运行抽水蓄能电站保护改造

乔 涛

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装事业部，云南 昆明 650032）

1 惠州蓄能水电厂情况概述

惠州蓄能水电厂位于广东省惠州市博罗县，距广州市112 km，分A厂、B厂建设，第一台机组于2009年投产，最后一台机组于2011年全部投产。A厂、B厂工程分别安装4台立式单级混流可逆式水泵水轮机-发电电动机机组，单机容量（发电工况）300 MW，总装机容量2 400 MW，额定转速500 r/min。全厂机组的水泵水轮机为单级、竖轴、混流可逆式，电动发电机为悬吊式。原保护协调是随主机一起引进的阿尔斯通设备，服役年限已到。根据中国南方电网公司反措要求，运行年限达到12年超期服役的保护设备需进行升级改造，2021年10月从惠蓄A厂4号机组开始陆续开展发变组保护升级改造工作，主变保护升级为：南瑞PCS-985TW，机组保护升级为：南瑞PCS-985GW。

2 运行电站保护改造风险及应对措施

惠州抽水蓄能电站保护改造过程中，除改造机组退出备用外，其余机组仍由调度控制，改造全过程中涉及的工作地点较多且分布在厂房各区域及500 kV开关站，实施过程主要存在以下风险：

（1）工作过程中人员走错间隔，有误碰带电设备造成人员伤亡风险。

（2）工作中误解线、误接线或解除的线芯未及时做好绝缘，轻则有造成设备功能失效、直流系统接地故障风险，重则有造成烧毁电流回路端子、误跳500 kV开关、误跳运行机组等风险。

（3）静态调试过程中未做好隔离措施、试验电流或电压误加错回路，有误跳500 kV开关、误跳运行机组风险。

（4）整组传动试验时传动范围外设备未有效隔离、误投退压板、参数及定值误整定，有误跳500 kV开关、误跳运行机组、造成保护拒动或误动等风险。

（5）启动调试过程中出现一次设备、机组故障时，由于保护装置异常、回路不完善、功能未投入、保护拒动等原因，造成未能及时切除故障，有损坏一次设备及机组的风险。

（6）启动调试过程中CT极性有误、定值输入有误、压板投退有误、回路设计接线有误，有误跳500 kV开关、误跳运行机组、不能及时切除故障的风险。

针对以上风险保护改造实施过程中制定了应对措施：

（1）在改造区域与运行设备间，由运行人员设置标志和围栏，运行设备需设置遮拦，紧锁柜门，悬挂“运行设备”标志；悬挂“在此工作”标志，严防走错屏柜间隔；所有工作必须两人一组实施，做到相互监督。

（2）工作前将工作范围外的端子进行密封，贴上禁止操作标识；工作时严格执行二次措施单制度，记录每一个二次措施的实施及恢复情况；认真核对图纸及确定，明确操作端子号，并由一人监护一人执行；解线之后立刻进行芯号核对，并将线头做好绝缘。

（3）严格按照方案执行电压、电流、控制、信号等回路隔离措施，并填写二次措施单，由专人检查并挂牌；试验线路接入时严格按照二次措施单核对端子号，并由一人监护一人执行，核对无误方可加压、通流。

（4）传动试验前执行二次措施单将本次传动范围外相关控制回路解除；禁止操作压板提前密封；参数及定值严格按照二次措施单设置，完成后由专人核对；传动试验各项操作由总指挥统一发令执行，执行每项操作均需有一人负责监护。

（5）启动前确认相关保护装置（如发变组、开关保护、线路保护等）工作正常、回路完善，开关传动正常；新主变保护主保护投运启动时，避免主保护拒动无法切除主变范围故障，必须修改500 kV开关充电保护定值，使其具备快速切除主变范围故障的能力，同时考虑主变充电时励磁涌流影响；机组首次并网前要避免差动保护由于CT极性、回路断线等问题拒动或误动，不能及时切除故障，而低压侧无过流保护，低压侧故障时，由高压侧过流保护切除，在较短时间内切除故障缩短高压侧过流保护时间。

（6）启动前由专人按照定值单、压板表核对定值及压板投退情况；过程中投退压板严格按照二次措施单执行；首次调相并网阶段差动保护未投入，实时核对保护采样数据：电流相序、方向、大小、差流、电压、有功、无功、工况判断均正常，方可投入差动保护，若有异常及时停止启动试验，发现回路设计与保护逻辑冲突，应及时沟通设计与厂家进行修改。

3 保护改造CT极性校核

发变组保护中主要在差动保护计算差动电流时需要考虑CT极性，惠州抽水蓄能电站保护需校核CT极性的保护功能有主变纵差保护1（小差）、主变纵差保护2（大差）、主变零序差动保护、机组纵差保护1（小差）、机组纵差保护2（大差）。原阿尔斯通保护设备的差动算法CT极性均为指向被保护对象（180°接线），现场核实CT一次侧绕组极性均按此要求配置。

南瑞保护设备的差动计算方式与阿尔斯通保护设备有差异，惠蓄抽水蓄能电站保护改造沿用原有CT，因此CT一次侧的极性（P1→P2）无法改变，完成校核后只能在二次侧（S1→S2）进行调整，并且应确保共用同一CT的不同保护功能极性一致。

南瑞主变保护PCS-985TW的主变纵差保护1（小差）、主变纵差保护2（大差）的差动与原阿尔斯通相同，指向保护对象（180°接线），因而二次侧可以按原方式接线。南瑞主变零序差动保护指向大地（0°接线），一次设备侧该保护采用的主变高压侧CT自产零序电流极性指向主变，中性点零序CT极性同样指向主变，不满足南瑞0°接线的要求，需调整其中一侧的二次侧绕组接线方式，而主变高压侧CT还同时用于主变纵差保护1（小差）、主变纵差保护2（大差）中，为确保共用同一CT的不同保护功能极性一致，只能将单独用于主变零序差动保护的中性点零序CT二次侧反向（S2→S1接地）。

南瑞机组保护PCS-985GW的机组纵差保护1（小差）、机组纵差保护2（大差）与原阿尔斯通不同，为指向发电方向（0°接线），一次侧设备机端电流CT极性为指向机组，不满足南瑞0°接线的要求，所以接入机组保护的2组CT二次侧均需反向（S2→S1接地），该两组CT同时用于主变纵差保护2（大差）中，校核换向后满足其180°接线要求。

完成CT极性校核后，在首台机首次抽水调相并网时机组保护A柜机组纵差保护2（大差）出现了差动电流及负序电流，而机组保护B柜却没有，停机检查并与厂家沟通后确认原因。这是由于机组保护A柜机组纵差保护2（大差）采用的是换相刀五把刀闸的CT，该CT分为五相，跟随刀闸实现一次侧CT的A、C换相，是根据原阿尔斯通保护装置没有换相功能配置的。而南瑞保护默认为一次侧CT不能换相，进行了泵工况下A、C软件换相处理，造成了重复换相，因而出现了差动电流和负序电流。改造决定由南瑞进行软件修改，增加选项确认是否进行泵工况A、C相软件换相，并取消了机组保护A柜该CT的软件换相。

4 保护装置工况判别

抽水蓄能机组工况复杂，不同工况投入的保护功能不同，惠州抽水蓄能电站机组保护功能闭锁情况见图1，若工况判定有误未能完成闭锁将造成保护误动。原阿尔斯通保护设备工况判定主要靠监控系统提供判定信号，较为依赖监控系统，理论上在监控系统故障提供判定信号错误或丢失的情况下存在保护误动的风险。惠州抽水蓄能电站运行历史上阿尔斯通监控系统稳定可靠，并未出现监控工况信号故障引起保护误动的情况。

图1 保护功能工况闭锁表（B表示功能闭锁）

改造的南瑞机组保护PCS-985GW装置采用刀闸及断路器信号结合监控信号进行工况判断，对比原阿尔斯通设备需增加接入保护的信号有：换相开关发电机位置信号、换相开关电动机位置信号、拖动开关合闸位置信号、电制动开关合闸位置信号，加上原有的发电机断路器分闸位置信号，和监控提供的水泵调相模式信号及发电调相模式信号进行工况判断。例如：换相开关发电机位置＝1 and发电机断路器分闸位置=0 and 发电机调相模式=0，判别为发电运行工况；换相开关电动机位置=1 and发电机断路器分闸位置=0 and 水泵调相模式=1，判别为水泵调相工况；被拖动开关合闸位置＝1 and发电机断路器分闸位置=1，判别为被拖动运行工况。这种判别方式降低了对监控系统的依赖，但是要求提供较多的刀闸位置接点信号，原设备配置相关接点信号数量不足，保护占用后监控及事故后备PLC等设备无接点信号可用。现场改造采取原有刀闸位置接点信号优先满足保护系统，剩余接点采用扩展继电器进行扩展的方式进行处理，保障了保护工况判断信号的可靠性。

5 结语

抽水蓄能电站机组运行工况复杂，运行过程中存在需要建立电气轴的背靠背工况，各机组间一次、二次设备均有关联。运行抽水蓄能电站改造需要做好全面的安全隔离措施，通过技术资料核对及现场试验分析，充分发现改造设备与原有设备配置区别造成的问题，并采取合理的处理措施，才能保证改造过程不影响投运机组、设备的安全运行，保证改造机组保护设备投运后安全可靠。