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1、一次机组负序过流保护动作跳开500kV开关的分析莫亚波 华东宜兴抽水蓄能有限公司摘要：简单介绍华东宜兴抽水蓄能电站运行方式和负序过流保护，并针对一次机组背靠背拖动试验过程中负序过流保护动作跳开500kV开关进行原因分析、总结，并提出一些建议和意见。关键词：抽水蓄能机组 背靠背拖动 负序过流保护 一、电站简介图1 宜兴抽蓄主接线示意图（3、4号机）图 1 中：5012 为500kV桥开关5054/5051 为500kV线路开关GCB03/04 为发电机出口开关FCB03/04 为转子励磁系统磁场开关PRD03/04 为换相闸刀。 SBI32/42 为拖动刀SBI31/41 为被拖动刀（为实现将拖
2、动机的发电方向电流转换为被拖动机的抽水方向电流，该闸刀设定为固定换向）换相闸刀、拖动闸刀、被拖动闸刀为抽水蓄能电厂的特有设备，其中换相闸刀是为了实现机组发电方向和抽水方向运行时对相序的不同要求，为五极隔离闸刀，其中B相闸刀为两个方向公用；拖动闸刀、被拖动闸刀是为了实现机组抽水方向的启动。华东宜兴抽水蓄能电站（以下简称宜兴抽蓄）位于江苏省宜兴市西南郊的铜官山，属日调节纯抽水蓄能电站，装有4台单机容量250MW的可逆式抽水蓄能机组（既可以做顺时针方向旋转的发电工况运行，也可以做逆时针方向旋转的水泵工况运行），在华东电网与江苏省网中承担调峰填谷、事故备用及辅助调频、调相等任务。当抽水蓄能机组水泵工况
3、起动时，由于不能立即从电网吸收很大的功率，所以机组须借用外力启动，起动方式有：同轴发电机走动、异步起动、同步起动（背靠背起动）、半同步起动、变频起动等。由于此次事故是在背靠背拖动试验时发生，所以主要介绍下背靠背拖动：背靠背起动是抽水蓄能机组水泵起动（电动机起动）的一种方式，正式名称为同步起动，它是用本电站或相邻电站的一台常规发电机组或蓄能机组做发电机运行来起动其他蓄能机组抽水。开机前将被拖动机（电动机）与拖动机（发电机）在电气上联接（通称电气轴），并分别加上励磁。将转动起来的发电机产生的低频电源直接回在电动机定子上，电动机在同步转矩作用下跟随发电机逐步升速。发电机逐渐增加转速，电动机也随之同步
4、升速，在达到同期条件后，电动机同期并网的同时解除发电机，完成起动过程。以宜兴抽蓄3号机拖动4号机为例，其间的电气轴如图1中红线所示：3号机（拖动机）定子GCB03SBI32SBI414号机（被拖动机）定子另外在拖动过程中4号机换相闸刀（PRD04）抽水方向合上，3号机PRD03分开。二、事故现象在一次3号机背靠背拖动4号机试验过程中，4号机因监控程序超时跳机，引起3号机机械跳机。2s后宜岷线5054开关、500kV分段桥5012开关跳开，相应厂用电动作。现地检查保护盘柜上4号机保护盘A组负序过流保护灯亮，B组机组大差保护灯亮，无其他保护动作，判断为4号机负序过流保护动作。三、负序过流保护 1）
5、负序电流： 正序、负序、零序电流的出现是为了分析在系统电压、电流出现不对称现象时，把三相的不对称分量分解成对称分量（正、负序）及同向的零序分量。其中正序电流a、b、c三相幅值相等，相位为a相超前b相120，b相超前c相120 ；负序分量：a、b、c三相幅值相等，相序与正序相反 。对于理想的电力系统，由于三相对称，因此负序和零序分量的数值都为零（这就是我们常说正常状态下只有正序分量的原因）。当系统出现故障时，三相变得不对称了，这时就能分解出有幅值的负序和零序分量度了。所以检测负序电流就能判断是否发生故障。2）负序电流危害：当发电机内部或外部发生不对称短路时，定子绕组中将出现负序电流。它产生的负序
6、旋转磁场以两倍同步转速切割转子，在转子绕组，阻尼绕组及铁芯内，尤其是在铁芯表面产生100Hz交流电流，该电流可使转子表层产生危险的局部过热，同时由它产生的交变电磁转矩使机组发生强烈的振动。所以设置负序过流保护可以有效的减少发电机内部或外部发生不对称短路时造成的影响。3）负序过流保护：宜兴抽蓄负序过流保护由三段定时限和一段反时限特性共同构成。定时限段包括一段定时限报警，两段定时限跳闸，即负序电流超过一定值，保护就延时出口动作。反时限段的延时时间与负序电流的大小成反比，负序电流越大，延时时间越短。对宜兴抽蓄来说，由于机组有两种工况，发电工况和水泵工况，在两种工况下，三相电流Ia，Ib，Ic在相量图
7、中转向相反，所以电站机组保护中设置了发电工况（G工况）和水泵工况（P工况）负序过流保护。而且G工况保护在P工况闭锁，P工况保护在G工况也闭锁。它是通过在每套保护装置中均设置两组保护定值组来实现的，分别为发电方向定值组和抽水方向定值组，默认为发电方向定值组，运行过程中通过PRD的信号来选择其中一组定值组投入运行。表一 负序过流保护整定单：保护整定值延时动作后果负序过流(1级启动) I20.10INt=5s报警负序过流(1级跳闸) I20.15INt=60s跳开500kV桥开关负序过流(2级跳闸) I20.3INt=1s跳开500kV桥开关和线路开关，机组电气跳机并电气跳相邻机组负序过流(3级反时
8、限) K1=20s , K2=0.1t13.5s机组电气跳机四、原因分析此次试验为3号机背靠背拖动4号机，4号机作为被拖动机，PRD04选择抽水方向，机组保护也选择为抽水方向。当4号机因程序超时跳机，走的是机械跳机流程，由于GCB04未合，所以PRD04直接分开；4号机跳机引起3号机跳机，同样走的是机械跳机流程，3号机先执行关导叶、关球阀，待导叶关至一定程度再行分开GCB03。当4号机PRD04分开后，4号机的机组保护由抽水方向定值组切换至默认的发电方向定值组，但是由于此时GCB03还没分闸，3、4号机之间的电气轴没有切断，4号机定子中还存在抽水方向的电流，因抽水方向电流与发电方向电流方向相反
9、（正序电流与负序电流方向也相反），相序也不同，故发电方向的保护检测到定子中的抽水方向电流，就将其判断为负序电流 ，因此4号机负序过流保护动作，负序过流2级跳闸出口延时1s跳开500 kV桥开关和线路开关，3、4号机组电气跳机。此次保护动作为正常动作。此次保护动作的主要原因是保护配置方面存在缺陷：1）、发电、抽水方向保护定值组的选择只由PRD的单一位置信号来判定；2）、背靠背起动跳机时走的机械跳机流程，导致拖动机的GCB不会立即分开，电流不能在第一时间切断。五、总结根据此次事故说明保护的选择只由PRD的方向这一个判据来判定是不科学的，背靠背起动过程中执行机械跳闸流程增加了这种不科学性。所以总结出
10、以下几点建议：1）、由单一的PRD来判断不能满足保护选择的可靠性，增大了保护误动拒动的可能。如果加上一些别的判据，可以很大程度上增加保护的可靠性、准确性。当然，在选用PRD来判断方向是最简单的，因此可以在选用PRD来判定的基础上，加上别的判据，如监控的开机令、机组旋转方向等。2）、可以增加PRD分开的判据，既要有检测本机组GCB位置信号，还要检测拖动机GCB的位置信号，这点可在监控系统中实现；3）、也可以延时分开PRD，以躲过分拖动机GCB所需的时间，可以保证切换保护时机组已无电流，减少保护误动的可能。4）、由于背靠背拖动牵涉两台机组，且两台机组一台发电运行，一台抽水运行，所以设备状态、保护选
11、择也不相同，万一出现问题跳机时，所需考虑的地方也相应增加，由于电气跳机有直跳GCB，迅速切断电气连接的优点，所以在事故情况下为了尽快使两台机组分离，机组与系统分离，建议背靠背拖动跳机时可以走电气跳机流程。另外，此次事故还告诉我们负序电流除了在故障时产生外，也有可能由于判断电流方向的失误而产生，此次背靠背拖动事故就是一例。在机组发电停机时由于机组GCB不正常分开而到达逆功率运行（机组为了维持额定转速从电网吸收功率），此时的电流也可被认为负序电流，不过电流比较小，达不到保护动作的范围。所以此次事故还告诉我们设定保护时应从多方面全方位的考虑，以满足保护的可靠性、灵敏性、选择性、速动性。总之，背靠背起动是蓄能机组抽水方向起动的一种很重要的方式，也是目前蓄能机组应用最广泛的方式之一（另一为变频启动），如何提高背靠背起动的成功率，如何防止背靠背起动过程中的故障时的事故扩大现象，为此，我们应从保护设计之初，就认真考虑；在应用中发现问题并及时改进，确保机组安全稳定地运行。参考文献抽水蓄能发电技术，梅祖彦，机械工业出版社，2000.7
