第３８卷第５期 ２０１２年５月 水力发电 蒲７５河抽水蓄能电玷发变组 继电保手户的设计及特点 杨光华 ，栾德艳 ，常 颖 ，彭 惊 （１．中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春１３００２１； ２．辽宁蒲石河抽水蓄能有限公司。辽宁丹东１ １８２１６） 摘要：介绍了蒲石河抽水蓄能电站发变组继电保护的配置及设计情况。发变组继电保护具有双重化配置、高可靠 性软件切换、保护不依赖监控而独立运行等特点。针对现场调试过程中出现的问题，优化了背靠背起动过程断路器 跳闸方案，重新选择了转子一点接地保护装置，分析了定子接地保护的正确动作，增加了控保屏下的铜带接地。现 场调试的经验可供其他抽水蓄能电站借鉴参考。 关键词：发变组；继电保护；设计；接地保护；蒲石河抽水蓄能电站 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ－ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｕｎｉｔ Ｒｅｌａｙ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎ Ｐｕｓｈｉｈｅ Ｐｕｍｐ－ｌｓｔｏｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｙａｎｇ Ｇｕａｈｕａ ，Ｌｕａｎ Ｄｅｙａｎ ，Ｃｈａｎｇ Ｙｉｎｇ’，Ｐｅｎｇ Ｌｉａｎｇ （１．Ｃｈｉｎａ Ｗａｔｅｒ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ，Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２１，Ｊｉｌｉｎ，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｕｓｈｉｈｅ Ｐｕｍｐｅｄ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｄａｎｄｏｎｇ １ １８２１６，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ——ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｕｎｉｔ ｒｅｌａｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｐｕｓｈｉｈｅ Ｐｕｍｐ——ｓｔｏｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｈｅｒｅｉｎ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｈａｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｗｏ ｓｅｔｓ ｏｆ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔａｎｄ－ｂｙ ｔｏ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ，ｍｏｒｅ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ，ａｎｄ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈｏｕｔ ｒｅｌｙｉｎｇ ｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ｆｏｒ ｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎｉｎｇ ｔｅｓｔｓ，ｔｈｅ ｂｒｅａｋｅｒ ｔｒｉｐｐｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ ｄｕｒｉｎｇ ｂａｃｋ－ｔｏ－ｂａｃｋ ｓｔａｒｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ，ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｏｎｅ—ｐｏｉｎｔ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｓ ｒｅ—ｓｅｌｅｃｔｅｄ，ｔｈｅ ｒｉｇｈｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｔｏｒ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ａｎａｌｙｓｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｐｐｅｒ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｔｏ ｕｎｉｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｂｏａｒｄ ｉｓ ａｌｓｏ ａｄｄｅｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ ｏｆ ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎｉｎｇ ｔｅｓｔｓ ｃａｎ ｂｅ ａｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｔｏ ｏｔｈｅｒ ｐｕｍｐｅｄ—ｓｔｏｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｇｅｎｅｒａｔｏｒ－ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｕｎｉｔ；ｒｅｌａｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｄｅｓｉｇｎ；ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；Ｐｕｓｈｉｈｅ Ｐｕｍｐｅｄ－ｓｔｏｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ 中图分类号：ＴＭ７７２（２３１） 文献标识码：Ｂ 文章编号：０５５９—９３４２（２０１２）０５－００７５—０３ 浦石河抽水蓄能电站安装４ 单机容量３００ 置有：纵联差动保护、过负荷保护、轴电流保护、 ＭＷ的水泵水轮机一发电电动机组，总装机容量 横差保护、９５％定子接地保护、过激励保护、低电 １ ２００ ＭＷ， 线电压等级５００ ｋＶ。发电机与主变压 压过流保护、失磁保护、失步保护、逆功率保护、 器之问的连接采用发电机一变压器单元接线方式。每 过电压保护、发电工况相序保护、发电Ｔ况负序过 ２组单元在变压器的高压侧联合，以１回５００ ｋｖ 流保护、低频保护、水泵工况负序过流保护、水泵 线送至丹东北变电所。电站５００ ｋＶ部分共装设３组 丁况低功率保护、次同步过流保护、水泵Ｔ况相序 断路器，构成２进１… 角彤电气主接线形式。首 保护。Ｂ套保护配置有：纵联差动保护、过负荷保 臼４号￣４Ｌ组已于２０１ １年１２月３０日完成了１５灭试 护、转子一点接地保护、横差保护、１００％定子接地 运行。 保护、过激励保护、低电压过流保护、失磁保护、 １发变组保护配置 收稿日期：２０１２—０３—１２ １．１ 发电电动机保护配置 作者简介：杨光华（１９６５一），男，吉林长春人，高级工 师 发电电动机共配置Ａ、Ｂ ２套保护，Ａ套保护配 长期从事水电站电工二次专业的设计工作． ＷａｔｅｒＰｏｗｅｒ Ｖｏ１．３８Ｎｏ．５困 失步保护、逆功率保护、过电压保护、发电工况相 序保护、发电工况负序过流保护、低频保护、水泵 工况负序过流保护、水泵工况低功率保护、次同步 过流保护、水泵工况相序保护、发电电动机出口断 路器失灵保护。 １．２励磁变压器保护配置 励磁变乐器共配置Ａ、Ｂ ２套保护，Ａ套保护为 速断保护，Ｂ套保护为过流保护。 １．３主变压器保护配置 主变压器共配置Ａ、Ｂ ２套保护。Ａ套保护有： 纵联差动保护、过激励保护、过流保护、零序电流 保护、低压侧接地保护。Ｂ套保护有：纵联差动保 护、过激励保护、过流保护、零序电流保护、低压 侧接地保护。 变压器本体保护包括：重瓦斯保护、轻瓦斯保 护、温度保护、压力释放装置、冷却系统保护、油 位保护。变压器本体保护的功能在主变压器Ｂ套保 护屏内实现。当主变Ａ或Ｂ套微机保护退出后，非 电量保护仍然能跳闸、停机、报警等。 ２发变组保护设计的特点 ２．１双重化配置 蒲石河发变组继电保护装置采用西门子公司的 数字式微机保护。包括发电电动机和主变压器、励 磁变的保护，采用双重化配置。发电机保护两面屏， 分别装有发电机的Ａ、Ｂ套保护，各自独立。变压 器保护两面屏，分别装有变压器的Ａ、Ｂ套保护， 各自独立。当东北电网急需蒲石河担任调峰、填谷、 调频和事故备用时，如果此时发电机的Ａ（Ｂ）套保 护或变压器的Ａ（Ｂ）套保护其中１套或２套同时故 障需要退出时，只剩下的发电机的Ｂ（Ａ）套保护和 变压器的Ｂ（Ａ）套保护，机组仍可以有保护允许短 期继续运行。如果此时发电机的Ｂ（Ａ）套保护或变 器的Ｂ（Ａ）套保护其中一套或两套同时有故障需 要退出时，只剩下的发电机的Ａ（Ｂ）套保护和变压 器的Ａ（Ｂ）套保护。机组仍然可以有保护允许短期 继续运行。真正实现了双重化。 ２．２高可靠性的软件切换 与常规机组保护相比，抽水蓄能机组的保护要 考虑换相和低频特性。利用软件切换方便的特点， 按照不同工况，投入、切除、闭锁保护。 ２．３两套定子接地的投切情况 定子接地采用外加２０ Ｈｚ电源的保护 在机组 的启动过程中，两套定子接地保护之间按如下顺序 配合：０～１０ Ｈｚ时Ａ套９５％定子接地保护自动退出， Ｂ套１００％定子接地保护自动投入；１０～４０ Ｈｚ时Ａ 困ＷａｔｅｒＰｏｗｅｒ Ｖｏ１．３８Ｎｏ．５ ＺＵＩＺ 月 套９５％定子接地保护自动投入，Ｂ套１００％定子接地 保护自动退出；４０～５０ Ｈｚ时Ａ、Ｂ两套定子接地保 护均自动投入，保护整个定子绕组范围。 ２．４保护不依赖监控而独立运行 抽水蓄能电站运行工况复杂。不同运行Ｔ况需 要配置不同的继电保护、不同的定值以及不同的保 护跳闸输｝Ｈ。蒲石河抽水蓄能电站发变组保护设计 对以下２个方案进行了研究。 （１）方案一。由计算机监控系统提供运行工况 条件或外部搭接逻辑实现保护投退功能。由于继电 保护对可靠性的要求远大于监控系统，在事故情况 下，需要继电保护１００％可靠动作，而计算机监控系 统很难满足这一要求。 （２）方案二。发变组保护不依赖监控而独立运 行。为使继电保护不依赖监控而独立运行，我们利 用西门子供货的７ＵＴ６１３，７ＵＭ６２２，７ＵＴ６３５， ７ＵＭ６１２等保护装置本身具有的开关量输入通道及 逻辑编程功能，将发电机出口断路器、拖动开关、 被拖动开关、换相开关、短路开关、中性点接地 开关、导叶位置开关等开关量信号，经过逻辑组 合，编制出抽水运行工况、抽水调相Ｔ况、发电运 行工况、发电调相工况、电气制动Ｔ况、抽水起动 工况等，这些工况可能不完全符合机组实际工况， 但能够涵盖机组的运行工况，简单、可靠、实用。 当计算机监控系统故障时，发变组保护仍能独立 运行。 经研究，设计最终采用方案二，蒲石河发变组 保护能够不依赖监控而独立运行，增加了机组运行 的可靠性。 ３现场调试中遇到的问题 ３．１ 背靠背起动过程事故处理 发电机在背靠背启动过程中发生故障时，由于 处于低频状态，连接２台机组的断路器不能分闸。 当频率低于２０ Ｈｚ时，如果分开机组出口的断路器， 就会烧毁该断路器。如果单独分开一台发电机的磁 场断路器，又会造成发电机失磁，为此，我们考虑 同时跳开两台机的磁场断路器的方法，既可以跳『申Ｊ 灭磁，又不会扩大事故。要保证两台机的磁场断路 器同时跳开，这就需要通过硬接线下发跳闸命令。 由于两台机组背靠背启动时．拖动、被拖动组合较 多，硬接线跳闸逻辑将十分复杂。设计单位与西门 子公司合作，利用保护装置的跳闸矩阵，增加背靠 背跳闸条件，由监控预先沟通跳闸通道，一旦发生 故障，可立即将拖动、被拖动机组同时跳闸灭磁。 该方案具有接线简单、可靠，可在其他抽水蓄能Ｔ 第３８卷第５期 杨光华，等：蒲石河抽水蓄能电站发变组继电保护的设计及特点 程的发变组保护中应用。 现场测量．４号发电电动机组的定子阻值大于整定 ３－２转子一点接地保护选择 在现场调试过程中．发现发变组的供货商两门 子公司和励磁系统的供货商阿尔斯通公司分别提供 了一套转子一点接地保护。 阿尔斯通公司成套供货的ＭＸ３ＩＰＧ２Ａ转子接地 值，定子的绝缘情况良好。但ＳＦＣ装置同路，在启 动初期０～５ Ｈｚ时阻值小于定子接地的整定值，因此 １００％定子接地保护动作是正确的。说明ＳＦＣ装置回 路的绝缘阻值不合格。 由于ＳＦＣ的供货商没有即时查出ＳＦＣ装置接地 的原因．为不影响水泵工况调试的直线工期．设计 单位采用临时措施，在０～５ Ｈｚ时闭锁１００％定子接 保护，经查该保护装置接地电阻设置值为０．２～４ ｋＱ。根据Ｄ ５ｌ７７—２（）（】３《水力发电厂继电保护 导则》中“保护装置的灵敏度不宜低于１０～２０ ｋＱ”。 地保护的跳闸，仍保留报警功能。确保ＳＦＣ成功拖 动４号发电电动机组，向上库抽水。随后ＳＦＣ供货 商查出ＳＦＣ装置接地的原因是输入变的星形绕组的 中性点不正确接地．因此现场取消当０～５ Ｈｚ时闭锁 １００％定子接地保护跳闸的临时措施。 设计单位认为阿尔斯通励磁屏成套供货的 ＭＸ３ＩＰＧ２Ａ转子接地保护定值灵敏度不能满足我国 继电保护整定要求。 西门子公司提供的转子一点接地保护，采用了 两门子公司独特的１～３ Ｈｚ低频方波注入式原理，灵 敏度高达８０ ｋＱ。保护能连续不断地监测励磁绕组 的对地绝缘值。可有效消除大型机组转子回路对地 电容对转子接地保护的影响：可有效消除励磁电压 变化对转子接地保护的影响；可有效消除励磁回路 西门子的定子接地保护，在线监测定子回路的 阻值。在ＳＦＣ拖动４号机组的调试Ｔ程中，起到了 监测报警的作用。 ３．４增加控保屏下的铜带接地 蒲石河的洞口中控楼、副厂房１３．２０ ｍ高程、 发电机层、地下ＧＩＳ室、地面５００ ｋＶ开关站控保屏 高次谐波（主要为３００ Ｈｚ）对转子接地保护的影响； 可不受机组运行状态的影响，在停机的过程中依然 有效。 因此，最终选用ｒ西门子转子一点接地保护装 置．取消了阿尔斯通励磁屏成套供货的转子一点接 地保护装置 当初没有设铜带接地。在此之前，我院常规电站 及蓄能电站控保屏也没有设铜带接地。经调研其他 工程的安全鉴定经验及参考专家意见，结合蒲石河 部分地方已经施工完毕的情况，在施工过程中，将 上述地点的控保屏增加了铜带接地，增加了发变 组继电保护装置和其他保护装置的抗电磁干扰的 能力。 ３．３有关定子接地保护正确动作的分析 在ＳＦＣ拖动４号发电电动机组的启动过程巾， 多次发生１００％定子接地保护动作跳闸、停机。经 （责任编辑高 瑜） ．Ｓ ．Ｓ屯．Ｓ —Ｓ —Ｓ —Ｓ ． —址—址—Ｓ —Ｓ —Ｓ ．Ｓ吐－ —Ｓ屯—Ｓ —Ｓ — 止． Ｌ．址 —Ｓ —Ｓ —ｓ止．Ｓ止．Ｓ ．Ｓ —Ｓ也 —址—Ｓ —Ｓ —址—址—Ｓ —Ｓｌ上 ． ｔ—址—Ｓ 广告口口 ～ 目次 长沙华能自控集团华自科技股份有限公司…西安联能自动化工程有限责『工公司………封二 前插１ 郑州机械研究所……………………………前插１２ 北京奥技异电气技术研究所………………前插１３ 国网电力科学研究院南京南瑞集团公司……… ……………………………………………埃克森美孚公司……………………………前插１４ 挪曼尔特（上海）贸易有限公司…………前插１５ 株洲南方阀门股份有限公司………………前插１６ 山西黄腾化工有限公司……………………后插１ 北京木联能软件技术有限公司……………后插２ 西安联能自动化工程有限责任公司………后插３ 前插２、３ 前插４ 北京时代中基科技发展有限公司…………中国水电十一局郑州科研设计有限公司…杭州国电大坝安全工程有限公司…………前插５ 前插６ 柳州欧维姆机械股份有限公司……………前插７ 基康仪器（北京）有限公司………………前插８ 南京科明自动化设备有限公司……………前插９ 北京华科同安监控技术有限公司……前插１０、１１ 北京中水科海利工程技术有限公司…后插４、封三 中铁岩锋成都科技有限公司…………………内９３ 无锡俊达机电制造有限公司…………………内９４ Ｗａｔｅｒ ＰｏⅢｅｒ ０ｆ．粥Ｎｏ．５囫