CN108767813B - 一种抽水蓄能电站主变差动保护电流通道切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抽水蓄能电站主变差动保护电流通道切换方法，适用于抽水蓄能电站中保护范围包含换相刀、拖动刀、被拖动刀、发电机出口开关、电气制动刀的主变差动保护。电流通道切换方法包括：a)在主变差动保护装置中设置高可靠性电流通道切换逻辑。b)在机组顺序控制系统中设置逻辑，并与主变差动保护进行配合，达到即使电流通道切换逻辑出现故障，也能降低故障后果的目的。c)确定电流通道切换逻辑所用的位置接点取用方法，充分利用现场条件提高切换的可靠性。本发明具有可靠性高的优点，适应了抽水蓄能电站主变差动保护电流通道切换频繁的运行条件，克服了现有技术中电流通道误切换，导致主变跳闸的问题。

Description

一种抽水蓄能电站主变差动保护电流通道切换方法

技术领域

本发明属于抽水蓄能电站保护设计领域，特别涉及一种抽水蓄能电站主变差动保护电流通道切换方法。

背景技术

主变差动保护在主变低压侧的范围包含厂用电分支、SFC分支、励磁变分支、发电机母线分支。主变差动保护用电流互感器安装位置一般是：励磁变分支不安装；厂用电分支需要安装，安装在厂高变高压侧厂用电供电开关出口侧；SFC分支也需要安装，安装在SFC输入变高压侧SFC供电开关出口侧。这些位置各个抽水蓄能电厂无本质差异。各抽水蓄能电站中发电机母线分支电流互感器安装位置可能存在较大差异。发电机母线上的设备从主变到发电机依次为换相刀、拖动刀、发电机出口开关、被拖动刀、电气制动刀。发电机母线由主变差动与发电机差动共同配合完成保护。差动保护包含发电机母线以上开关刀闸时，在发电机某些正常运行工况下，进入差动计算的各个电流量不满足基尔霍夫电流定律，使得差动保护可能误动，不能正常工作。根据发电机母线分支电流互感器的不同安装位置，以上开关刀闸或者位于主变差动保护范围或者位于发电机差动保护范围中，从而对发电机差动或者主变差动产生不同的影响。一些电流互感器配置位置及其解决相应影响的办法存在下面问题：将主变差动用电流互感器配置在发电机出口开关与主变之间，具有死区。采用在某些工况下闭锁发电机差动保护的措施，使得发电机在这些工况下失去差动保护。采用增加保护的方式，使得保护配置复杂，增加投入，不利于运行维护。

为解决上述问题，目前逐渐倾向于采用下面的主变差动和发电机差动配合方法：主变差动发电机母线分支电流互感器和发电机差动机端电流互感器设置在电气制动刀与发电机之间。这样，主变差动保护范围除包含主变外，还包含换相刀、拖动刀、发电机出口开关、被拖动刀、电气制动刀，发电机差动保护范围仅包含发电机。对于这种配置方法，发电机母线上没有保护死区；发电机差动可以全工况投入；主变差动在各种工况下不能闭锁，需要全工况投入，否则主变会失去保护。为了消除换相刀、拖动刀、发电机出口开关、被拖动刀、电气制动开关对主变差动保护的影响，必须采取在不同工况下，切换主变差动发电机母线分支电流互感器所测量的电流进入主变差动计算的方式的措施，在主变保护中设置主变差动保护电流通道切换逻辑。切换逻辑要与发电机运行工况相适应，在每次发电机开机时都需要改变切换逻辑状态，切换逻辑状态改变很频繁。如果切换逻辑在需要改变状态时，状态未能正确改变，在需要保持在某个状态时，状态发生了误改变，就会使主变差动电流通道发生误切换，进而使主变差动误动作跳主变。主变跳闸对电厂的安全稳定运行有较大影响，因此对切换措施的可靠性要求很高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种抽水蓄能电站主变差动保护电流通道切换方法，其具有高可靠性的优点。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种抽水蓄能电站主变差动保护电流通道切换方法，适用于抽水蓄能电站中保护范围包含换相刀、拖动刀、被拖动刀、发电机出口开关、电气制动刀的主变差动保护；电流通道切换方法的步骤是：

设定发电方向电流相序定值、抽水方向电流相序定值和电流通道切换限制定值Iset；

主变差动保护装置中设置开关量输入变量G1、G2，采集换相刀在发电方向合闸的两极状态，断开状态为“0”，闭合状态为“1”。主变差动保护装置中设置开关量输入变量P1、P2，采集换相刀在抽水方向合闸的两极状态，断开状态为“0”，闭合状态为“1”。主变差动保护装置中设置变量C1、C2，采集两个发电机出口开关的位置状态，断开状态为“0”，闭合状态为“1”。主变差动保护装置中设置开关量输入变量Syn，接收机组顺序控制系统发来的信号，从启动同期装置时刻开始到发电机出口开关合闸时刻结束这段时间内，机组顺序控制系统发信号“1”给主变差动保护装置，其它时间发信号“0”给主变差动保护装置。

设置发电方向并网逻辑

设置抽水方向并网逻辑

当MG从“0”变为“1”且机端各相电流二次值I<Iset时，触发发电方向并网运行状态，将机端电流二次值按“发电方向电流相序定值”输入到主变差动保护计算公式进行计算；

当MP从“0”变为“1”且机端各相电流二次值I<Iset时，触发抽水方向并网运行状态，将机端电流二次值按“抽水方向电流相序定值”输入到主变差动保护计算公式进行计算；

当MG从“1”变为“0”且机端各相电流二次值I<Iset时或者抽水方向逻辑MP从“1”变为“0”且机端各相电流二次值I<Iset时，触发未并网运行状态，机端电流强制为0A后进入主变差动保护计算公式计算；

在不满足任何触发条件时，机端电流保持前一触发态时的电流相序或0A进入差动保护计算。设置标志位，指示当前运行状态。

本发明通过在主变差动保护装置中设置上述电流通道切换逻辑，在不改变用于非抽水蓄能电厂主变差动计算公式基础上，通过切换机端电流通道进入主变差动保护计算公式的方式，适应机组不同工况下发电机出口母线上开关刀闸设备接线方式不同的情况。

优选的，所述电流通道切换限制定值Iset的取值小于主变差动保护差流定值。可以确保不在差动保护启动或动作过程中切换电流通道，并可以增强机组在稳态运行过程中防止误切换电流通道的能力。

优选的，为了充分利用现场条件提高切换的可靠性，对电流通道切换逻辑中所用的位置接点取用也进行了改进。具体的，对于换相刀，换相刀五极中有一极不需换相，其余四极需换相，将需要换相的四极中各极接一个常开位置接点到保护装置，把在发电方向合闸的两极的位置状态分别输入主变差动保护装置中的G1、G2变量，把在抽水方向合闸的两极的位置状态分别输入主变差动保护装置中的P1、P2变量。由于四个位置接点互相独立，任意一个位置接点出现接触不良或粘连，或者任意一个位置接点操作连杆断裂都不会使发电方向并网逻辑和抽水方向并网逻辑的输出与一次设备实际状态不对应。一套保护装置仅用一组位置接点，双重化保护装置共需两组位置接点，位置接点使用量小，容易实现。在控制系统出现故障等原因使得换相刀发电方向与抽水方向同时合闸，造成一次设备两相短路，在此种严重故障下，主变差动没有被闭锁，能够正常动作。

具体的，将发电机出口开关的两个常开位置接点接入到保护装置，把发电机出口开关的位置状态输入主变差动保护装置中的C1、C2变量，任意一个位置接点发生接触不良故障，不会导致发电方向并网逻辑和抽水方向并网逻辑与一次设备实际状态不对应。两个位置接点共用传动连杆，传动连杆故障会使发电方向并网逻辑和抽水方向并网逻辑的输出与一次设备实际状态不对应，需要主变差动保护装置与机组顺序控制系统进行配合减轻出错的后果，避免主变差动保护跳主变。

优选的，采集的信号通过电缆进行传递，电缆设置的方式采用以下两种之一：

(1-1)各个信号分别单独配置一条电缆接入保护装置；

(1-2)信号G1、P1、C1使用同一条电缆接入保护装置，信号G2、P2、C2使用同一条电缆接入保护装置，其中G1与G2、P1与P2、C1与C2不能使用同一条电缆接入保护装置，不能共用电缆芯。

以上两种电缆接线方式确保了同一功能的信号之间相互独立，同一个电气二次回路中任意位置发生接触不良时，不会导致发电方向并网逻辑和抽水方向并网逻辑的输出出错。

优选的，机组开机时(发电工况或抽水工况开机)，主变差动保护电流通道切换时刻不选择在发电机出口开关合闸时刻，而选择在启动同期时刻，以避免发电机出口开关合闸时的冲击电流使主变差动电流通道切换失败。发电或抽水启动、发电机出口开关合闸时，虽然经同期合闸，发电机与电网间还是不可避免地会存在相角差、频率差、电压差，会产生比较大的冲击电流。冲击电流值可能大于Iset定值，会使得电流通道切换失败，同时电流还可能大于差动保护定值，使得电流通道还未能及时切换的差动保护误动，因此不在发电机出口开关合闸时刻切换电流通道，需要在发电机出口开关合闸(一次回路接通，产生电流)前，切换电流通道。

优选的，选择在启动同期装置时刻切换电流通道。为此，在机组顺序控制系统和主变差动保护装置中设置逻辑，按以下步骤进行配合：

(2-1)机组顺序控制系统中，从启动同期装置时刻开始，给主变差动保护装置发信号“1”，主变差动保护装置收到信号后，设置变量Syn为“1”，此时，主变差动保护装置中发电方向并网逻辑MG(当发电工况运行时)或抽水方向并网逻辑MP(当发电工况运行时)从“0”变为“1”，同时，机端电流二次值满足小于Iset定值条件，主变差动保护切换到发电并网状态运行或抽水并网状态运行；

(2-2)同期启动后，同期装置工作，同期装置监测到合闸条件满足时发出合闸命令，发电机出口开关合闸。主变差动保护装置检测到出口开关合闸后，向机组顺控逻辑发送当前运行状态标志信号(已在发电运行状态、已在抽水运行状态、未并网状态)。当机组顺序控制系统检测发电机出口开关合闸后，启动判断主变差动保护装置发来的运行状态标志信号是否与机组顺序控制系统运行的工况一致。如果一致，则向差动保护装置发送信号“0”，差动保护装置将变量Syn设为“0”，机组顺序控制系统进入下一步流程运行；如果不一致，机组顺序控制系统执行发电机停机流程使发电机停机；

(2-3)当发电机停机时，无论是从抽水并网停机还是从发电并网运行停机，机组顺序控制系统在发命令合电气制动刀前，先判断主变差动保护装置发来的运行状态标志信号是否为未并网状态，判断为未并网状态后才允许合电气制动刀，否则，跳过合电气制动刀的步骤。

在机组顺序控制系统中和主变差动保护装置中设置上述控制方法，在即使电流通道发生误切换故障(其本身可能性低)，也不会跳主变，仅停发电机，能够减轻故障后果。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明在通过设置发电方向电流相序定值、抽水方向电流相序定值、电流通道切换限制值Iset等，同时通过G1、G2、P1、P2、C1、C2的逻辑状态，设置发电方向并网逻辑以及抽水方向并网逻辑，根据该逻辑判断公式，可以尽量避免电流通道切换错误导致的主变跳闸，具有可靠性高的优点。本发明可以支持抽水蓄能电站采用保护范围包含主变、换相刀、拖动刀、发电机出口开关、被拖动刀、电气制动刀的主变差动保护与保护范围仅包含发电机的发电机差动保护进行配合的方式，充分利用此方式的下列优点：保护范围配合无死区；主变差动和发电机差动全工况投入；双重化的两套主变差动保护之间、发电机差动保护之间保护范围相同。有力保障发电机和主变安全稳定运行。

2、本发明在机组顺序控制系统进行一些设置，与主变差动保护装置进行配合，达到即使电流通道切换逻辑出错，也能将出错后的后果降至最低的目的。

3、本发明确定电流通道切换时所用的位置接点取用方法，充分利用现场条件提高切换的可靠性。

附图说明

图1是本发明主变差动保护和发电机差动保护范围配合图；

图2是本发明方法的逻辑图。

图3是本发明主变差动保护装置信号接线图。

图4是本发明机组顺序控制系统信号接线图。

图中：1-主变；2-换相刀；3-拖动刀；4-发电机出口开关；5-被拖动刀；6-电气制动刀；7-发电机；8-厂用电电源支路；9-静止变频器SFC；10-励磁电源支路；11-启动母线；12-主变差动保护装置A套；13-主变差动保护装置B套；14-发电机差动保护装置A套；15-发电机差动保护装置B套；16-主变高压侧电流互感器；17-机端电流互感器；18-中性点侧电流互感器；19-厂用电分支电流互感器；20-静止变频器SFC分支电流互感器；21-机组顺序控制系统。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明针对发电机母线分支电流互感器设置在电气制动刀与发电机之间，保护范围包括换相刀2、拖动刀3、发电机出口开关4、被拖动刀5、电气制动刀6的主变差动保护。主变差动保护与保护范围仅包含发电机的发电机差动保护配合，主变差动保护和发电机差动保护具有双重化、全工况投入、无死区的优点。

图1中电气一次设备接线是抽水蓄能电站的典型接线。主变1和发电机7之间设置发电机出口开关4，用于发电机的启停操作和发电机故障情况下切除故障。发电机出口开关4与主变1之间设置换相刀2，发电机发电工况运行与抽水工况运行时转子旋转方向相反，转子旋转感应出的发电机定子电气量的相序在两种工况下也相反，而电网相序固定，发电机定子电气量相序与电网相序相同才能并网，由此设置换相刀2。在发电机出口开关4与发电机7之间设置电气制动刀6，发电机停机时，电气制动刀6合闸，将发电机定子三相短路，用回路中的电阻消耗转子旋转的能量，加速停机过程。在发电机出口开关4与电气制动刀6之间设置被拖动刀5，发电机需要抽水工况启动时，被拖动刀5合闸，通过启动母线11建立本发电机与静止变频器SFC或另一台作为拖动机使用的发电机之间的电气连接。在发电机出口开关4与换相刀2之间设置拖动刀3，发电机作为拖动机使用时，拖动刀3合闸，通过启动母线11建立本发电机与另一台需要抽水工况启动的发电机之间电气连接。厂用电电源支路8、静止变频器SFC 9的电源支路、励磁的电源支路10接到主变1低压侧与换相刀2之间的母线上，从主变1低压侧取电。发电机母线上各个开关刀闸动作情况见下表1。

表1发电机母线上各个开关刀闸动作情况

图1中电气二次保护设备接线方式不是目前抽水蓄能电站普遍采用的接线方式，但目前新建电厂正逐渐倾向于使用此接线方式。主变1高压侧设置电流互感器16，发电机机端设置电流互感器17，厂用电供电开关出线侧设置厂用电分支电流互感器19，静止变频器供电开关出线侧设置静止变频器SFC分支电流互感器20，以上位置电流互感器双重化配置，分别用于主变差动保护装置A套12和主变差动保护装置B套13。在发电机机端设置电流互感器17，在发电机中性点侧设置电流互感器18，以上位置电流互感器双重化配置，分别用于发电机差动保护装置A套14和发电机差动保护装置B套15。发电机差动保护所用机端电流互感器17与主变差动保护所用的机端电流互感器17安装位置进行交叉，消除保护死区。

本实施例一种抽水蓄能电站主变差动保护电流通道切换方法，主要包括3个改进点，具体是：(1)在主变差动保护装置中设置电流通道切换逻辑。(2)接入主变差动保护电流通道切换所需信号。(3)在机组顺序控制系统中设置逻辑，与主变差动保护装置电流通道切换配合。下面结合附图，对上述各个改进点进行具体的说明。

(1)在主变差动保护装置中设置电流通道切换逻辑。

在不改变用于非抽水蓄能电厂主变差动计算公式基础上，改变主变差动保护中发电机机端电流进入主变差动计算公式的方式。主变差动的保护范围中包含换相刀，换相刀的发电方向合闸与换相刀的抽水方向合闸使发电机与电网之间的连接相别发生改变，相别发生改变后，发电机出口开关合闸并网运行时，主变差动保护计算所用的机端电流的相别随之改变，主变差动保护计算所用的其它位置电流相别不发生改变，这样，主变差动保护中会出现差流，使主变差动跳闸。因此，在主变差动保护装置中设置“发电方向电流相序”定值，以对应于发电机在发电方向运行的情况，包括发电运行、发电调相等运行工况，该定值通过人工选择设定，按发电机发电工况运行时的一次设备实际相序设定。在主变差动保护设置“抽水方向电流相序”定值，以对应于发电机在抽水方向运行的情况，包括抽水、抽水调相等运行工况，该定值通过人工选择设定，按发电机抽水工况运行时的一次设备实际相序设定。主变差动的保护范围内包含被拖动刀，被拖动刀在背靠背的被拖动机工况或静止变频器SFC启动工况下合闸，此时发电机出口开关断开。主变差动的保护范围内包含拖动刀，拖动刀在发电机作为背靠背启动的拖动机使用的工况合闸，此工况下，拖动机的发电机出口开关合闸、换相刀分闸。主变差动的保护范围内包含电气制动刀，电气制动刀在发电方向停机或抽水方向停机时合闸，此工况下，发电机出口开关和换相刀在分闸状态。以上分析可以发现，拖动刀、被拖动刀及电气制动刀合闸时，或者换相刀断开，或者发电机出口开关断开，或者换相刀与发电机出口开关全都断开，机组与电网没有电气连接，处于未并网状态，而此时，发电机机端电流互感器的电流在主变差动保护中会计入差流，为消除差流，可以在主变差动保护中将机端电流强制为0A。上述分析可以发现，机端电流进入主变差动的计算方式可以分成三种情况：发电方向并网、抽水方向并网、未并网。

通过换相刀与发电机出口开关的分合闸状态组合可以区分发电方向并网状态、抽水方向并网状态、未并网状态。换相刀发电方向、发电机出口开关均合闸时判断为发电方向并网状态；换相刀抽水方向、发电机出口开关均合闸时判断为抽水方向并网状态；换相刀分闸或者发电机出口开关分闸时判断为未并网状态。参见图2，在保护装置中，设置发电方向并网逻辑MG为“1”时为发电方向并网状态，设置抽水方向并网逻辑MP为“1”时为抽水方向并网状态，MG与MP都是“0”时为未并网状态。保护装置中将同一功能的两个信号G1与G2之间、P1与P2之间、C1与C2之间进行异或，用以判断同一功能的两个位置接点状态是否一致，不一致时，延时报警。

在主变差动保护装置的电流通道切换逻辑中设置电流通道切换限制定值Iset，定值的大小由人工设定，机端电流二次值小于Iset定值时才允许切换。Iset定值的取值小于主变差动保护差流定值。当主变差动保护范围内的设备发生短路故障，保护动作，此时保护中的差流大于差流定值也大于Iset定值，主变差动保护动作过程中不会发生电流通道切换，有利于保护切除故障。发电机并网运行时，由于发电机振动区限制，有一个限制运行区，Iset定值可设置在限制运行区内。抽水工况和发电工况正常带负荷运行时，机端电流大于Iset定值，即使位置接点发生故障，也不会发生电流通道误切换。而当机组在空载或调相运行时，机端电流小于允许切换电流值Iset，如果位置接点发生故障使发电方向并网逻辑或抽水方向并网逻辑输出状态与一次设备实际状态不一致，主变差动保护电流通道从发电工况并网状态或抽水工况并网状态切换到未并网状态，发电机机端电流会计入主变差动保护的差流，但切换时发电机机端电流小于Iset定值，由此引起的差流小于差流定值，主变差动保护不会动作，主变差动误切换到未并网状态后，由于空载或调相运行中负荷可能变化，负荷变大后，主变差动保护的差流有可能超过动作值，使得主变差动保护动作，在这种条件下，主要依靠电流通道切换逻辑保障可靠性，此时Iset定值不能发挥增加可靠性的作用，同时，抽水蓄能电站在空载和调相运行时间短，机组调相运行最大进相能力限制等原因，在空载和调相运行工况下发生主变差动保护误动作的可能性小。

从未并网状态切换到发电方向并网状态或抽水方向并网状态，从发电方向并网状态或抽水方向并网状态切换为到未并网状态，仅在电流通道切换逻辑的输出MG或MP从“0”变为“1”或从“1”变为“0”时才会进行切换，稳态情况下，保持前一切换完成后的状态运行。在保护装置中设置切换完成的标志位，用于指示当前运行状态，也用于与机组顺序控制系统间的配合。为此，在保护装置中设置下列切换程序：(1)当发电方向并网逻辑MG从“0”变为“1”且机端各相电流I<Iset时，触发发电并网运行，机端电流按“发电方向电流相序”进入主变差动保护计算公式计算，并设置标志“已在发电并网运行”为“1”；(2)当抽水方向并网逻辑MP从“0”变为“1”且机端各相电流I<Iset时，触发抽水并网运行，机端电流按“抽水方向电流相序”进入主变差动保护计算公式计算，并设置标志“已在抽水并网运行”为“1”；(3)当发电方向逻辑MG从“1”变为“0”且机端各相电流I<Iset时或者抽水方向逻辑MP从“1”变为“0”且机端各相电流I<Iset时，触发未并网状态，机端电流强制为0A后进入主变差动保护计算公式计算，并设置标志“已在发电并网运行”、“已在抽水并网运行”为“0”。在不满足任何触发条件时，机端电流保持前一触发态时的电流相序或0A进入差动保护计算，标志位也保持前一触发态时状态。参见图4，将主变保护中“已在发电并网运行”信号Flag_G、“已在抽水并网运行”信号Flag_P送给机组顺序控制系统21。

(2)接入主变差动保护电流通道切换所需信号。

电流通道切换逻辑采用的换相刀位置接点取法是：参见图3，换相刀五极中有一极不需换相，其余四极需换相，将需要换相的四极各极接一个常开位置接点到保护装置，在发电方向合闸的两极接入电流通道切换逻辑G1，G2，抽水方向合闸的两极接入电流通道切换逻辑P1，P2。由于四个位置接点互相独立，任意一个位置接点出现接触不良或粘连、位置接点操作连杆断裂都不会使发电方向并网逻辑和抽水方向并网逻辑出错。一套主变差动保护仅用一组位置接点，双重化主变差动保护共需两组位置接点，位置接点使用量小，容易实现。在控制系统出现故障等原因使得换相刀发电方向与抽水方向同时合闸，造成一次设备两相短路，在此种严重故障下，主变差动没有被闭锁，能够正常动作。

电流通道切换逻辑采用的发电机出口开关位置接点取法是：参见图3，接入两个发电机出口开关常开位置接点到保护装置，接入信号C1、C2。任意一个位置接点发生接触不良故障，不会导致发电方向并网逻辑和抽水方向并网逻辑的输出状态与一次设备实际状态不一致。发电机出口开关位置接点共用传动连杆，如果发电机出口开关位置接点传动连杆断裂，发电机出口开关位置接点状态可能与发电机出口开关实际状态不对应，电流通道切换逻辑输出的状态可能与一次设备实际状态不一致，传动连杆断裂故障往往发生在发电机出口开关合闸或分闸操作过程中，此时，通过机组顺序控制系统与主变差动保护的配合可以监测到发电机出口开关发来的信号与当前状态下应该有的信号不符，机组顺序控制系统21进入停机流程。发生传动连杆断裂故障时仅停机组而不会跳主变，减轻故障后果。

位置接点接入主变差动保护装置中的接线方法采用下列两种中的一种：(1)各个信号单独配置一条电缆接入保护装置，(2)参见图3，信号G1，P1，C1使用一条电缆接入保护装置，信号G2，P2，C2使用一条电缆接入保护装置。G1与G2、P1与P2、C1与C2不能使用同一条电缆接入保护装置，不能共用电缆芯。这两种接线方法，使得同一功能的位置接点间互相独立，单一电气连接回路中任一个部位发生接触不良时，都不会使电流通道切换逻辑发生误切换。

电流通道切换逻辑、位置接点取用方法、位置接点接入保护装置的方法三个方面互相配合，使得主变差动保护电流通道的切换具有很高可靠性。当主变差动保护在未并网状态、发电方向并网状态、抽水方向并网状态稳态运行时发生误电流通道切换的可能性低，当主变差动保护需要进行状态切换时，不能正确切换电流通道的可能性很低。

(3)在机组顺序控制系统中设置逻辑，与主变差动保护装置电流通道切换配合。

发电或抽水启动，发电机出口开关合闸时，虽然通过同期合闸，发电机与电网间还是不可避免地会存在相角差、频率差、电压差，会产生比较大的冲击电流。冲击电流可能大于Iset定值，会使得电流通道切换失败，冲击电流还可能达到差动保护定值，使得差动保护误动，因此需要在发电机出口开关合闸(一次回路接通，产生电流)前，切换电流通道。

由于发电机合闸前，机组顺序控制系统可以控制的时间点是启动同期装置的时刻。将未并网状态切换到发电方向并网状态或抽水方向并网状态的时刻由发电机出口开关合闸时刻提前到启动同期时刻，由此带来的问题是：在同期时间段内，背靠背或SFC启动的机端电流会计入主变差动保护的差流中，但由于抽水蓄能机组抽水方向启动时，会用高压空气将转轮室的水压至转轮以下，转轮在空气中旋转，所需的功率比较小，同期时段内机端电流大小稳定，没有冲击电流，此时的电流虽然计入差动保护的差流，但达不到差动保护定值。此时，如果发电机侧母线发生故障，会使得主变误跳闸，但由于同期时段时间短，且母线已经带压一段时间，发生短路故障的可能性很小，此种情况下发生主变误跳闸可以接受。将未并网状态切换到发电方向并网或抽水方向并网的时刻提前到启动同期时刻的具体实现方法是：(1)在主变差动保护装置中设置Syn变量，并应用到发电方向并网逻辑和抽水方向并网逻辑中。(2)在机组顺序控制系统21启动同期装置时刻前发信号“1”给保护装置Syn变量。保护装置收到信号后，切换到发电并网运行或抽水并网运行。(3)发电机出口开关同期合闸，机组顺序控制系统收到发电机出口开关合闸命令后，判断保护装置送给机组顺序控制流程的“已在发电并网运行”、“已在抽水并网运行”模式是否正确，如果模式正确，在机组顺序控制系统发信号“0”给保护装置Syn变量，并且允许下一步流程，如果模式错误，则停机。

电气制动刀在停机过程中合闸，电气制动时机端电流比较大，如果某种原因(如发生发电机出口开关位置接点和换相刀位置接点同时粘连多重故障，可能性很低)主变差动未切换到未并网状态，电气制动电流进入会计算入主变差动保护差流，使得主变差动跳闸。为避免误跳闸，在机组顺序控制系统中设置下列逻辑：当机组停机时，无论是从抽水工况并网运行停机还是从发电工况并网运行停机都要在电气制动刀合闸前判断主变差动保护是否切换到未并网状态，仅判断为已经切换到未并网状态情况下才允许合电气制动刀。

以逻辑步骤表述本实施例的工作过程，具体如下：

一、在主变保护装置中设置下列步骤：

(1-1)参见图3所示主变差动保护装置信号接线图，输入G1，G2，P1，

P2，C1，C2，Syn；

(1-2)读入发电方向电流相序定值，抽水方向电流相序定值；

(1-3)计算逻辑

(1-4)计算逻辑

(1-5)如果MG由“0”变为“1”且机端电流小于Iset，则Flag_G＝1；

(1-6)如果MP由“0”变为“1”且机端电流小于Iset，则Flag_P＝1；

(1-7)如果MG由“1”变为“0”且机端电流小于Iset，则Flag_G＝0；

(1-8)如果MP由“1”变为“0”且机端电流小于Iset，则Flag_P＝0；

(1-9)如果Flag_G＝＝1AND Flag_P＝＝0,则按发电方向电流相序定值设定的

相序将机端电流通道采样值进入差动保护计算；

(1-10)如果Flag_G＝＝0AND Flag_P＝＝1,则按抽水方向电流相序定值设定

的相序将机端电流通道采样值进入差动保护计算；

(1-11)如果Flag_G＝＝0AND Flag_P＝＝0,则将机端电流通道采样值强制为0

A进入差动保护计算；

(1-10)参见图4所示机组顺序控制系统信号接线图，输出Flag_G,Flag_P。

二、在机组顺序控制系统中设置下列逻辑(括号中表示抽水工况的逻辑)：

(2-1)收到发电工况(抽水工况)开机令；

(2-2)发命令合换相刀发电方向(抽水方向)；

(2-3)发命令启动同期，参见图3所示主变差动保护装置信号接线图，发

出信号“1”给保护装置Syn变量；

(2-4)收到发电机合闸位置接点，开始检测各个主变差动保护装置发来的

Flag_G,Flag_P信号，只有当各个主变差动的Flag_G为“1”且Flag_P为“0”

(Flag_P为“1”且Flag_G为“0”)时，才发出信号“0”给保护装置Syn

变量，然后进入下一步流程，反之，则停机；

(2-5)机组发电(抽水)稳态运行，按需要调节负荷；

(2-6)停机；

(2-7)发分发电机出口开关令；

(2-8)发分换相刀令；

(2-9)机组转速降至合电气制动刀转速时，开始检测各个主变差动保护装

置发来的Flag_G,Flag_P，只有当每个主变差动的Flag_G为“0”且Flag_P

为“0”时，才允许合电气制动刀；

(2-10)机组停机稳态。

可通过各种手段实施本发明描述的技术。举例来说，这些技术可实施在硬件、固件、软件或其组合中。对于硬件实施方案，处理模块可实施在一个或一个以上专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑装置(PLD)、现场可编辑逻辑门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、电子装置、其他经设计以执行本发明所描述的功能的电子单元或其组合内。

对于固件和/或软件实施方案，可用执行本文描述的功能的模块(例如，过程、步骤、流程等)来实施所述技术。固件和/或软件代码可存储在存储器中并由处理器执行。存储器可实施在处理器内或处理器外部。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种抽水蓄能电站主变差动保护电流通道切换方法，其特征在于，适用于抽水蓄能电站中保护范围包含换相刀、拖动刀、被拖动刀、发电机出口开关、电气制动刀的主变差动保护；电流通道切换方法的步骤是：

设定发电方向电流相序定值、抽水方向电流相序定值和电流通道切换限制定值Iset；

在主变差动保护装置中，采用变量G1、G2表示换相刀在发电方向合闸的两极状态，断开状态为“0”，闭合状态为“1”；采用变量P1、P2表示换相刀在抽水方向合闸的两极状态，断开状态为“0”，闭合状态为“1”；采用变量C1、C2表示两个发电机出口开关的位置状态，断开状态为“0”，闭合状态为“1”；采用变量Syn表示机组顺序控制系统发来的信号，从启动同期装置时刻开始到发电机出口开关合闸时刻结束这段时间内，将变量Syn置为“1”，其它时间段内，将变量Syn置为“0”；

设置发电方向并网逻辑

设置抽水方向并网逻辑

当MG从“0”变为“1”且机端各相电流二次值I<Iset时，触发发电方向并网运行状态，将机端电流二次值按“发电方向电流相序定值”输入到主变差动保护计算公式进行计算；

当MP从“0”变为“1”且机端各相电流二次值I<Iset时，触发抽水方向并网运行状态，将机端电流二次值按“抽水方向电流相序定值”输入到主变差动保护计算公式进行计算；

当MG从“1”变为“0”且机端各相电流二次值I<Iset时或者抽水方向逻辑MP从“1”变为“0”且机端各相电流二次值I<Iset时，触发未并网运行状态，机端电流强制为0A后进入主变差动保护计算公式计算；

在不满足任何触发条件时，机端电流保持前一触发态时的电流相序或0A进入差动保护计算。

2.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站主变差动保护电流通道切换方法，其特征在于，所述电流通道切换限制定值Iset的取值小于主变差动保护差流定值。

3.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站主变差动保护电流通道切换方法，其特征在于，对于换相刀，换相刀五极中有一极不需换相，其余四极需换相，将需要换相的四极中各极接一个常开位置接点到保护装置，把在发电方向合闸的两极的位置状态分别输入主变差动保护装置中的变量G1、G2，把在抽水方向合闸的两极的位置状态分别输入主变差动保护装置中的变量P1、P2；四个位置接点互相独立。

4.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站主变差动保护电流通道切换方法，其特征在于，将发电机出口开关的两个常开位置接点接入到保护装置，把发电机出口开关的位置状态输入主变差动保护装置中的变量C1、C2。

5.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站主变差动保护电流通道切换方法，其特征在于，采集的信号通过电缆进行传递，电缆设置的方式采用以下两种之一：

(1-1)各个信号分别单独配置一条电缆接入保护装置；

(1-2)变量G1、P1、C1使用同一条电缆接入保护装置，变量G2、P2、C2使用同一条电缆接入保护装置，其中变量G1与G2、变量P1与P2、变量C1与C2不能使用同一条电缆接入保护装置，不能共用电缆芯。

6.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站主变差动保护电流通道切换方法，其特征在于，机组在发电工况或抽水工况开机时，主变差动保护电流通道切换时刻选择在启动同期装置时刻。

7.根据权利要求6所述的抽水蓄能电站主变差动保护电流通道切换方法，其特征在于，在机组顺序控制系统和主变差动保护装置中设置逻辑，按以下步骤进行配合：

(2-1)机组顺序控制系统中，从启动同期装置时刻开始，给主变差动保护装置发信号“1”，主变差动保护装置收到信号后，设置变量Syn为“1”，此时，主变差动保护装置中发电方向并网逻辑MG从“0”变为“1”且机端各相电流二次值I<Iset时，触发发电方向并网运行状态，或者，抽水方向并网逻辑MP从“0”变为“1”且机端各相电流二次值I<Iset时，触发抽水方向并网运行状态；

(2-2)同期启动后，同期装置工作，同期装置监测到合闸条件满足时发出合闸命令，发电机出口开关合闸；主变差动保护装置检测到出口开关合闸后，向机组顺序控制逻辑发送当前运行状态标志信号，所述的当前运行状态标志信号包括已在发电运行状态信号、已在抽水运行状态信号、未并网状态信号；

当机组顺序控制系统检测发电机出口开关合闸后，判断主变差动保护装置发来的运行状态标志信号是否与机组顺序控制系统运行的工况一致，如果一致，则向差动保护装置发送信号“0”，差动保护装置将变量Syn设为“0”，机组顺序控制系统进入下一步流程运行；如果不一致，机组顺序控制系统执行发电机停机流程使发电机停机；

(2-3)当发电机停机时，无论是从抽水并网停机还是从发电并网运行停机，机组顺序控制系统在发命令合电气制动刀前，先判断主变差动保护装置发来的运行状态标志信号是否为未并网状态，判断为未并网状态后才允许合电气制动刀，否则，跳过合电气制动刀的步骤。