發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)原理與調(diào)試技術(shù)分析

柴勇權(quán)　蘭蕾

摘要： 通過深入分析發(fā)變組保護(hù)的策略與邏輯，包括故障檢測(cè)與判別、保護(hù)動(dòng)作決策與執(zhí)行等方面，旨在探討發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)的原理與調(diào)試技術(shù)。針對(duì)調(diào)試技術(shù)與方法，提供了發(fā)變組保護(hù)裝置調(diào)試的具體流程，并探討了故障排除與性能優(yōu)化，涵蓋常見故障案例分析和性能評(píng)估與優(yōu)化建議。最后，結(jié)合某發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)例分析，展示了發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)的原理與調(diào)試技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用及效果評(píng)估。

關(guān)鍵詞： 發(fā)電廠 發(fā)變組保護(hù) 保護(hù)原理 調(diào)試技術(shù) 故障排除

中圖分類號(hào)： TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1672-3791（2023）24-0079-03

隨著電力需求的不斷增長(zhǎng)和電力設(shè)備的不斷升級(jí)，發(fā)電廠發(fā)變組的保護(hù)問題日益顯得突出。電力設(shè)備運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，面臨著各種潛在的故障和異常情況，發(fā)變組保護(hù)作為電氣系統(tǒng)的第一道防線，其安全運(yùn)行對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要，不僅需要確保在正常運(yùn)行狀態(tài)下提供穩(wěn)定的電力輸出，更需在各類故障發(fā)生時(shí)迅速、準(zhǔn)確地切斷故障區(qū)域，最小化損失并保障設(shè)備的安全運(yùn)行。

1 發(fā)電廠保護(hù)作用

保護(hù)在發(fā)電廠中的作用不僅是對(duì)設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的過電流或過負(fù)荷檢測(cè)，更需要綜合考慮各種可能發(fā)生的故障，制定相應(yīng)的保護(hù)策略，以防范潛在危害。發(fā)電廠保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)具備對(duì)電氣設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷能力，通過監(jiān)測(cè)參數(shù)的變化來預(yù)測(cè)設(shè)備可能發(fā)生的故障。保護(hù)系統(tǒng)在檢測(cè)到故障信號(hào)后需要迅速做出反應(yīng)，快速而準(zhǔn)確地切除故障點(diǎn)，以最小化故障對(duì)整個(gè)電氣系統(tǒng)的影響。對(duì)發(fā)電機(jī)而言，過電流、過壓等保護(hù)裝置需要在極短的時(shí)間內(nèi)動(dòng)作，切斷故障區(qū)域。在變壓器的保護(hù)方面，差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)同樣需要在故障發(fā)生時(shí)快速而可靠地切除故障。

2 發(fā)變組保護(hù)原理

2.1 發(fā)變組保護(hù)基本原理

2.1.1 保護(hù)動(dòng)作類型及作用

在發(fā)變組保護(hù)的基本原理中，不同的保護(hù)動(dòng)作類型具有獨(dú)特的作用，能夠有效地應(yīng)對(duì)各類電氣故障和異常情況。過電流保護(hù)作為最基本且常見的保護(hù)手段之一，其主要作用在于檢測(cè)電路中的異常電流，并在超過設(shè)定閾值時(shí)迅速切斷故障區(qū)域［1］，適用于短路、接地等各類故障，保護(hù)發(fā)變組免受損害。過電壓保護(hù)作為另一關(guān)鍵的保護(hù)手段，主要用于檢測(cè)電壓異常升高的情況，過電壓主要由系統(tǒng)的過電壓事件或雷電等外部原因引起，可通過快速切斷電路，有效防止電氣設(shè)備因過電壓而受損。差動(dòng)保護(hù)是一種精密且高效的保護(hù)機(jī)制，其基本原理是比較設(shè)備的輸入電流與輸出電流的差值，一旦發(fā)現(xiàn)差異即判定為電氣設(shè)備發(fā)生故障［2］，適用于對(duì)發(fā)電機(jī)、變壓器等關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)保護(hù)，能夠快速響應(yīng)并切斷故障區(qū)域，防止故障擴(kuò)散，其結(jié)構(gòu)組成如圖1 所示。

2.1.2 保護(hù)裝置基本工作原理

保護(hù)裝置作為發(fā)變組保護(hù)的關(guān)鍵組成部分，其基本工作原理涉及信號(hào)采集、處理和輸出等多個(gè)環(huán)節(jié)。保護(hù)裝置通過電流、電壓傳感器等裝置采集電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣量的準(zhǔn)確測(cè)量。采集到的信號(hào)通過模擬電路或數(shù)字電路處理，進(jìn)行特定算法的計(jì)算和分析，以判斷是否存在電氣故障。

2.2 發(fā)變組保護(hù)策略與邏輯

2.2.1 故障檢測(cè)與判別

在發(fā)變組保護(hù)的策略與邏輯中，故障檢測(cè)與判別是保護(hù)系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)之一。故障檢測(cè)需要借助傳感器獲取實(shí)時(shí)的電氣測(cè)量數(shù)據(jù)。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的高頻采樣和準(zhǔn)確測(cè)量，形成電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的詳細(xì)特征。

對(duì)于發(fā)電機(jī)而言，采用電流差動(dòng)保護(hù)，其算法基于電流測(cè)量值的比較，可以通過以下公式表示：DI = Iin -Iout。式中：DI 為差動(dòng)電流；Iin 為設(shè)備輸入電流；Iout 為設(shè)備輸出電流。一旦DI 超過設(shè)定的閾值，即表示設(shè)備出現(xiàn)故障。

對(duì)于過電流保護(hù)而言，其基本算法可表示為：Ifault > Isetting。式中：Ifault 為故障電流；Isetting 為設(shè)定的過電流保護(hù)閾值。這樣的算法能夠迅速檢測(cè)到電氣設(shè)備可能的故障，快速切除故障區(qū)域。

在故障判別的過程中，需要利用這些特征量進(jìn)行故障類型的識(shí)別。例如：通過檢測(cè)電流波形的諧波分量，可以判別是否存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)異常，從而識(shí)別轉(zhuǎn)子短路故障［3］。

2.2.2 保護(hù)動(dòng)作決策與執(zhí)行

保護(hù)動(dòng)作決策與執(zhí)行是發(fā)變組保護(hù)策略中的關(guān)鍵步驟，直接影響著保護(hù)效果。在故障檢測(cè)與判別的基礎(chǔ)上，保護(hù)系統(tǒng)需要通過合理的決策算法確定切除故障的具體方式。對(duì)于過電流保護(hù)而言，決策算法可基于電流的大小和故障類型進(jìn)行權(quán)衡，以確保切除速度和保護(hù)范圍的平衡［4］。在差動(dòng)保護(hù)中，決策算法需要綜合考慮輸入輸出電流的變化趨勢(shì)和幅值大小，判定故障位置并快速切除。

一種常見的決策算法是基于時(shí)序比較，通過對(duì)采樣數(shù)據(jù)的時(shí)間序列分析，判斷電氣設(shè)備是否發(fā)生故障。在電力系統(tǒng)中，保護(hù)裝置通常采用微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，算法的設(shè)計(jì)需要考慮到實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性的平衡。

在保護(hù)動(dòng)作執(zhí)行階段，保護(hù)系統(tǒng)需要向相應(yīng)的斷路器或開關(guān)發(fā)送觸發(fā)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障區(qū)域的切除。執(zhí)行階段需要考慮保護(hù)動(dòng)作的速度、對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響以及防止誤動(dòng)作等因素。為了避免誤動(dòng)作，可以通過定時(shí)器、滯后控制等方式引入延時(shí)機(jī)制，確保在確認(rèn)故障后保護(hù)動(dòng)作。

3 調(diào)試技術(shù)與方法

3.1 發(fā)變組保護(hù)裝置調(diào)試流程

3.1.1 調(diào)試前的準(zhǔn)備工作

對(duì)于裝置的硬件部分，重點(diǎn)檢查設(shè)備的連接情況，包括各個(gè)傳感器、繼電器、開關(guān)等的接線是否正確牢固。配置文件中包含了裝置的參數(shù)設(shè)置、保護(hù)邏輯等關(guān)鍵信息，要確保這些參數(shù)符合實(shí)際要求。另一項(xiàng)重要的準(zhǔn)備工作是對(duì)調(diào)試設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)和標(biāo)定，特別是數(shù)字化裝置，需要通過標(biāo)準(zhǔn)電流源、電壓源等工具對(duì)其測(cè)量功能進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)標(biāo)定結(jié)果，調(diào)整裝置的放大倍數(shù)、零點(diǎn)漂移等參數(shù)，保證裝置在實(shí)際運(yùn)行中具有良好的測(cè)量準(zhǔn)確性。

3.1.2 裝置調(diào)試步驟與方法

首先，進(jìn)行保護(hù)裝置的功能測(cè)試。通過模擬各類故障信號(hào)，驗(yàn)證裝置對(duì)不同類型故障的檢測(cè)和切除能力。在此過程中，需要關(guān)注裝置的動(dòng)作速度、對(duì)不同故障類型的適應(yīng)性等方面的性能。其次，進(jìn)行保護(hù)裝置的時(shí)序測(cè)試。對(duì)各類保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間延遲、協(xié)調(diào)性等進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)，確保裝置能夠準(zhǔn)確、迅速地響應(yīng)。對(duì)于數(shù)字化裝置，通信測(cè)試是不可或缺的一部分，通過檢測(cè)其他設(shè)備的通信鏈路，驗(yàn)證裝置與其他部件的信息傳遞是否暢通無阻，包括通信協(xié)議的測(cè)試、數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性等方面。最后，進(jìn)行整體的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測(cè)試。在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測(cè)試中，將發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的各個(gè)部分組裝在一起，模擬實(shí)際運(yùn)行場(chǎng)景，通過整體系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)測(cè)試，驗(yàn)證保護(hù)裝置與其他設(shè)備的協(xié)同工作性能，檢查聯(lián)鎖邏輯和保護(hù)動(dòng)作的協(xié)調(diào)性。

3.2 故障排除與性能優(yōu)化

3.2.1 常見故障案例分析

在發(fā)變組保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，常見的故障包括硬件故障、軟件故障和系統(tǒng)集成問題等。通過定期的性能評(píng)估，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決系統(tǒng)中存在的問題，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，是發(fā)變組保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行管理中的重要環(huán)節(jié)。性能評(píng)估需要關(guān)注保護(hù)系統(tǒng)的響應(yīng)速度［5］，通過模擬各類故障情況，評(píng)估保護(hù)系統(tǒng)對(duì)不同類型故障的響應(yīng)時(shí)間。性能評(píng)估還需要關(guān)注系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，通過對(duì)保護(hù)系統(tǒng)的測(cè)量精度進(jìn)行評(píng)估，檢查各類傳感器的準(zhǔn)確性和標(biāo)定情況。對(duì)于數(shù)字保護(hù)系統(tǒng)，需要關(guān)注模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性，以及數(shù)字信號(hào)處理算法的正確性。建議定期進(jìn)行標(biāo)定和檢查，確保系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2.2 性能評(píng)估與優(yōu)化建議

針對(duì)系統(tǒng)的可維護(hù)性，性能評(píng)估還需要關(guān)注系統(tǒng)的自診斷和自修復(fù)能力。通過引入自動(dòng)巡檢和故障診斷機(jī)制，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面的自檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題。在發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)切換到備用設(shè)備或采取相應(yīng)的修復(fù)措施，減小故障對(duì)系統(tǒng)的影響。

性能評(píng)估結(jié)果為系統(tǒng)優(yōu)化提供有力支持。在性能評(píng)估的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)評(píng)估結(jié)果提出相應(yīng)的優(yōu)化建議。例如：對(duì)于性能較差的部分，可以考慮升級(jí)硬件設(shè)備或優(yōu)化算法邏輯。對(duì)于系統(tǒng)集成問題，可以采用更穩(wěn)定的通信協(xié)議或優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過不斷優(yōu)化系統(tǒng)，提高其性能水平，從而更好地適應(yīng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行需求。

4 發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)實(shí)例分析

4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

某發(fā)電廠的發(fā)變組保護(hù)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜而高效的裝置，由硬件和軟件兩個(gè)主要組成部分構(gòu)成。系統(tǒng)硬件包括傳感器、繼電器、開關(guān)等，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。傳感器負(fù)責(zé)測(cè)量電流、電壓等關(guān)鍵參數(shù)，繼電器用于執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作。軟件則由數(shù)字保護(hù)裝置和監(jiān)控系統(tǒng)組成。數(shù)字保護(hù)裝置負(fù)責(zé)電氣量的采集、分析和保護(hù)動(dòng)作的決策，監(jiān)控系統(tǒng)用于對(duì)整個(gè)發(fā)電廠電氣系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程管理。

4.2 實(shí)際運(yùn)行中的應(yīng)用與效果評(píng)估

通過對(duì)系統(tǒng)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與分析，對(duì)設(shè)備的保護(hù)速度和準(zhǔn)確性進(jìn)行了全面的評(píng)估，如表1 所示。在所有測(cè)試案例中，保護(hù)系統(tǒng)均能在極短的時(shí)間內(nèi)做出反應(yīng)，切除故障區(qū)域，保障了電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。

通過對(duì)系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析發(fā)現(xiàn)，該保護(hù)系統(tǒng)在提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。其穩(wěn)定性和高效性為發(fā)電廠的正常運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)原理與調(diào)試技術(shù)進(jìn)行了深入分析，詳細(xì)探討了發(fā)變組保護(hù)的基本原理、策略與邏輯以及調(diào)試技術(shù)與方法，并提出性能評(píng)估與優(yōu)化建議。通過具體案例的展示，闡述了某發(fā)電廠保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果。

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