300MW级抽水蓄能机组继电保护原理优化研究

300MW级抽水蓄能机组继电保护原理优化研究
作者：白仕光，张译天，王关人
来源：《中国新通信》 2018年第16期
白仕光张译天王关人大唐东北电力试验研究院有限公司
【摘要】针对 300MW 级抽水蓄能机组继电保护中存在的问题进行研究分析，本文主要分
析了主变压器差动逻辑优化、差动保护交叉配置的优化研究，以及注入式定子接地保护的优化，对 300MW 级抽水蓄能机组继电保护里水泵保护的建议。

【关键词】 300MW 级抽水蓄能机组主变压器注入式定子接地保护
300MW 级抽水蓄能机组具有较高的制造难度与较高的制造成本，并且具有相应的较高要求
的机组性能的保护。

以往欧美发达国家垄断了大型抽水蓄能机组的保护，设计图纸和相应的技
术都要从外国引进，导致引进的设计和技术与我国部分情况不能很好的适应。

在 300MW 级抽水蓄能机组中不能盲目的应用以往的保护原理。

现阶段我国已打破了继电保护厂家的垄断，300MW 级抽水蓄能机组广泛应用到较多的工程中，并具备相对成熟的经验。

一、保护配置的特点
1.1 保护配置的合理性
发电的电动机具有两套相互独立的保护装置，且每套的保护均具有各自的出口跳闸回路以
及电源。

以保证在实际运行中，及时一套保护出现了短时间内的运行退出现象，另外一套仍旧
可以正常工作，从而起到保护的作用，并使设备可以继续运行。

1.2 保护相序设置
发电工况在运行时，发电机利用发电的开关同系统进行连接，而与电网具有相同性，机组
运行时的电流相续和电压均为顺时针的方向。

电动工况在运行时，发电机的转子进行反向旋转，此时是作为电动机进行运行的，并且机组运行时的电流相续和电压与电网刚好相反是逆时针的
方向。

因为发电的电动机在作为电动机和作为发电机运行时的转向不同，所以需要定子相序进
行切换。

从而对二次电压进行保护，并使电流发生变化。

二、发电电动机和主变压器差动保护配置优化
在抽水蓄能机组的机电保护中差动保护占据着重要地位，但至今没有统一的抽水蓄能机组
的差动保护配置。

各个生厂厂家的做法各不相同，各个电站也有不同的配置，且具有一定的复
杂性。

不同的抽水蓄能机组差动保护装置在运作上的方式也是不同的，因此在配置优化的过程
中还有做出针对性的考虑。

对于抽水蓄能机组机电保护中的差动保护配置进行优化可对主保护进行适当的简化。

在该
套优化方案中，主变压器小差、发电电动机小差在不受闭锁方式的影响下，分别保护主变压器
的本体与发电电动机的主体。

而发电电动机小差、主变压器大差进行交叉并网后无保护死区。

主变压器大差的保护进行优化可对并网前存在的问题有效解决。

发电电动机的部分出现故障，
故障电流流过机端电流互感器，此时未并网，因此不计入，主变压器大差未出现差流，所以不
会出现动作。

三、发电电动机定子接地保护 -- 注入式定子接地保护
低频电压的信号利用变压器进入机组的定子绕组对地的零序回路例，对定子绕组对地绝缘
情况进行相应的检测即为注入式定子接地保护的原理。

该原理在 300MW 级抽水蓄能机组中具有较为独特的有利点。

根据相关的分析非全相运动的文献，得出进行非全相运动时，会产生相应的零序、负序的
分量，接地方式、负载阻抗等多因素都会对分量的大小产生影响。

多次进行非全相运动时间的
统计在 100ms 至 200ms 内，注入式定子接地保护应可靠躲过改时间，可选择 0.3s 及其以上
的延时制定。

四、水泵启动过程保护
可通过以下几个方面进行配制：主保护选择较低频率的差动保护，后备保护选择较低频率
的过流保护，并能可靠躲过最大不平衡电流；反映定子接地故障的保护，配置中性点低频零序
电压保护，动作值也宜适当提高，可靠躲过低频三次谐波分量的影响；电压相序保护，用于鉴
别发电电动机旋转方向与换相开关位置不一致的机组异常运行。

五、结语
上文根据 300MW 级抽水蓄能机组机电保护原理进行了优化，并提出以下几个优化建议：当出现主变压器差动保护配置方案与发电电动机差动保护的配置方案不统一时，可在保障保护性
能不变的前提下，利用机端交叉的方式进行差动保护配置的简化，对电流互感器的数量进行相
应的减少。

在进行机组的启动时有保护死区存在于主变压器的差动保护中，因此，发电电动机
机端电流不应计入并网前的差流计算。

而不是盲目的将差动保护闭锁，实现主保护性能的提升。

被拖动开关三相动作的不一致对注入式定子接地保护产生影响，对于延时的定值需躲过非全相
的运行时间，因此，可以选择 0.3 秒及其以上。

300MW 级抽水蓄能机组进行较为频繁的启动，对启动的过程要进行相应的保护，可从定子接地保护、横差保护、低频下的快速差动保护进行，并对低频主保护的性能进行提高。