西门子发变组保护在长龙山抽水蓄能电站机组的应用

西门子发变组保护在长龙山抽水蓄能电站机组的应用

徐铭

（西门子电力自动化有限公司  南京  211000）

摘要：随着能源需求的不断增长和环境保护意识的提高，抽水蓄能电站作为一种新型的清洁能源发电方式，受到了越来越多的关注。抽水蓄能电站是一种将低峰电能转化为高峰电能的电力储能系统，其基本原理是利用低峰电能将水从下池抽到上池，并科学安排发电量。抽水电站是一种能够将水能转化为电能的设施，它可以将上水池中的水通过管道流入到下水池中，实现水能的储存和转化。抽水蓄能电站具有储能量大、调峰能力强、响应速度快、环保节能等优点，是一种非常有前途的清洁能源发电方式。本文将以长龙山抽水蓄能电站机组为案例，深入探讨机组保护在识别运行工况方面的重要作用，并对机组保护的配置和换相进行探讨。

关键词：西门子发变组保护；长龙山抽水蓄能机组；运行工况；换相；应用

引言

抽水蓄能电站机组是抽水蓄能电站的核心部件，其工作稳定性和可靠性对整个电站的运行效率和安全性有着至关重要的影响。为了保证机组能够安全稳定地运行，需要对机组进行保护，而西门子发变组保护是一种专门针对发电机和变压器的保护装置，能够快速、准确地识别故障并采取有效措施切除故障，是确保机组安全、稳定运行的关键。长龙山抽水蓄能电站是我国重要的水电站之一，也是国家重点工程之一。其中机组由六台三十五万千瓦的机组通过“抽发转换”，进行“削峰填谷”，保障电网安全稳定运行。

一、抽水蓄能机组运行工况组成

现如今，我国的抽水蓄能电站机组可以运行在停机（S）、旋转备用（SR）、发电（G）、抽水（P）、发电调相（CG）和抽水调相（CP）六种不同的工况。

停机（S）指的是机器进入S（Standstill）状态，它将停止运行并且不再执行任何任务。

旋转备用（SR）是指旋转备用状态，当发电机出口开关出现不合时，发电机会以额定转速空载进行旋转，以保持其运行状态。

发电（G）指的是发电条件，当发电机输出开关关闭并且系统与电网同步时发生。

抽水（P）是指机组用于抽水的运行状态。在该工况下，需打开球阀和调速器导叶，以便开始抽水操作。

发电调相（CG）是指在发电过程中，为了使发电机组能够达到同步调相工况，需要进行一系列的操作。首先，开启关球阀，控制水流量，确保水轮机的转速稳定。然后，调整导叶角度，控制水轮机输出功率。最后，进行压水操作，控制水轮机的转速和输出功率。

抽水调相（CP）是一种特殊的工作状态，其特点是抽水方向与调相同步。为了进入CP状态，在启动时对转轮室进行充气压水，并使机组达到额定转速。

二、抽水蓄能机组保护对运行工况的判别

目前，我国已经开始生产抽水蓄能机组，并采用多种方式对其运行工况进行判别，以保护机组的正常运行。在实际应用中，开入量直接闭锁保护方式是最常用的方式，它是一种电气保护方式，用于保护电气设备免受过电流或过电压的损害。该保护方式通过检测电气设备的开入量（如开关、按钮等）的状态来触发保护动作，从而切断电气设备的电源，防止设备受到损害。②该装置能够根据输入的信号，自动调整运行模式，以适应不同的工作环境和需求。保护装置利用开入量定义运行工况方式是指，保护装置通过检测电力系统中的开关、断路器等开入量，来确定电力系统的运行工况。③监控系统可以通过运行工况状态量的方式来提供信息。这种方式通常是通过中间继电器接点的开入，把信息传递到保护装置。在上述三种运行工况中，①和②不受监控系统的限制，大多数据为现场设备采集而来。③由于保护装置的运行工况状态量是由监控系统提供的，因此其受限于监控系统的运行状况，安全可靠性较低。

三、长龙山抽水蓄能机组运行工况的判别方法

长龙山抽水蓄能电站6台35万千瓦的机组使用西门子第5代继电保护产品SIPROTEC5,模块可组合可扩展，目前是西门子保护最先进的产品，在全球范围使用。

3.1一次设备的位置接入装置开入判别工况，见图1。

（备注：√表示工作位。）

发电调相运行判别条件：机端断路器合位、PRD发电位、导叶行程全关都在工作位。发电运行判别条件：机端断路器合位、PRD发电位、导叶空载以上都在工作位。

发电方向起动判别条件：机端断路器分位、PRD发电位、起动刀合位都在工作位。

抽水调相运行判别条件：机端断路器合位、PRD抽水位、导叶行程全关都在工作位。

抽水运行判别条件：机端断路器合位、PRD抽水位、导叶空载以上都在工作位。

抽水方向起动判别条件：机端断路器分位、PRD抽水位、起动刀合位都在工作位。

这种方法是基于机组一次设备的分合状态来进行工况判断的，当机械式辅助触点出现未闭合或中间二次回路断线时，装置会发出报警并进行闭锁响应保护，以避免位置异常导致误判。

3.2长龙山抽水蓄能机组开关位置异常判别

长龙山抽水蓄能电站机组电气一次、二次回路开关位置出现故障，就会影响保护运行工况的判别，会引起保护误动。

GCB断路器分位和合位接入保护装置，保护装置正常能接收到GCB断路器分位或GCB断路器合位，如果保护装置同时接收到GCB断路器分位合位或者接收不到GCB断路器分位合位，就此判别出GCB断路器位置异常。

见图2.GCB位置异常逻辑图

            图2.GCB位置异常逻辑图

PRD分闸位、PRD发电位、PRD抽水位接入保护装置，保护装置正常能接收到PRD分闸位或PRD发电位或PRD抽水位，如果保护装置同时接收到PRD分闸位、PRD发电位、PRD抽水位或者接收不到PRD分闸位、PRD发电位、PRD抽水位，就此判别出PRD位置异常。

见图3.PRD位置异常逻辑图

            图3.PRD位置异常逻辑图

保护装置判别出位置异常在装置上显示位置异常信号同时传送给监控系统，能及时发现及时处理，实时监测提高机组运行的可靠性。

四、长龙山抽水蓄能机组保护配置和换相

长龙山发变组继电保护装置采用了具有高度的可靠性和稳定性的西门子公司的第五代数字式微机保护技术。具体来说，A、B保护配置内容如下

A套保护配置包括低励失磁保护、定/反时限对称过负荷保护、抽水方向起动投入起动工况次同步过流保护、控制回路和电源保护、控制信号保护、换相过流和过压保护、换相失步保护失步保护、接地保护、振动保护、轴承温度保护、轴承位移保护、油压保护、水头保护、水位保护、压力保护、电流保护、过电压保护、欠电压保护。

B套保护配置包括定/反时限发电电动机过激磁保护、抽水工况低电压保护、电气制动投入电气制动次同步过流保护、过流保护、欠压保护、过压保护、欠频保护、过频保护、短路保护、过载保护、过电压保护、短路保护、过流保护、电流差动保护。

抽水蓄能机组保护装置的换相方式主要有两种，分析如下：

（1）采样通道换相

泰安抽水蓄能电站的采样通道采用的是正序连接二次回路，并引入采样模块，以确保发电工况的保护能够正常运行。而在抽水工况下，则采用AB换相来实现保护。因此，为了节约投资成本，该电站需要在发电和抽水两种工况下各安装一套保护装置，这种配置可以有效地减少硬件投资，并且更好地满足保护需求。

（2）软件换相换相

通过软件换相，可以有效地避免机组因换相而导致的损坏，这种方式可以根据采集的状态信号，如发电方向或抽水方向，来调整换相闸刀的位置，从而实现对机组的有效保护。长龙山抽水蓄能电站采用软件换相技术，使得同一套保护装置可以在发电和抽水工况下实现双重功能，而无需额外投入硬件设备。

五、结语

西门子发变组保护系统是一种高性能的电力保护设备，它可以对电力系统中的变压器和发电机等设备进行全面的保护。西门子的变组保护系统在长龙山抽水蓄能电站机组中得到了应用，有效地保障了电站的安全稳定运行。但是，由于其在运行期间容易出现换相问题，对保护措施会造成一定的影响。为了保护机组的安全稳定运行，必须要考虑到换相和运行工况对保护会产生的影响。因此，我们需要不断地加强对抽水蓄能机组的保护措施，确保电力系统安全稳定运行，为经济社会发展提供可靠的能源保障。

参考文献

[1]郑小刚，任刚.抽水蓄能机组状态对发变组保护的影响及工程解决方案[Ｊ].水电自动化与大现监测,2009,33(1)41-46.

[2]胡东升，抽水蓄能机组保护的特点及应用[J].水电站机电技术，2012.35(4)6-7.