運行抽水蓄能電站保護改造

喬 濤

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

1 惠州蓄能水電廠情況概述

惠州蓄能水電廠位于廣東省惠州市博羅縣，距廣州市112 km，分A廠、B廠建設，第一臺機組于2009年投產(chǎn)，最后一臺機組于2011年全部投產(chǎn)。A廠、B廠工程分別安裝4臺立式單級混流可逆式水泵水輪機-發(fā)電電動機機組，單機容量（發(fā)電工況）300 MW，總裝機容量2 400 MW，額定轉(zhuǎn)速500 r/min。全廠機組的水泵水輪機為單級、豎軸、混流可逆式，電動發(fā)電機為懸吊式。原保護協(xié)調(diào)是隨主機一起引進的阿爾斯通設備，服役年限已到。根據(jù)中國南方電網(wǎng)公司反措要求，運行年限達到12年超期服役的保護設備需進行升級改造，2021年10月從惠蓄A廠4號機組開始陸續(xù)開展發(fā)變組保護升級改造工作，主變保護升級為：南瑞PCS-985TW，機組保護升級為：南瑞PCS-985GW。

2 運行電站保護改造風險及應對措施

惠州抽水蓄能電站保護改造過程中，除改造機組退出備用外，其余機組仍由調(diào)度控制，改造全過程中涉及的工作地點較多且分布在廠房各區(qū)域及500 kV開關(guān)站，實施過程主要存在以下風險：

（1）工作過程中人員走錯間隔，有誤碰帶電設備造成人員傷亡風險。

（2）工作中誤解線、誤接線或解除的線芯未及時做好絕緣，輕則有造成設備功能失效、直流系統(tǒng)接地故障風險，重則有造成燒毀電流回路端子、誤跳500 kV開關(guān)、誤跳運行機組等風險。

（3）靜態(tài)調(diào)試過程中未做好隔離措施、試驗電流或電壓誤加錯回路，有誤跳500 kV開關(guān)、誤跳運行機組風險。

（4）整組傳動試驗時傳動范圍外設備未有效隔離、誤投退壓板、參數(shù)及定值誤整定，有誤跳500 kV開關(guān)、誤跳運行機組、造成保護拒動或誤動等風險。

（5）啟動調(diào)試過程中出現(xiàn)一次設備、機組故障時，由于保護裝置異常、回路不完善、功能未投入、保護拒動等原因，造成未能及時切除故障，有損壞一次設備及機組的風險。

（6）啟動調(diào)試過程中CT極性有誤、定值輸入有誤、壓板投退有誤、回路設計接線有誤，有誤跳500 kV開關(guān)、誤跳運行機組、不能及時切除故障的風險。

針對以上風險保護改造實施過程中制定了應對措施：

（1）在改造區(qū)域與運行設備間，由運行人員設置標志和圍欄，運行設備需設置遮攔，緊鎖柜門，懸掛“運行設備”標志；懸掛“在此工作”標志，嚴防走錯屏柜間隔；所有工作必須兩人一組實施，做到相互監(jiān)督。

（2）工作前將工作范圍外的端子進行密封，貼上禁止操作標識；工作時嚴格執(zhí)行二次措施單制度，記錄每一個二次措施的實施及恢復情況；認真核對圖紙及確定，明確操作端子號，并由一人監(jiān)護一人執(zhí)行；解線之后立刻進行芯號核對，并將線頭做好絕緣。

（3）嚴格按照方案執(zhí)行電壓、電流、控制、信號等回路隔離措施，并填寫二次措施單，由專人檢查并掛牌；試驗線路接入時嚴格按照二次措施單核對端子號，并由一人監(jiān)護一人執(zhí)行，核對無誤方可加壓、通流。

（4）傳動試驗前執(zhí)行二次措施單將本次傳動范圍外相關(guān)控制回路解除；禁止操作壓板提前密封；參數(shù)及定值嚴格按照二次措施單設置，完成后由專人核對；傳動試驗各項操作由總指揮統(tǒng)一發(fā)令執(zhí)行，執(zhí)行每項操作均需有一人負責監(jiān)護。

（5）啟動前確認相關(guān)保護裝置（如發(fā)變組、開關(guān)保護、線路保護等）工作正常、回路完善，開關(guān)傳動正常；新主變保護主保護投運啟動時，避免主保護拒動無法切除主變范圍故障，必須修改500 kV開關(guān)充電保護定值，使其具備快速切除主變范圍故障的能力，同時考慮主變充電時勵磁涌流影響；機組首次并網(wǎng)前要避免差動保護由于CT極性、回路斷線等問題拒動或誤動，不能及時切除故障，而低壓側(cè)無過流保護，低壓側(cè)故障時，由高壓側(cè)過流保護切除，在較短時間內(nèi)切除故障縮短高壓側(cè)過流保護時間。

（6）啟動前由專人按照定值單、壓板表核對定值及壓板投退情況；過程中投退壓板嚴格按照二次措施單執(zhí)行；首次調(diào)相并網(wǎng)階段差動保護未投入，實時核對保護采樣數(shù)據(jù)：電流相序、方向、大小、差流、電壓、有功、無功、工況判斷均正常，方可投入差動保護，若有異常及時停止啟動試驗，發(fā)現(xiàn)回路設計與保護邏輯沖突，應及時溝通設計與廠家進行修改。

3 保護改造CT極性校核

發(fā)變組保護中主要在差動保護計算差動電流時需要考慮CT極性，惠州抽水蓄能電站保護需校核CT極性的保護功能有主變縱差保護1（小差）、主變縱差保護2（大差）、主變零序差動保護、機組縱差保護1（小差）、機組縱差保護2（大差）。原阿爾斯通保護設備的差動算法CT極性均為指向被保護對象（180°接線），現(xiàn)場核實CT一次側(cè)繞組極性均按此要求配置。

南瑞保護設備的差動計算方式與阿爾斯通保護設備有差異，惠蓄抽水蓄能電站保護改造沿用原有CT，因此CT一次側(cè)的極性（P1→P2）無法改變，完成校核后只能在二次側(cè)（S1→S2）進行調(diào)整，并且應確保共用同一CT的不同保護功能極性一致。

南瑞主變保護PCS-985TW的主變縱差保護1（小差）、主變縱差保護2（大差）的差動與原阿爾斯通相同，指向保護對象（180°接線），因而二次側(cè)可以按原方式接線。南瑞主變零序差動保護指向大地（0°接線），一次設備側(cè)該保護采用的主變高壓側(cè)CT自產(chǎn)零序電流極性指向主變，中性點零序CT極性同樣指向主變，不滿足南瑞0°接線的要求，需調(diào)整其中一側(cè)的二次側(cè)繞組接線方式，而主變高壓側(cè)CT還同時用于主變縱差保護1（小差）、主變縱差保護2（大差）中，為確保共用同一CT的不同保護功能極性一致，只能將單獨用于主變零序差動保護的中性點零序CT二次側(cè)反向（S2→S1接地）。

南瑞機組保護PCS-985GW的機組縱差保護1（小差）、機組縱差保護2（大差）與原阿爾斯通不同，為指向發(fā)電方向（0°接線），一次側(cè)設備機端電流CT極性為指向機組，不滿足南瑞0°接線的要求，所以接入機組保護的2組CT二次側(cè)均需反向（S2→S1接地），該兩組CT同時用于主變縱差保護2（大差）中，校核換向后滿足其180°接線要求。

完成CT極性校核后，在首臺機首次抽水調(diào)相并網(wǎng)時機組保護A柜機組縱差保護2（大差）出現(xiàn)了差動電流及負序電流，而機組保護B柜卻沒有，停機檢查并與廠家溝通后確認原因。這是由于機組保護A柜機組縱差保護2（大差）采用的是換相刀五把刀閘的CT，該CT分為五相，跟隨刀閘實現(xiàn)一次側(cè)CT的A、C換相，是根據(jù)原阿爾斯通保護裝置沒有換相功能配置的。而南瑞保護默認為一次側(cè)CT不能換相，進行了泵工況下A、C軟件換相處理，造成了重復換相，因而出現(xiàn)了差動電流和負序電流。改造決定由南瑞進行軟件修改，增加選項確認是否進行泵工況A、C相軟件換相，并取消了機組保護A柜該CT的軟件換相。

4 保護裝置工況判別

抽水蓄能機組工況復雜，不同工況投入的保護功能不同，惠州抽水蓄能電站機組保護功能閉鎖情況見圖1，若工況判定有誤未能完成閉鎖將造成保護誤動。原阿爾斯通保護設備工況判定主要靠監(jiān)控系統(tǒng)提供判定信號，較為依賴監(jiān)控系統(tǒng)，理論上在監(jiān)控系統(tǒng)故障提供判定信號錯誤或丟失的情況下存在保護誤動的風險。惠州抽水蓄能電站運行歷史上阿爾斯通監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，并未出現(xiàn)監(jiān)控工況信號故障引起保護誤動的情況。

圖1 保護功能工況閉鎖表（B表示功能閉鎖）

改造的南瑞機組保護PCS-985GW裝置采用刀閘及斷路器信號結(jié)合監(jiān)控信號進行工況判斷，對比原阿爾斯通設備需增加接入保護的信號有：換相開關(guān)發(fā)電機位置信號、換相開關(guān)電動機位置信號、拖動開關(guān)合閘位置信號、電制動開關(guān)合閘位置信號，加上原有的發(fā)電機斷路器分閘位置信號，和監(jiān)控提供的水泵調(diào)相模式信號及發(fā)電調(diào)相模式信號進行工況判斷。例如：換相開關(guān)發(fā)電機位置＝1 and發(fā)電機斷路器分閘位置=0 and 發(fā)電機調(diào)相模式=0，判別為發(fā)電運行工況；換相開關(guān)電動機位置=1 and發(fā)電機斷路器分閘位置=0 and 水泵調(diào)相模式=1，判別為水泵調(diào)相工況；被拖動開關(guān)合閘位置＝1 and發(fā)電機斷路器分閘位置=1，判別為被拖動運行工況。這種判別方式降低了對監(jiān)控系統(tǒng)的依賴，但是要求提供較多的刀閘位置接點信號，原設備配置相關(guān)接點信號數(shù)量不足，保護占用后監(jiān)控及事故后備PLC等設備無接點信號可用。現(xiàn)場改造采取原有刀閘位置接點信號優(yōu)先滿足保護系統(tǒng)，剩余接點采用擴展繼電器進行擴展的方式進行處理，保障了保護工況判斷信號的可靠性。

5 結(jié)語

抽水蓄能電站機組運行工況復雜，運行過程中存在需要建立電氣軸的背靠背工況，各機組間一次、二次設備均有關(guān)聯(lián)。運行抽水蓄能電站改造需要做好全面的安全隔離措施，通過技術(shù)資料核對及現(xiàn)場試驗分析，充分發(fā)現(xiàn)改造設備與原有設備配置區(qū)別造成的問題，并采取合理的處理措施，才能保證改造過程不影響投運機組、設備的安全運行，保證改造機組保護設備投運后安全可靠。