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大型抽水蓄能發電電動機變壓器組繼電保護設計

文檔作者：鄭波文檔來源：中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年05月30日
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第40卷第8期水電站機電技術V01．40 No．8
26 2017年8月Mechanical&amp;amp;Electrical Technique of Hydropower Station Aug·2017
大型抽水蓄能發電電動機變壓器組繼電保護設計
鄭波
(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江杭州31 1 122)
摘要：基于抽水蓄能機組的結構，通過研究機組運行特性，形成大型抽水蓄能發電電動機變壓器組繼電保護設計
的一般原則和典型策略。通過分析進口保護裝置的設計不足，提出適合國產化機組的保護設計方案。
關鍵詞：抽水蓄能；繼電保護；策略
中圖分類號：TV743 文獻標識碼：A 文章編號：1672—5387(2017)08—0026-03
DOI：10．135996．cnki．11-5130．2017．08．008
1引言
近年來，我國抽水蓄能電站的建設步伐呈現加
快趨勢，核準開工數量和規模都達到了歷史新高，加
快抽水蓄能電站的開發建設是今后我國電力發展的
重點方向之一。隨著大型抽水蓄能機組國產化的逐
步實現，繼電保護系統的國產化也日益成熟。抽水蓄
能機組啟停頻繁，運行工況多，繼電保護的配置比常
規水電機組更復雜，對抽水蓄能機組的繼電保護配
置進行深入研究，形成具有普遍指導意義的設計思
路和方案，對提高我國抽水蓄能機組繼電保護的設
計能力和生產效率等具有重大意義。
2保護配置方案
目前，國內已建，在建抽水蓄能機組主接線主
要形式為發變組單元接線，發電電動機出口設置斷
路器，換相隔離開關設在主變低壓側。本文以此為
例，通過分析抽水蓄能機組的運行特性和保護設計
的一般原則，提出大型抽水蓄能發電電動機變壓器
組繼電保護的配置方案。
2．1發電電動機保護配置【表1)
2．2主變壓器保護配置(表2)
3差動保護的優化
3．1提高差動保護的可靠性
發電電動機和主變壓器的每組差動保護均含一
個小差動和一個大差動，可有效消除發電電動機和
主變壓器保護的死區(圖1)。這種方案筆者所在單
位已申請發明專利，專利號ZL2()09 1 0258393，5。
對發電電動機和主變壓器而言，小差動均可全
工況投入。因大差動包含起動母線和被起動母線，在
同步拖動、被拖動過程中，要區別分析。
在同步拖動、被拖動過程中，大差動87G’A、
87G'-B在發電電動機外側的電流互感器并無電流
通過，因此閉鎖并無風險。機組可通過低頻過流來保
護。以往進口保護裝置采用抬高定值的辦法開放該
保護功能，其實沒有必要。
在同步拖動、被拖動過程中，大差動87T’A、
87T’一B在發電電動機側的電流互感器流過的并非
主變電流，會影響主變差動的動作行為，因此應閉鎖
低壓側電流，但大差動仍可投入。以往進口保護裝置
直接閉鎖該保護功能，降低了保護的可靠性。
圖1發電電動機一主變壓器差動保護配置典型方案
收稿日期：2017—06—02
作者簡介：鄭波(1980一)，男，高級工程師，從事水電站電氣二次
專業設計與管理工作。
萬方數據
第8期鄭波：大型抽水蓄能發電電動機變壓器組繼電保護設計27
3．2提高勵磁變保護的靈敏度
勵磁變的阻抗相對較大，勵磁變壓器低壓側發
生短路時，折算到高壓側短路電流非常小。當速斷保
護無法完整反映整個低壓側繞組的短路故障時，為
了提高靈敏度，可以配勵磁變差動保護。勵磁變差動
保護可提高內部故障檢測靈敏度，對于低壓側故障，
其靈敏度遠高于電流速斷保護。但是，勵磁變壓器
兩側電流波形諧波含量較高，對差動保護的整定、算
法需要特別對待。
4保護閉鎖邏輯的改進
國內抽水蓄能電站建設早期，保護裝置隨主機
設備進13。國外進13的保護裝置普遍采用導葉全開
和全關位置作為逆功率保護和低功率保護投退的判
據，實則不妥。
4．1逆功率保護
發電。發電調相：導葉位置從全開到逐漸關閉
的過程中，在空載開度以下時，機組實際上已經要開
始吸收一定的有功，隨著開度的減小，吸收功率增加
直至超過逆功率定值。若選用導葉全關位置作為逆
功率保護退出的判據，可能會造成逆功率保護的誤
動。所以逆功率保護的延時還必須可靠躲過這個過
程，但延時可能較長。若由機組順控流程適時給出閉
鎖令，便不需等到導葉全部關閉，只要到了空載開度
時即可閉鎖。
發電調相_發電：工況轉換至發電穩態后即可
由順控流程發令開放保護功能。若采用導葉全開位
置作為保護恢復的判據：相當于延后了保護功能的
投入，對機組是不利的。
4．2低功率保護
萬方數據
水電站機電技術第40卷
水泵_÷水泵調相：導葉關到抽水工況初始開度
以后應閉鎖低功率保護，而非等到導葉全關位置。對
于工況轉換等過渡過程，考慮到機組本身不在穩態，
應盡早閉鎖相關保護，這個時候由順控流程提供閉
鎖點較為合適。
水泵調相-+水泵：導葉開至抽水工況初始開度
即可由順控流程發令開放保護功能，用導葉全開位
置作為保護恢復的判據也是不合適的。
5保護功能和勵磁調節功能有機配合
根據中國電力科學研究院《華東直調機組網源
協調重要參數核查報告》，發現存在大量發電機組轉
子過負荷綜合能力、定子過負荷綜合能力不能滿足
相關國家標準和行業標準的要求，保護定值與勵磁
系統沒有合理匹配。保護定值過小，保護先于勵磁限
制器動作而動作，嚴重束縛了發電機的過負荷能力，
這些問題不僅直接危及發電機組的安全運行，也威
脅電網的安全穩定運行。
發電電動機、變壓器保護應和勵磁系統各限制
環節匹配。首先，勵磁限制環節應滿足發電電動機許
可的最大工作范圍，在發電電動機、變壓器保護動作
之前發揮作用。勵磁系統過勵磁限制環節應與發電
電動機或變壓器的過激磁保護定值相配合。勵磁系
統定子過壓限制環節應與發電電動機過壓保護定值
相配合。勵磁系統的過勵限制環節的特性應與發電
電動機轉子的過負荷能力相一致，并與發電電動機
保護中轉子過負荷保護定值相配合。
6保護設計的其他問題
器二次回路不正常或斷線時，應發告警信號，除母線
保護外，允許跳閘。《抽水蓄能發電電動機變壓器
組繼電保護配置導則GB／T32898—2016)5．2．1．3 a)提
出，電流互感器二次回路斷線時不應閉鎖差動保
護。后者要求電流互感器二次回路斷線不閉鎖差
動保護，有利于機組的安全，防止發生其他意外，值
得提倡。
6．2軟件換相
抽水蓄能機組的工況轉化，會帶來相序的變化，
為電流、電壓采集帶來困擾。數字式繼電保護裝置通
過軟件已輕松解決此問題。無需切換電流互感器二
次回路或者在換相隔離開關處增加電流互感器。
值得一提的是，抽水蓄能電站同期檢測回路仍
然普遍采用繼電器回路切換的方式保證電壓采集的
正確性。
7結語
本文是在歸納、總結國內已經投產或即將投產
的抽水蓄能機組的設計、運行經驗的基礎上，力求提
煉出大型抽水蓄能發電電動機變壓器組保護設計的
通用性原則和策略，力求使得出的結論科學、嚴密、
適用性廣，以期為后續電站的設計提供有效建議。
參考文獻：
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【3】GB／T32898—2016抽水蓄能發電電動機變壓器組繼電保護
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《繼電保護和安全自動裝置技術規程【5】盧勇，賀儒飛．抽水蓄能機組保護及其控制的一些特殊問題
GB／T14285—2006)4．1．11提出，保護裝置在電流互感的分析Ⅱ]．電氣與自動化，2014，11：39—41．
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(上接第25頁)
阻抗原理時，臨界失步曲線就是其保護動作特性、原
理設計和整定計算的基礎，能否在機端阻抗平面上
精確的繪制出抽蓄機組的臨界失步曲線也就顯得尤
為重要。
(2)當系統運行方式變化、抽蓄機組正常穩態運
行時所帶有功不同時，抽水蓄能機組的臨界失步曲
線所包含的范圍也會發生變化。因此，繪制不同情況
下的抽蓄機組的臨界失步曲線，對電站的運行人員
明確機組的安全運行區域、異常狀況時快速采取適
當的措施都有著相當大的參考價值。
參考文獻：
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【4】崔家佩，孟慶炎，陳永芳，等．電力系統繼電保護與安全自動
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【5】國家電力調度通信中心．電力系統繼電保護規定匯編【M】．北
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