置的開關重新回歸到原位，隔離開關則斷開，當水泵正常運轉時投切運行，逆功率保護，發電機出口位置的開關回歸原位，發電工況工作狀態下投運，F21低頻率過流保護，當機組發電、調節相位、抽水調相中關閉，負序過流保護高定值，一段、二段跳主變壓器B組保護，背靠背開啟運行時，指導狀態發生關閉，發電機出口處的開關處于閉合狀態，同時，水泵在運轉模式下投切，轉子接地保護。

結語

同普通的電站接線相比，抽水蓄能電站更加復雜，而且會出現多重運行工況，各個工況之間需要不斷地轉換。這其中就要求必須深入分析保護性配置以及閉鎖邏輯，參照故障特點以及其他非正常工況等來對應配設保護。控制保護誤動問題，控制保護盲區。

參考文獻

[1]郭永基.電力系統可靠性分析[M].北京：清華大學出版社，2003.

[2]顧圣平，田富強，徐得潛.水資源規劃及利用[M].中國水利水電出版社， 2009.

[3]張兵海，王獻志，等.抽水蓄能機組工況運行對發變組保護的影響[J].水電自動化與大壩監測，2008，32（6）：40-44.