陳雪婷

[摘 ? ?要]文章介紹勵(lì)磁新技術(shù)在水電廠不同運(yùn)行場(chǎng)景中的實(shí)際應(yīng)用，并對(duì)繼電保護(hù)裝置的技術(shù)改造安裝與調(diào)試進(jìn)行分析，為水電廠正常運(yùn)作提供保護(hù)。打造智慧化勵(lì)磁系統(tǒng)，科學(xué)設(shè)計(jì)智能功率柜、滅磁柜、調(diào)節(jié)器，分析勵(lì)磁系統(tǒng)中內(nèi)部通信光線暗、紅外測(cè)溫系統(tǒng)、光纖脈沖傳輸?shù)刃录夹g(shù)的具體應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]水電廠;繼電保護(hù);勵(lì)磁技術(shù);勵(lì)磁系統(tǒng)

[中圖分類號(hào)]TM77 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）05–0–03

Application and Exploration of New Relay Protection and

Excitation Technology in Hydropower Plant

Chen Xue-ting

[Abstract]This paper introduces the practical application of new excitation technology in different operation scenarios of hydropower plant， so as to highlight the technical value and advantages， and analyzes the technical transformation， installation and commissioning of relay protection device， so as to provide protection for the normal operation of hydropower plant. Build an intelligent excitation system， scientifically design intelligent power cabinet， de excitation cabinet and regulator. At the same time， analyze the specific application of new technologies such as dark internal communication light， infrared temperature measurement system and optical fiber pulse transmission in the excitation system.

[Keywords]hydropower plant; relay protection; excitation technology; excitation system

1 水電廠繼電保護(hù)與勵(lì)磁技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

為解決水電廠副勵(lì)磁機(jī)接地短路問題，楊玲依托于負(fù)序、零序電壓過濾器運(yùn)行原理，搭建相應(yīng)的接地短路故障模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)整流裝置、副勵(lì)磁機(jī)的動(dòng)態(tài)化模擬。由于接地短路時(shí)，機(jī)器端部位置會(huì)產(chǎn)生負(fù)序、零序電壓，通過觀察電壓變化情況，可判斷出短路故障位置，有利于副勵(lì)磁機(jī)基地故障檢測(cè)工作的有序進(jìn)行。

魏揚(yáng)等通過分析機(jī)端斷路器機(jī)組非全相合閘并網(wǎng)實(shí)例，結(jié)合并網(wǎng)前后零序電壓接地保護(hù)實(shí)際運(yùn)作狀況，理論分析故障發(fā)生時(shí)該設(shè)備兩端的電壓特征量，又匯總、驗(yàn)證采集到的錄波數(shù)據(jù)。緊接著依托于數(shù)據(jù)結(jié)果，對(duì)這一實(shí)例的可行性與必要性進(jìn)行分析，為采用相同接線形式的發(fā)電機(jī)—變壓器組運(yùn)作與維護(hù)提供可靠數(shù)據(jù)支持與方案參考，促使繼電保護(hù)裝置整體運(yùn)作安全、水平得以提高。

王權(quán)等在研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)某水電廠主變壓器倒掛運(yùn)作期間，電壓互感器會(huì)出現(xiàn)分頻諧振，并自動(dòng)發(fā)出主變低壓側(cè)開口三角電壓報(bào)警。通過對(duì)運(yùn)行問題進(jìn)行分析，著手于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)作狀況的全方位檢查，在此基礎(chǔ)上，總結(jié)出鐵磁諧振運(yùn)作原理，又提出科學(xué)且可行的問題處理措施，比如安裝消諧裝置、優(yōu)化創(chuàng)新主變壓器運(yùn)作模式、適當(dāng)增加消諧電阻等。同時(shí)，這些處理方案也可被用于其他水電廠相似問題解決工作中，確保主變壓器、電壓互感器安全性、連續(xù)性運(yùn)作。

吳龍等對(duì)抽水蓄能電站機(jī)組實(shí)際運(yùn)作狀況進(jìn)行觀察，以水泵抽水為基準(zhǔn)，為同步電機(jī)打造電機(jī)線性化、相量圖模型。緊接著收集、整理模型中包含的各類參數(shù)，并總結(jié)參數(shù)特征，以此為依據(jù)，深入探索得到同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)力矩傳遞函數(shù)與相頻特征，再加以細(xì)致分析，探討出同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)正阻尼力矩條件，又結(jié)合實(shí)際，最終提出適當(dāng)增加正阻尼力矩的運(yùn)行方案。與此同時(shí)，通過模型分析給出工程應(yīng)用結(jié)果。

梁廷婷等技術(shù)人員對(duì)應(yīng)用柔性光學(xué)電流互感器的發(fā)電廠繼電保護(hù)針對(duì)不同場(chǎng)景優(yōu)化與探索進(jìn)行總結(jié)，并設(shè)計(jì)出多種保護(hù)優(yōu)化方案，其中包括變頻啟動(dòng)機(jī)組保護(hù)、核電輔助變斷相監(jiān)測(cè)保護(hù)、選擇性定子接地保護(hù)、轉(zhuǎn)子繞組匝間保護(hù)、發(fā)電機(jī)主保護(hù)等，各種優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施獲得顯著保護(hù)效果，并從根本上實(shí)現(xiàn)對(duì)水電廠繼電保護(hù)問題的有效處理，還能針對(duì)不同運(yùn)行場(chǎng)景存在的問題提出相應(yīng)的解決措施，確保水電廠整體運(yùn)作良好、安全。

徐亮對(duì)水電廠勵(lì)磁系統(tǒng)智能化運(yùn)作發(fā)展與實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行深層次研究，以此了解勵(lì)磁系統(tǒng)智能化設(shè)計(jì)程序，并針對(duì)不同繼電保護(hù)裝置匯總得到相應(yīng)的智慧化設(shè)計(jì)方案，包括智能功率柜、智能調(diào)節(jié)器等。此外，又分析不同智慧化系統(tǒng)以及現(xiàn)代化技術(shù)在勵(lì)磁系統(tǒng)中的實(shí)際運(yùn)用，主要有紅外測(cè)溫系統(tǒng)、光線脈沖傳輸技術(shù)等。依據(jù)所研究結(jié)論，提出水電廠智能建設(shè)與發(fā)展的工作重點(diǎn)即智能綜合信息管理系統(tǒng)的打造與應(yīng)用，在先進(jìn)技術(shù)與智慧系統(tǒng)的相互協(xié)作下，強(qiáng)化水電廠整體運(yùn)行生產(chǎn)效果。該方案是本文研究側(cè)重點(diǎn)。

2 水電廠繼電保護(hù)裝置改造技術(shù)研究

2.1 裝置科學(xué)選型

水電廠在選購繼電保護(hù)裝置時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需求確定裝置型號(hào)，為保證裝置長(zhǎng)時(shí)間保持良好運(yùn)行狀態(tài)，盡可能與高技術(shù)水準(zhǔn)生產(chǎn)商合作，確保產(chǎn)品質(zhì)量。水電廠能夠連續(xù)性、安全性運(yùn)作，有很大程度受繼電保護(hù)裝置所影響，這就需要確保裝置選用科學(xué)性、合理性，為水電廠穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠支撐。

2.2 調(diào)試方案編寫

要想保證裝置安裝與調(diào)試工作的順利、秩序進(jìn)行，充分發(fā)揮裝置技術(shù)改造后的運(yùn)作優(yōu)勢(shì)，則需在技改前，設(shè)計(jì)、編寫安裝與調(diào)試方案，方案應(yīng)同時(shí)包括六點(diǎn)內(nèi)容。

（1）作業(yè)時(shí)間。在安排施工計(jì)劃與時(shí)間時(shí)，需依據(jù)技改物資、繼電保護(hù)屏柜進(jìn)行，還需為技術(shù)改造人員各項(xiàng)工作實(shí)施情況檢查預(yù)留充足時(shí)間。

（2）施工單位確認(rèn)。為保障繼電保護(hù)技術(shù)改造科學(xué)性，要求水電廠與專業(yè)性水電工程施工單位合作，并針對(duì)裝置技改施工與調(diào)試工作簽訂相應(yīng)合同，若水電廠整體技術(shù)水平較高，且有大量技術(shù)專業(yè)人員，此項(xiàng)工作也可自行完成。

（3）明確繼電保護(hù)安裝調(diào)試條件，關(guān)停水電廠中運(yùn)行的一次、二次設(shè)備，還應(yīng)做好設(shè)備維護(hù)工作。

（4）根據(jù)多年作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，深入探究工作期間可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

（5）做好技改各班組的分工。

（6）嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)著手于繼電保護(hù)技改驗(yàn)收工作，并采取科學(xué)的驗(yàn)收方法。

2.3 裝置安裝調(diào)試

對(duì)運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)的繼電保護(hù)屏柜內(nèi)部構(gòu)件完整性進(jìn)行檢查，審核圖紙資料與其他備件，確認(rèn)無誤后，便可執(zhí)行安裝調(diào)試工作。在此期間，需積極落實(shí)“兩票”制度，以保證操作流程與工序規(guī)范性，規(guī)避作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。安裝、調(diào)試作業(yè)流程及要求如下：先執(zhí)行電纜敷設(shè)工作，再拆除繼電保護(hù)屏柜外部接線，緊接著使用絕緣膠布對(duì)裸露導(dǎo)體進(jìn)行處理，避免導(dǎo)線相接觸引發(fā)短路故障。完成此項(xiàng)工作后吊出舊屏柜、吊入新屏柜，做好外部電纜的整理工作，按照設(shè)計(jì)的配線圖紙執(zhí)行新繼電保護(hù)屏柜外部線號(hào)的打印工作，并正確穿入電纜芯線，接入相應(yīng)接線端子[3]。

對(duì)配線進(jìn)行逐一檢查，主要檢查內(nèi)容為屏柜整體絕緣情況、所有模擬量輸入采樣精度、繼電保護(hù)邏輯功能、開入與開出回路動(dòng)作、故障錄波設(shè)備運(yùn)行等，合格后開展調(diào)試工作，應(yīng)保證調(diào)試全面性。完成所有保護(hù)功能驗(yàn)證與試驗(yàn)，并保證斷路器分、合閘正確后，申請(qǐng)終結(jié)工作票，再根據(jù)相關(guān)要求執(zhí)行設(shè)備的檢修工作，試運(yùn)行新安裝的繼電保護(hù)裝置。在此期間，應(yīng)采取手動(dòng)控制的方式增加一次設(shè)備電壓與電流，全過程觀察模擬量采樣的正確與否，以保證運(yùn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。試運(yùn)行結(jié)束后，便可投入到正式運(yùn)作中，做好設(shè)備巡檢工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的跟蹤掌控。

3 水電廠勵(lì)磁系統(tǒng)智能化研究與應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)

3.1.1 智能調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)

勵(lì)磁系統(tǒng)需配置完全獨(dú)立且并聯(lián)冗余容錯(cuò)結(jié)構(gòu)的雙通道勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，若條件允許也可設(shè)置第三個(gè)試驗(yàn)通道。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器需具備自我診斷與完善功能，并將勵(lì)磁電壓及電流等參數(shù)上傳于PMU系統(tǒng)，達(dá)到同智能電站所有邏輯層級(jí)互聯(lián)互通的效果。采取歷史數(shù)據(jù)對(duì)比、趨勢(shì)分析等措施，優(yōu)化勵(lì)磁軟件運(yùn)行功能即對(duì)水電廠力勵(lì)磁裝置運(yùn)作狀態(tài)進(jìn)行診斷、預(yù)測(cè)，再將診斷結(jié)果反饋于人機(jī)界面，確保故障點(diǎn)定位精準(zhǔn)性。借助組態(tài)編程技術(shù)，靈活定義勵(lì)磁系統(tǒng)輸出信號(hào)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能模塊時(shí)，應(yīng)包括過勵(lì)保護(hù)、空載過電壓保護(hù)、雙調(diào)節(jié)器故障保護(hù)、三功率柜故障保護(hù)等，充分發(fā)揮功能模塊運(yùn)行優(yōu)勢(shì)，避免二次作業(yè)時(shí)安全措施接線錯(cuò)誤，確保所有設(shè)備運(yùn)行安全。應(yīng)用工控機(jī)替換觸摸屏，實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史錄波圖像、故障報(bào)警、系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)查看，還可遠(yuǎn)程操作各試驗(yàn)，且采集與存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)精確度較高。此外，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可以通過主控機(jī)對(duì)機(jī)組進(jìn)行多項(xiàng)試驗(yàn)，包括階躍響應(yīng)試驗(yàn)、空載特性試驗(yàn)、短路特性試驗(yàn)等，自動(dòng)記錄試驗(yàn)結(jié)果，并生成數(shù)據(jù)報(bào)告。

3.1.2 智能功率柜設(shè)計(jì)

各功率柜均需配備一套獨(dú)立運(yùn)作的智能控制系統(tǒng)，系統(tǒng)由顯示屏、傳感器、智能檢測(cè)單元等構(gòu)成，增強(qiáng)檢測(cè)、顯示智能化。利用光纖將報(bào)警信息、功率柜運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁智能綜合信息管理系統(tǒng)中。智能功率柜的智能均流為高頻脈沖列觸發(fā)技術(shù)的晶閘管橋臂智能均流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均流智能化、退柜行為自動(dòng)化、信息顯示直觀化。同時(shí)，功率柜還擁有自動(dòng)控制、智能檢測(cè)功能。

3.1.3 智能滅磁柜設(shè)計(jì)

智能滅磁柜需配置可操作控制以及智能檢測(cè)裝置，如溫度、報(bào)警信息檢測(cè)，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上傳各項(xiàng)參數(shù)于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器系統(tǒng)中，包括非線性電阻溫度、滅磁柜磁場(chǎng)斷路器閉合狀態(tài)、跨接器工作次數(shù)、轉(zhuǎn)子繞組溫度等，還可對(duì)滅磁及轉(zhuǎn)子電流與電壓值進(jìn)行智能錄波與存儲(chǔ)。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)針對(duì)不同工況設(shè)置滅磁時(shí)序，確保系統(tǒng)運(yùn)行故障時(shí)，能夠快速做出反應(yīng)，規(guī)避正常滅磁對(duì)系統(tǒng)的影響。而在設(shè)計(jì)滅磁跳閘回路時(shí)，應(yīng)保證可以準(zhǔn)確區(qū)分故障跳閘與正常分閘，并獨(dú)立設(shè)計(jì)滅磁開關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)與保護(hù)跳閘回路。與此同時(shí)，構(gòu)建監(jiān)視回路，自動(dòng)記錄監(jiān)視參數(shù)，再將其上傳于滅磁柜智能檢測(cè)裝置中，提高系統(tǒng)故障分析精度與處理效率。

3.2 先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用

3.2.1 IEC 61850通信規(guī)約

該標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)前電力系統(tǒng)自動(dòng)化中唯一一個(gè)全球通用標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)通信規(guī)約打造的智能電站，體現(xiàn)出極強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)性，并增強(qiáng)智能電站運(yùn)行統(tǒng)一性、規(guī)范性。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電站信息分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新定義，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，構(gòu)建電站數(shù)字化模型，而電站的智能化發(fā)展基礎(chǔ)則為網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立性、數(shù)據(jù)自描述。水電廠的勵(lì)磁系統(tǒng)與監(jiān)控LCU彼此間實(shí)現(xiàn)IEC 61850通信，如模擬量采樣的SV通信、開關(guān)量信號(hào)的MMS和GOOSE通信。單臺(tái)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)可同時(shí)接收500個(gè)傳輸信號(hào)，以保證監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)信息采集的全面性，為設(shè)備運(yùn)作狀態(tài)分析提供數(shù)據(jù)參考。

3.2.2 紅外測(cè)溫系統(tǒng)

在勵(lì)磁系統(tǒng)中設(shè)置獨(dú)立運(yùn)行的紅外測(cè)溫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)滅磁柜、功率柜多個(gè)部位溫度的在線測(cè)量，比如可控硅、功率柜阻容保護(hù)裝置、滅磁開關(guān)觸頭等。技術(shù)人員可通過監(jiān)控系統(tǒng)顯示屏實(shí)時(shí)了解各重要構(gòu)件運(yùn)行時(shí)的溫度，依據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果判定其是否正常運(yùn)作，確保異常的提前發(fā)現(xiàn)。此外，紅外測(cè)溫系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)記錄、整合與存儲(chǔ)的功能，豐富系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，在大量數(shù)據(jù)信息的支撐下，增強(qiáng)設(shè)備趨勢(shì)分析結(jié)果準(zhǔn)確性。

3.2.3 內(nèi)部通信光纖化

該技術(shù)的應(yīng)用賦予勵(lì)磁系統(tǒng)更高的抗電磁干擾能力，也表現(xiàn)出傳輸容量大的優(yōu)勢(shì)，可全過程跟蹤監(jiān)視勵(lì)磁系統(tǒng)所有模塊的運(yùn)作情況，并自動(dòng)同正常運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)兩項(xiàng)數(shù)據(jù)存在較大偏差時(shí)，便會(huì)在第一時(shí)間發(fā)出告警信號(hào)，為技術(shù)人員故障處理方案的制定爭(zhēng)取充足時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的及時(shí)糾正，促使勵(lì)磁系統(tǒng)整體安全性、穩(wěn)定性得以提高。此外，設(shè)計(jì)、搭建勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)注重光纖通信網(wǎng)絡(luò)化的使用，技術(shù)的操作優(yōu)勢(shì)是跟蹤采集運(yùn)行裝置的各項(xiàng)參數(shù)信息，采集對(duì)象勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器、滅磁柜、過壓保護(hù)裝置等，采集信息包括各裝置內(nèi)部實(shí)際運(yùn)行情況以及各種開關(guān)量、模擬量。

3.2.4 光纖脈沖傳輸技術(shù)

為保證水電廠正常、穩(wěn)定運(yùn)作，充分發(fā)揮其社會(huì)職能，會(huì)長(zhǎng)時(shí)間開啟大型水輪發(fā)電機(jī)組，很多水電廠為該裝置打造相應(yīng)的勵(lì)磁系統(tǒng)功率柜，并使用同軸或扁平電纜傳輸脈沖，但這種設(shè)計(jì)形式無法保障功率柜的抗干擾能力。對(duì)此，可將光纖作為觸發(fā)脈沖傳輸介質(zhì)，并使用點(diǎn)對(duì)光纖傳輸技術(shù)傳輸可控硅觸發(fā)脈沖信號(hào)，借助光纖可將勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸出的觸發(fā)脈沖傳送至整流橋中，以保證勵(lì)磁主控制回路整體可靠，并大幅提高功率柜抗干擾能力[5]。

3.3 智能綜合信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

SIMS利用1IEC 61850通信規(guī)約實(shí)現(xiàn)多臺(tái)勵(lì)磁系統(tǒng)的整合，在同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，只需通過控制管理系統(tǒng)，便可實(shí)時(shí)采集各勵(lì)磁系統(tǒng)的模擬量與開關(guān)量。該系統(tǒng)還具備數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理、查詢功能，并自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)，還可實(shí)現(xiàn)圖表的直觀呈現(xiàn)，推動(dòng)水電廠秩序生產(chǎn)與運(yùn)作。其中，數(shù)據(jù)處理主要工作內(nèi)容有分析數(shù)據(jù)誤碼，實(shí)時(shí)、全過程控制數(shù)據(jù)傳輸誤差。同時(shí)，還可以開展數(shù)據(jù)閾值設(shè)置比較分析工作，再借助存儲(chǔ)功能將原始數(shù)據(jù)、實(shí)際數(shù)據(jù)以及對(duì)比結(jié)果報(bào)告完整存儲(chǔ)于信息庫中。而查詢功能則是對(duì)庫中數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用，并顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間、查詢次數(shù)等信息。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)是統(tǒng)計(jì)分析勵(lì)磁智能管理單元中采集到的各類數(shù)據(jù)，包括模擬量、開關(guān)量等，模擬量數(shù)據(jù)以固定周期內(nèi)數(shù)據(jù)趨勢(shì)波形進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，而開關(guān)量則是以固定周期內(nèi)發(fā)生次數(shù)及間隔時(shí)長(zhǎng)開展統(tǒng)計(jì)工作。SIMS設(shè)置在勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部，且配備有橫向隔離裝置，有效保護(hù)勵(lì)磁系統(tǒng)不被入侵，增強(qiáng)系統(tǒng)整體安全性。

4 結(jié)束語

為保證水電廠繼電保護(hù)裝置的穩(wěn)定、安全運(yùn)作，就需運(yùn)用先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，合理選擇裝置，優(yōu)化功能設(shè)計(jì)，依托多元化技術(shù)打造智能化勵(lì)磁系統(tǒng)。同時(shí)，為增強(qiáng)勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)作連續(xù)性，應(yīng)注重紅外測(cè)溫系統(tǒng)、內(nèi)部通信光纖化等多類新技術(shù)的應(yīng)用，確保水電廠勵(lì)磁系統(tǒng)智能化設(shè)計(jì)合理性、科學(xué)性。

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