水電廠繼電保護(hù)和勵磁新技術(shù)的應(yīng)用分析

豐顯忠

（四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川甘孜 626000）

0 引言

水電廠當(dāng)中的繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置，它屬于監(jiān)測及保護(hù)整個電力系統(tǒng)內(nèi)部所有發(fā)電裝置維持正?？煽康倪\(yùn)行狀態(tài)一種裝置，對水電廠總體運(yùn)行穩(wěn)定及其安全有著密切聯(lián)系。電壓或電流異常波動情況下，繼保護(hù)系統(tǒng)裝置能夠及時將電路中斷，把控好其誤差范圍。而勵磁，則是向著發(fā)電機(jī)提供所需定子電源的重要裝置?？梢哉f，繼電保護(hù)與勵磁技術(shù)關(guān)系著水電廠總體的運(yùn)行安全。因而，針對水電廠當(dāng)中繼電保護(hù)與勵磁各項新技術(shù)有效應(yīng)用開展綜合分析，為水電廠總體的運(yùn)行安全提供技術(shù)保障較為必要。

1 簡述水電廠當(dāng)中繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置及勵磁技術(shù)

1.1 在繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置方面

針對繼保護(hù)系統(tǒng)裝置基本作業(yè)原理，即結(jié)合電流及電壓參數(shù)產(chǎn)生變化，完成誤差估計工作。電流及電壓參數(shù)倘若超出預(yù)設(shè)值，則設(shè)備及時將所在電路斷開，保護(hù)整個電網(wǎng)及其余設(shè)備。繼保護(hù)系統(tǒng)裝置，內(nèi)設(shè)比較、差動、采樣、執(zhí)行、處理、控制等各個單元[1]。采樣單元當(dāng)中，以電壓互感裝置及電流互感裝置為主，電壓互感裝置及電流互感裝置能夠促使電網(wǎng)內(nèi)部電壓、電流各項參數(shù)靈活轉(zhuǎn)換成為差動、比較這兩個單元，并且檢測獲取相應(yīng)信號。比較及識別單元將信號識別出來后，借助采樣單元結(jié)合預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)，針對于所獲取到信號實(shí)時比較分析，再把信號發(fā)送至處理單元當(dāng)中。比較及識別單元內(nèi)部設(shè)有過電流類型保護(hù)電流的繼電裝置、緊急制動類型保護(hù)電流的繼電裝置。從所設(shè)采樣單元當(dāng)中接收獲取電流信號，則電流繼電裝置和所述單元實(shí)施比較分析。電流信號如果達(dá)到所預(yù)設(shè)的電流值，該電流繼電裝置觸點(diǎn)斷開相應(yīng)的自動開關(guān)，信號會被發(fā)送到執(zhí)行單元當(dāng)中。當(dāng)前信號倘若未達(dá)預(yù)設(shè)值，則電流繼電裝置不會起作用，而信號傳輸整個路徑無變化。處理單元結(jié)合識別及比較過后的信號指令，將各項處理操作順利完成。電流如果超出了額定電流，則中間繼電裝置動作。所設(shè)執(zhí)行單元，其實(shí)際屬于專屬電源，負(fù)責(zé)實(shí)施電源切斷及處理錯誤各項操作。

1.2 在勵磁技術(shù)方面

勵磁保護(hù)智能化系統(tǒng)源自同步形式發(fā)電機(jī)組的勵磁控制。針對同步形式發(fā)電機(jī)組的勵磁保護(hù)智能化系統(tǒng)，其內(nèi)含勵磁控制、勵磁功率、無功電流有效補(bǔ)償、發(fā)電機(jī)的電壓測量等。勵磁保護(hù)智能化系統(tǒng)整個控制核心，即自動勵磁的調(diào)節(jié)裝置或自動電壓的調(diào)節(jié)裝置（AVR），其內(nèi)設(shè)機(jī)端位置電壓控制和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定裝置（PSS），還包含著過勵、過激磁、定子電流、瞬時的轉(zhuǎn)子電流、低勵等各種限制裝置[2]。勵磁保護(hù)智能化系統(tǒng)總體控制目標(biāo)，即設(shè)備處于可允許整個運(yùn)行范圍維持著機(jī)端位置電壓處于恒定狀態(tài)。針對機(jī)組側(cè)的重要任務(wù)，即維持整個發(fā)電機(jī)所在機(jī)端位置電壓接近于額定數(shù)值，提供相應(yīng)的無功功率，且予以合理調(diào)節(jié)，為發(fā)電機(jī)總體運(yùn)行提供安全及經(jīng)濟(jì)性的保證；針對電網(wǎng)側(cè)，其負(fù)責(zé)支撐電網(wǎng)整個電壓，確保電力系統(tǒng)維持靜態(tài)穩(wěn)定，對功率振蕩起到抑制作用，改善或優(yōu)化暫態(tài)總體的穩(wěn)定性。伴隨著近幾年光伏及風(fēng)電等新型能源不斷涌現(xiàn)并應(yīng)用發(fā)展開來，無功電壓方面控制被逐漸納入勵磁保護(hù)智能化系統(tǒng)總體控制實(shí)踐研究范疇當(dāng)中。

2 水電廠當(dāng)中繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置及勵磁各項新技術(shù)應(yīng)用

2.1 繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置新技術(shù)方面

如果想確保繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置現(xiàn)場安裝及其調(diào)試順利完成，將繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置技術(shù)總體改造優(yōu)化之后運(yùn)作優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，則實(shí)施技改前期，應(yīng)當(dāng)將安裝及其調(diào)試方案有效明確下來，下列為方案具體內(nèi)容：應(yīng)當(dāng)結(jié)合技改物資及繼電保護(hù)的屏柜各項要求，合理安排施工計劃及具體時間，為技改人員開展情況檢查各項工作預(yù)留比較充足的時間。那么，為確保繼電保護(hù)總體技改更具科學(xué)合理性，則水電廠應(yīng)當(dāng)和水電工程專業(yè)性施工單位密切合作，安排專業(yè)的技術(shù)員負(fù)責(zé)開展具體的技術(shù)工作，明確繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置安裝及其調(diào)試條件。針對水電廠所運(yùn)行一次及二次設(shè)備務(wù)必要及時關(guān)停，積極落實(shí)設(shè)備維護(hù)各項工作；結(jié)合以往的實(shí)踐經(jīng)驗，深入研究實(shí)踐中可能潛在一定風(fēng)險，且提出相應(yīng)的防控措施做到防患于未然；更應(yīng)當(dāng)對技改班組做好分工，確保全員嚴(yán)格依照著要求規(guī)范化實(shí)施繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置總體技改過程當(dāng)中的安裝及其調(diào)試工作[3]。為達(dá)到良好的技改效果，則就應(yīng)當(dāng)對水電廠內(nèi)部安裝好微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)裝置，該系統(tǒng)裝置內(nèi)設(shè)高集成度計總線不出的芯片單片裝置、高精度化電流電壓的互感裝置、絕緣強(qiáng)度較高出口中間的繼電裝置、可靠性較高開關(guān)電源系統(tǒng)模塊等各個部件。依托微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)裝置，對水電廠內(nèi)發(fā)電裝置電氣及機(jī)械參數(shù)實(shí)施監(jiān)測，并結(jié)合所監(jiān)測獲取到的各項參數(shù)，判斷發(fā)電裝置是否處在一種危險狀態(tài)，若有異常情況產(chǎn)生，則應(yīng)及時采取如切斷負(fù)荷、斷開電源等各項保護(hù)措施，以免發(fā)電裝置受損。此外，借助微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)裝置，對水電廠內(nèi)各設(shè)施設(shè)備實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)及其故障信息等予以詳細(xì)記錄，為后續(xù)實(shí)施故障診斷及其分析提供數(shù)據(jù)參考。針對安裝調(diào)試實(shí)踐，應(yīng)當(dāng)先對運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場當(dāng)中所有裝置及其構(gòu)件開展完整性的細(xì)致檢查，對圖紙資料和各個備件實(shí)施嚴(yán)格審核，確認(rèn)無誤情況下，可執(zhí)行具體的安裝調(diào)試操作任務(wù)。實(shí)踐當(dāng)中應(yīng)當(dāng)執(zhí)行兩票制，為操作流程及其工序提供規(guī)范性基礎(chǔ)保證，對各種作業(yè)風(fēng)險起到有效規(guī)避的作用。下列為安裝及調(diào)試流程各項要求：先敷設(shè)電纜，再把各裝置外部所有接線拆除掉，用絕緣膠布處理好所有的裸露導(dǎo)體，防止導(dǎo)線相因接觸而誘發(fā)相應(yīng)的短路故障。逐一檢查所有配線，待各項檢查確認(rèn)合格后便可實(shí)施調(diào)試操作，應(yīng)當(dāng)確保調(diào)試操作全面。各保護(hù)功能完成驗證試驗后，便可申請終結(jié)的工作票，結(jié)合各項要求對設(shè)備實(shí)施檢修，對新設(shè)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)裝置開展試運(yùn)行操作。整個過程當(dāng)中確保各項運(yùn)行數(shù)據(jù)精準(zhǔn)可靠。待完成了試運(yùn)行，即可正式投放運(yùn)行，強(qiáng)化裝置日常的巡檢工作，并跟蹤掌控該微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)裝置總體運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 勵磁保護(hù)智能化技術(shù)

2.2.1 在遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制方面

勵磁保護(hù)智能化的整個系統(tǒng)當(dāng)中，具備遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制方面的能力，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對勵磁系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測、故障診斷、控制操作和優(yōu)化調(diào)整，提高勵磁系統(tǒng)的可靠性、安全性和運(yùn)行效率。具體如下，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時采集勵磁系統(tǒng)的各種參數(shù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括發(fā)電機(jī)的電流、電壓、勵磁電流、勵磁電壓等。這些數(shù)據(jù)可以通過傳感器、監(jiān)測設(shè)備或自動化系統(tǒng)獲取，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心。從收集到的數(shù)據(jù)當(dāng)中，通過分析和處理，可以檢測出勵磁系統(tǒng)中的故障和異常情況，監(jiān)控中心可以及時收到報警信息，并通過短信、郵件、電話等方式通知相關(guān)人員。這樣可以快速響應(yīng)故障，并采取相應(yīng)的措施來修復(fù)[4]。此外，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)還可以對采集到的勵磁系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和優(yōu)化。通過對歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時數(shù)據(jù)的分析，能發(fā)現(xiàn)勵磁系統(tǒng)的潛在問題和改進(jìn)空間，并提出相應(yīng)的優(yōu)化建議。監(jiān)控中心便可根據(jù)這些分析結(jié)果，對勵磁系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提高其運(yùn)行效率和可靠性。

2.2.2 在智能勵磁控制算法方面

勵磁保護(hù)智能化新技術(shù)其中包括勵磁控制算法，它是通過數(shù)據(jù)分析和控制算法的優(yōu)化，來實(shí)現(xiàn)對勵磁系統(tǒng)的智能化控制和優(yōu)化。智能勵磁控制算法存在多種算法，不同的算法所展現(xiàn)出來的作用也不同。當(dāng)采用自適應(yīng)控制算法時，可根據(jù)實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)的變化，自動調(diào)整控制參數(shù)和策略。這樣可以實(shí)現(xiàn)對不同工況和故障情況的自動適應(yīng)，提高勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)能力。當(dāng)采用多目標(biāo)優(yōu)化算法時，會綜合考慮發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性、效率和電網(wǎng)的穩(wěn)定性等多個指標(biāo)。通過權(quán)衡不同目標(biāo)之間的關(guān)系，找到最優(yōu)的勵磁控制策略，以實(shí)現(xiàn)對勵磁系統(tǒng)的綜合優(yōu)化。當(dāng)采用魯棒控制算法，對不確定性和擾動進(jìn)行魯棒處理。例如，通過魯棒控制算法對電網(wǎng)電壓的波動和負(fù)載的變化進(jìn)行補(bǔ)償，保持勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。由此可見，通過智能勵磁控制算法的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對勵磁系統(tǒng)的智能化控制和優(yōu)化，提高發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性和效率，降低對電網(wǎng)的影響，提高水電廠的運(yùn)行效果和經(jīng)濟(jì)性[5]。

2.2.3 在光纖化通信及脈沖傳輸方面

光纖化通信科學(xué)技術(shù)，它賦予了勵磁保護(hù)智能化系統(tǒng)自身抗電磁方面干擾的較強(qiáng)能力，且增加了傳輸容量，全程跟蹤并且監(jiān)視整個勵磁保護(hù)智能化系統(tǒng)當(dāng)中各模塊實(shí)際運(yùn)作情況，還可自動與正常的運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)施對比分析，如果兩項數(shù)據(jù)有明顯差異存在，則及時發(fā)出相應(yīng)的告警信號，技術(shù)員便可積極落實(shí)故障處理各項工作，及時糾正系統(tǒng)不良的運(yùn)行狀態(tài)，為勵磁保護(hù)智能化系統(tǒng)提供穩(wěn)定及安全的運(yùn)行保障。勵磁保護(hù)智能化系統(tǒng)總體設(shè)計及建設(shè)過程，依托光纖化通信科學(xué)技術(shù)，能夠跟蹤采集所有運(yùn)行裝置的相關(guān)參數(shù)信息，如調(diào)節(jié)裝置、過壓保護(hù)系統(tǒng)裝置、滅磁柜等，所采集信息涉及各裝置的運(yùn)行情況、模擬量、開關(guān)量等。選取光纖為觸發(fā)脈沖的重要傳輸介質(zhì)，用點(diǎn)來針對于光纖傳輸作業(yè)技術(shù)傳輸?shù)目煽毓杓皶r觸發(fā)相應(yīng)脈沖信號，依托光纖把勵磁調(diào)節(jié)裝置所輸出相應(yīng)觸發(fā)脈沖直接傳送于整流橋內(nèi)部，確保勵磁的主控制整個回路安全可靠，將功率柜的抗干擾總體能力有效提升。

2.2.4 在信息管理的智能化系統(tǒng)方面

SIMS 依托1IEC61850 這一通信規(guī)約，積極整合多臺的勵磁保護(hù)智能化系統(tǒng)，相同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之下，僅需借助控制管理專項系統(tǒng)，就能夠?qū)崟r采集獲取所有勵磁保護(hù)智能化系統(tǒng)實(shí)際開關(guān)量、模擬量。信息管理智能化的系統(tǒng)當(dāng)中，設(shè)有數(shù)據(jù)采集、整理、存儲及處理分析、查詢等各項功能，可自動完成所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計及其分析工作，以圖表形式直觀呈現(xiàn)出來，為水電廠高效化、智能化的生產(chǎn)運(yùn)作提供技術(shù)保障。SIMS 設(shè)于勵磁保護(hù)智能化系統(tǒng)當(dāng)中，配置橫向隔離系統(tǒng)裝置，對勵磁保護(hù)智能化系統(tǒng)起到一定保護(hù)作用，防止信息管理智能化的系統(tǒng)遭到入侵，確保系統(tǒng)總體更具安全可靠性。

2.2.5 在智能故障診斷與預(yù)測方面

智能故障診斷與預(yù)測是勵磁保護(hù)智能化新技術(shù)的重要方面，它利用數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，對勵磁系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和分析，識別潛在的故障和異常情況，并提前預(yù)測可能發(fā)生的故障。具體來說，通過傳感器和監(jiān)測設(shè)備，實(shí)時采集勵磁系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括電流、電壓、溫度、振動等參數(shù)。這些數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時存儲和處理，以備后續(xù)的故障診斷和預(yù)測分析。從采集到的大量數(shù)據(jù)中，提取出與故障相關(guān)的特征。這些特征可以包括頻譜特征、時域特征、統(tǒng)計特征等，用于描述勵磁系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和性能。在特征提取過程中，需要考慮特征的重要性和相關(guān)性，選擇最具代表性的特征。然后利用機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，建立故障診斷模型。這些模型可以通過訓(xùn)練數(shù)據(jù)集進(jìn)行學(xué)習(xí)和優(yōu)化，以識別不同故障模式和異常情況。常用的故障診斷模型包括支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策樹等。在建立的故障診斷模型后，則會對勵磁系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和分析，預(yù)測可能發(fā)生的故障。通過與預(yù)設(shè)的故障閾值進(jìn)行比較，可以提前發(fā)出故障預(yù)警，通知運(yùn)維人員采取相應(yīng)的維修和保養(yǎng)措施，避免故障對勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的損害。而當(dāng)故障發(fā)生時，智能故障診斷系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時的監(jiān)測數(shù)據(jù)和建立的故障診斷模型，對故障進(jìn)行診斷和分析。通過比對實(shí)際數(shù)據(jù)和預(yù)測模型的結(jié)果，可以確定故障的類型和位置，為維修和修復(fù)提供指導(dǎo)。

3 結(jié)語

綜上所述，水電廠整個行業(yè)若想積極穩(wěn)健地發(fā)展，做好技術(shù)優(yōu)化相關(guān)工作往往比較重要。水電廠現(xiàn)階段針對于繼電保護(hù)方面所涉及的各項新技術(shù)，側(cè)重于繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置改造優(yōu)化技術(shù)方面，通過科學(xué)實(shí)施微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)裝置相關(guān)設(shè)置工作，積極落實(shí)安裝調(diào)試具，確保微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)裝置各項作用得到充分發(fā)揮，達(dá)到對繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置改造優(yōu)化的目的。針對勵磁方面所涉及的各項新技術(shù)，則側(cè)重于勵磁保護(hù)智能化技術(shù)，包含遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制方面、智能勵磁控制算法方面、光纖化通信及脈沖傳輸方面、信息管理的智能化系統(tǒng)方面以及智能故障診斷與預(yù)測方面等各項技術(shù)?？梢哉f，繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置改造優(yōu)化技術(shù)及勵磁各項新技術(shù)支持下，水電廠總體運(yùn)行及控制水平將得到有效提升，為水電廠今后更加穩(wěn)健地發(fā)展而言可提供助力。