張河灣電站機(jī)組故障錄波裝置升級(jí)改造

李 倩，金清山，李國(guó)賓，王 濤，張 帆

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050300）

1 概述

河北張河灣抽水蓄能電站位于河北省石家莊市井陘縣境內(nèi)，距石家莊市直線距離53 km，公路里程77 km，靠近負(fù)荷中心。電站裝機(jī)容量為100萬(wàn)kW，安裝4臺(tái)25萬(wàn)kW單級(jí)混流可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組，以一回500 kV線路接入廉州500 kV變電站。電站在電網(wǎng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用等任務(wù)。

2 機(jī)組故障錄波裝置改造的必要性

發(fā)變組故障錄波裝置是在發(fā)電機(jī)和主變?cè)O(shè)備正常運(yùn)行時(shí)對(duì)電氣參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并能在電力系統(tǒng)發(fā)生故障或者振蕩時(shí)自動(dòng)記錄波形的一種裝置。故障錄波裝置可以記錄故障前后電氣參數(shù)變化的整個(gè)過(guò)程，同時(shí)還可以記錄開(kāi)關(guān)量的動(dòng)作情況并對(duì)故障的類型、地點(diǎn)和時(shí)間做出提醒，為電廠后期進(jìn)行事故分析和處理提供了有力的保障。通過(guò)裝置的錄波，可以快速找出發(fā)生故障的原因，制定方案消除故障；根據(jù)裝置的報(bào)文，可以快速找出故障地點(diǎn)，縮小排查范圍，為處理故障節(jié)省大量時(shí)間；通過(guò)故障錄波裝置，不僅可以檢查出繼電保護(hù)裝置是否存在誤動(dòng)和拒動(dòng)的情況，還能檢查出二次回路接線是否正確；通過(guò)故障錄波裝置對(duì)開(kāi)關(guān)量實(shí)際情況的記錄，可以檢測(cè)出在發(fā)生故障時(shí)各個(gè)斷路器是否存在拒動(dòng)的情況。因此，故障錄波裝置是提高電廠安全運(yùn)行能力，縮短事故排查時(shí)間的一個(gè)不可缺少的重要裝置。

張河灣電站1～4號(hào)機(jī)組故障錄波裝置原型號(hào)為武漢中元華電的ZH-2B，共計(jì)4臺(tái)故障錄波裝置，都是2007年4月出廠，已投入運(yùn)行10多年，近年來(lái)，裝置的故障率大幅增加，軟件和硬件都無(wú)法保證可靠運(yùn)行，而且無(wú)法滿足國(guó)網(wǎng)公司對(duì)錄波器的最新標(biāo)準(zhǔn)及要求，急需對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。本次改造將原有中元華電電力故障錄波測(cè)距裝置升級(jí)為SHDFR_B型電力故障錄波裝置，故障錄波裝置改造后將大大減少運(yùn)維工作量，提高設(shè)備安全運(yùn)行穩(wěn)定性。

3 SHDFR_B型電力故障錄波裝置的優(yōu)點(diǎn)

經(jīng)過(guò)反復(fù)比較，電廠最終選擇了深圳市雙合電氣有限公司生產(chǎn)的SHDFR_B型電力故障錄波裝置，該裝置可以使用鼠標(biāo)、鍵盤(pán)與USB存儲(chǔ)設(shè)備，再配上大屏顯示器，整套裝置使用簡(jiǎn)便快捷。該產(chǎn)品采用嵌入式的硬件結(jié)構(gòu)，采樣時(shí)使用32位浮點(diǎn)DSP，通過(guò)嵌入式計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并沒(méi)有使硬件和軟件功能縮水，反而大大提高了裝置的穩(wěn)定性和可靠性，該裝置由故障錄波單元和錄波管理機(jī)組成，錄波單元采用了先進(jìn)的Linux操作系統(tǒng)，這種操作系統(tǒng)的運(yùn)行方式安全性高、可靠性強(qiáng)、使用更加的便捷，并且能避免被惡意病毒的攻擊。SHDFR_B錄波裝置配置了模擬量和開(kāi)關(guān)量，數(shù)量分別為32路和64路。也可以根據(jù)用戶的需要將模擬量和開(kāi)關(guān)量擴(kuò)展至96路和192路，與原有的ZH-2B型故障錄波裝置相比多了16路模擬量，32路開(kāi)關(guān)量。

除此之外，與原有的武漢中元華電的ZH-2B故障錄波裝置相比，SHDFR_B 錄波裝置還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

3.1 采用全嵌入式結(jié)構(gòu)

（1）該故障錄波裝置采用了全嵌入式結(jié)構(gòu)，如嵌入式硬件和軟件平臺(tái)，從而在很大程度上提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（2）在設(shè)計(jì)初期經(jīng)過(guò)統(tǒng)籌考慮，將各不相同的功能模塊放置在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，此種做法將裝置功耗大大降低的同時(shí)，還對(duì)裝置的抗干擾能力有了很大的提高。

3.2 多功能的波形查看功能

（1）可以對(duì)波形進(jìn)行橫向、縱向的縮小放大和復(fù)原功能。

（2）可以篩選各個(gè)通道的波形，并選擇特定時(shí)間對(duì)選擇的波形進(jìn)行細(xì)節(jié)信號(hào)的比較。

（3）可以顯示出每個(gè)通道的一次值和二次值。

3.3 功能強(qiáng)大的離線分析軟件

（1）界面設(shè)計(jì)使用了通俗易懂的圖形，并在Linux操作系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)行，具有強(qiáng)大的在線幫助系統(tǒng)便于用戶操作。

（2）此軟件除了編輯和漫游的功能，還提供了較多的分析工具，例如對(duì)波形組合、比較、剪輯、添加標(biāo)注等。

（3）可以對(duì)諧波、序量、矢量、頻率、功率、過(guò)激磁、差流進(jìn)行分析，阻抗圖分析，并能對(duì)阻抗變化軌跡進(jìn)行顯示等功能。

（4）支持自動(dòng)分析和手動(dòng)高級(jí)分析故障數(shù)據(jù)并生成故障報(bào)告，故障報(bào)告中分析的結(jié)果清楚詳細(xì)。

3.4 雙端測(cè)距

該裝置采用雙端測(cè)距算法，此算法可以完全消除故障過(guò)渡電阻、故障類型、接線方式等影響，大大提高了測(cè)距精度。

3.5 GPS高精度的同步對(duì)時(shí)

該裝置采用標(biāo)準(zhǔn)直流B碼對(duì)時(shí)，誤差小于等于±1 ms。

3.6 特殊的數(shù)據(jù)記錄格式

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩后，使用傳統(tǒng)的記錄方式只能記錄中期狀態(tài)和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程數(shù)據(jù)的有效值。而本裝置模擬量通道采用基波相量值的方式記錄，通過(guò)此種記錄方式，使分析功能更加豐富，如：不僅可以輸出有效值、相位、有功和無(wú)功功率等信息；也可以對(duì)相量、序量進(jìn)行分析等。

3.7 長(zhǎng)時(shí)間記錄故障前信息

傳統(tǒng)的故障錄波方式對(duì)故障前的信息記錄時(shí)間極短，而本裝置在故障前增加了一段，因此可以通過(guò)基波相量值的方式，使其能長(zhǎng)時(shí)間記錄故障前的信息，對(duì)分析緩慢變換的發(fā)展性故障具有很大的幫助。

3.8 密碼安全管理

雖然系統(tǒng)應(yīng)用在專用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，但在實(shí)際運(yùn)行中也可能通過(guò)磁盤(pán)介質(zhì)等其他方式與外部網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。為了提高故障錄波網(wǎng)絡(luò)的安全性，采用了密碼方式對(duì)裝置進(jìn)行安全管理。密碼安全管理主要采用了3種方式，分別是管理員、操作員和瀏覽者，只有管理員才可以修改與下載裝置中的相關(guān)信息。

綜上所述，SHDFR_B型電力故障錄波裝置具有分析能力更強(qiáng)、可靠性更高、運(yùn)行速度更快、對(duì)時(shí)系統(tǒng)更先進(jìn)、故障分析軟件界面更友好等特點(diǎn)。

4 裝置升級(jí)改造的實(shí)施

確定使用深圳市雙合電氣有限公司生產(chǎn)的SHDFR_B型電力故障錄波裝置后，電廠組織專業(yè)技術(shù)人員編寫(xiě)詳細(xì)的施工改造方案，將原屏柜以及原外部回路采集單元保留，拆除舊錄波裝置的錄波單元、后臺(tái)管理機(jī)及內(nèi)部其他元件，安裝全新的嵌入式機(jī)組故障錄波裝置。在此次改造過(guò)程中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

改造前應(yīng)將故障錄波裝置中的定值單進(jìn)行打印，并做好保存。

進(jìn)行內(nèi)部空開(kāi)、模擬量、開(kāi)關(guān)量、電壓與電流接線時(shí)，應(yīng)確保接線的準(zhǔn)確性和牢固性；交流電流回路不允許開(kāi)路，交流電壓回路不允許短路；正負(fù)極端子間應(yīng)用空端子或者隔片隔開(kāi)。

在通電之前應(yīng)做好仔細(xì)的檢查工作，在故障錄波裝置投入使用之前，應(yīng)先使用萬(wàn)用表測(cè)量電源端的電壓是否正常。

本次項(xiàng)目實(shí)施從組織措施、技術(shù)措施、安全措施上保證了改造的順利完成。經(jīng)過(guò)緊張的安裝與調(diào)試工作，機(jī)組故障錄波裝置具備投入運(yùn)行條件，整個(gè)升級(jí)改造工作順利完成。

5 故障錄波裝置投運(yùn)后的效果

張河灣電廠2號(hào)機(jī)組故障錄波裝置升級(jí)改造后，裝置運(yùn)行正常，以此次改造為基礎(chǔ)，剩余的3臺(tái)機(jī)組故障錄波裝置也會(huì)在檢修時(shí)進(jìn)行升級(jí)改造。升級(jí)改造的SHDFR_B型電力故障錄波裝置采用了新型的Linux窗口界面，操作更加簡(jiǎn)單，其可靠性和穩(wěn)定性更高，數(shù)據(jù)處理能力相對(duì)于ZH-2 B型的故障錄波裝置提高了好幾倍，由此提高了電廠人員的學(xué)習(xí)效率。巡檢人員每天通過(guò)平面板上的狀態(tài)燈即可判斷裝置是否在正常工作。

此次故障錄波裝置的改造，對(duì)于電廠及時(shí)處理故障恢復(fù)送電，以及采取措施避免故障的發(fā)生具有重要意義。