晉控電力山西長(zhǎng)治發(fā)電有限責(zé)任公司 景志偉

近年來(lái)我國(guó)大力推行清潔高效能源體系的建設(shè)，也實(shí)際建設(shè)并投入使用了一批高生產(chǎn)能力的火電、水電機(jī)組，取得了較高的生產(chǎn)比例。經(jīng)過階段性的電力生產(chǎn)，大型機(jī)組對(duì)工作質(zhì)量的提升作用逐漸被凸顯出來(lái)。大型機(jī)組所具有的穩(wěn)定、可靠技術(shù)優(yōu)勢(shì)，能夠穩(wěn)定輸出電源，保障電網(wǎng)安全性。電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境較為繁復(fù)，發(fā)變機(jī)組運(yùn)行對(duì)于安全保護(hù)工作的要求也較高。需在工作實(shí)踐中進(jìn)一步提升對(duì)大型發(fā)電機(jī)的保護(hù)動(dòng)作運(yùn)維工作的水平，才能使發(fā)變組的實(shí)際工作能力滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行的高要求，提升系統(tǒng)與機(jī)組工作的安全協(xié)調(diào)穩(wěn)定性。

1 發(fā)電機(jī)保護(hù)與運(yùn)行維護(hù)工作相關(guān)概述

電網(wǎng)在安全穩(wěn)定運(yùn)行的過程中，依賴大型發(fā)電機(jī)作為支撐，可保證工作電源穩(wěn)定輸入。這也就意味著，提升發(fā)電機(jī)工作安全穩(wěn)定性對(duì)于提升電網(wǎng)系統(tǒng)維持性至關(guān)重要。與電網(wǎng)系統(tǒng)中基數(shù)較大的小容量機(jī)組對(duì)比，大型發(fā)電機(jī)的繞組結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出很強(qiáng)的復(fù)雜性特征，同步電抗、繞組對(duì)地電容、電氣時(shí)間常數(shù)更高，慣性時(shí)間常數(shù)更低。因此，通常情況下大型發(fā)電機(jī)的過載能力就相對(duì)較弱，而電氣變化過程對(duì)安全運(yùn)行裕度的要求會(huì)更高[1]。另一方面，當(dāng)前社會(huì)發(fā)展階段下智能電網(wǎng)發(fā)展迅速，發(fā)展出能夠規(guī)?；尤腼L(fēng)能、太陽(yáng)能等間歇性電源的電力系統(tǒng)，并借助柔性輸電、直流輸電新型輸配電技術(shù)以及多樣化的運(yùn)行方式，在各類社會(huì)生產(chǎn)生活中進(jìn)行廣泛應(yīng)用。

大型機(jī)組承擔(dān)著發(fā)電工作的主力職責(zé)，為保證發(fā)電效果和效率，應(yīng)充分發(fā)揮出大型機(jī)組的靈活、堅(jiān)強(qiáng)支撐的作用。而大型發(fā)電機(jī)電氣特性、外部電網(wǎng)環(huán)境，決定了發(fā)電機(jī)的實(shí)際工作的難度其實(shí)是較大的。為保證發(fā)電機(jī)的正常工作狀態(tài)，一般會(huì)采用繼電保護(hù)手段來(lái)進(jìn)行安全防護(hù)。繼電保護(hù)是現(xiàn)階段復(fù)雜電網(wǎng)及大型機(jī)組環(huán)境下的安全防護(hù)需求，其開始逐漸應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，將大大降低繼電保護(hù)工人的工作壓力，并為繼電系統(tǒng)保護(hù)工作增添準(zhǔn)確的、穩(wěn)定的保障。當(dāng)前階段電力企業(yè)為促進(jìn)自身良好發(fā)展，正在逐漸將繼電保護(hù)的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)建設(shè)過程中。繼電保護(hù)工作在自動(dòng)化技術(shù)中具體表現(xiàn)為智能化的管理模式，智能技術(shù)下的繼電保護(hù)工作能盡可能地降低人工控制的依賴，并能達(dá)到甚至超過人工控制下的工作質(zhì)量。

2 傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)失步振蕩保護(hù)動(dòng)作不足

失步振蕩對(duì)發(fā)電機(jī)的正常工作會(huì)產(chǎn)生較大危害，對(duì)大型的發(fā)電機(jī)組更是如此。大型發(fā)電機(jī)組阻抗值大，一旦出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，振蕩中心的電壓將有大幅波動(dòng)，顯著降低電質(zhì)量。振蕩過程會(huì)給大型發(fā)電機(jī)帶來(lái)電動(dòng)力、熱效應(yīng)兩方面的損傷。大機(jī)組與電網(wǎng)間的振蕩整體呈現(xiàn)出復(fù)雜性的特征。若進(jìn)行的機(jī)組切除動(dòng)作不適合，可誘發(fā)電源缺失問題甚至加劇振蕩，破壞威脅電力系統(tǒng)工作狀態(tài)[2]。失步保護(hù)作為關(guān)鍵涉網(wǎng)保護(hù)，其動(dòng)作特性、出口策略的要求也較高，應(yīng)充分考慮并滿足發(fā)電機(jī)組、電網(wǎng)保護(hù)需求。大體量的互聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)可能產(chǎn)生各種形式的發(fā)電機(jī)失步振蕩。因發(fā)電機(jī)的工作效果是借由多臺(tái)發(fā)電機(jī)相互作用最終呈現(xiàn)出來(lái)的，若干同調(diào)機(jī)群失步振蕩，機(jī)群內(nèi)的多臺(tái)發(fā)電機(jī)組也保持了同步的動(dòng)態(tài)特性。網(wǎng)絡(luò)、工況、擾動(dòng)因素，都是會(huì)對(duì)同調(diào)機(jī)群數(shù)量、機(jī)群機(jī)組數(shù)量產(chǎn)生影響的。

對(duì)于單臺(tái)發(fā)電機(jī)而言，要對(duì)發(fā)電機(jī)失步振蕩現(xiàn)象出現(xiàn)的情況進(jìn)行簡(jiǎn)化考量?？蓪⑵湟曌鳛楸緜?cè)、對(duì)側(cè)電源間的振蕩反應(yīng)。排除外界系統(tǒng)存在多個(gè)同調(diào)機(jī)群因素的前提下，從實(shí)質(zhì)上說這種振蕩反應(yīng)就是多頻失步，對(duì)側(cè)多個(gè)同調(diào)機(jī)群均歸為同一無(wú)窮大系統(tǒng)。如工作背景是多機(jī)系統(tǒng)，會(huì)導(dǎo)致本側(cè)電源主體產(chǎn)生差異[3]。

多個(gè)同調(diào)機(jī)群出現(xiàn)失步振蕩，典型模式的模式就是單臺(tái)發(fā)電機(jī)、對(duì)側(cè)無(wú)窮大系統(tǒng)間發(fā)生的失步振蕩，電網(wǎng)擾動(dòng)引發(fā)的動(dòng)穩(wěn)崩潰就會(huì)導(dǎo)致這種問題出現(xiàn)。一般而言，大型發(fā)電機(jī)會(huì)和同廠機(jī)組在同一母線并聯(lián)運(yùn)行，發(fā)變組、同廠機(jī)組之間的電氣聯(lián)系十分密切。因此在發(fā)電機(jī)組真實(shí)工作中如多機(jī)出現(xiàn)對(duì)外失步，通常會(huì)呈現(xiàn)整體對(duì)外失步的狀況，且失步振蕩現(xiàn)象的發(fā)生時(shí)以共母線運(yùn)行機(jī)組集群為單位的。此類失步情形被稱為母機(jī)群對(duì)外失步。圖1～2示意了發(fā)變組最常見的失步形式[4]。

圖1 單機(jī)對(duì)外失

圖2 共母機(jī)群對(duì)外失步

基于就地測(cè)量可開展傳統(tǒng)失步保護(hù)，將各個(gè)機(jī)組的整定值確定在相同的水平，在失步保護(hù)動(dòng)作檢測(cè)保護(hù)下，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)與外部系統(tǒng)間出現(xiàn)失步振蕩且符合設(shè)定好的觸發(fā)條件，此時(shí)就會(huì)觸發(fā)動(dòng)作出口口令，立即解決發(fā)變組內(nèi)部的振蕩問題，快速跳閘處理。這樣的保護(hù)動(dòng)作形式，并沒有體現(xiàn)出將發(fā)變組與其并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的失步保護(hù)的配合工作觀念。如發(fā)生了以共母機(jī)群為單位的失步振蕩現(xiàn)象，則共母機(jī)群中的每個(gè)機(jī)組失步元件都會(huì)監(jiān)測(cè)到一致的阻抗軌跡，則運(yùn)行的失步保護(hù)動(dòng)作也是一致的。如對(duì)最極端的失步振蕩現(xiàn)象進(jìn)行設(shè)想，就會(huì)發(fā)現(xiàn)如果共母機(jī)群中的每個(gè)機(jī)組都進(jìn)行一致的保護(hù)動(dòng)作，就需同時(shí)切除或同時(shí)拒動(dòng)每個(gè)機(jī)組，又或既不跳閘也不發(fā)信，這樣都不利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 發(fā)變組失步保護(hù)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)處理方案

為不斷完善大型發(fā)電機(jī)失步保護(hù)方案、提升其合理性，應(yīng)充分考慮到共母機(jī)群對(duì)外失步形式、單機(jī)對(duì)外失步形式間的差異。此外，應(yīng)以現(xiàn)階段實(shí)際運(yùn)行方式大小為參考依據(jù)，調(diào)整失步動(dòng)作區(qū)域邊界，有助于完成后確定多機(jī)配合下的動(dòng)作切機(jī)的工作。對(duì)不同失步形式和運(yùn)行方式，得出更具確定性的失步判據(jù)，是第一步要完成的任務(wù)。前已述及，在面臨不同失步情形時(shí)傳統(tǒng)失步保護(hù)從單機(jī)視角出發(fā)，保護(hù)動(dòng)作特性的局限性較為突出，僅修改整定值不能正確反應(yīng)所有失步或非失步情況，僅對(duì)本機(jī)組的就地電氣量進(jìn)行收集歸納，保護(hù)工作僅可對(duì)單臺(tái)發(fā)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，各臺(tái)發(fā)電機(jī)之間的保護(hù)工作并未進(jìn)行協(xié)同和配合[5]。

作為大型的發(fā)電機(jī)組而言，其所需的失步保護(hù)服務(wù)要求較高，需失步保護(hù)服務(wù)同時(shí)對(duì)同廠并聯(lián)運(yùn)行的多臺(tái)機(jī)組保護(hù)。制定出科學(xué)合理的保護(hù)決策，需多臺(tái)機(jī)組和主變高壓側(cè)母線處的測(cè)量提供信息支撐，需要并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組信息。共母機(jī)群對(duì)外出現(xiàn)失步現(xiàn)象，保護(hù)動(dòng)作出口指令將下達(dá)導(dǎo)各機(jī)組，保護(hù)動(dòng)作進(jìn)行時(shí)是在調(diào)度指令調(diào)控下的[6]。這樣看來(lái)要進(jìn)一步提升對(duì)大型發(fā)變機(jī)組的失步保護(hù)效果，對(duì)保護(hù)工作實(shí)現(xiàn)方案的設(shè)計(jì)須借助高信息融合度、高交互度的繼電保護(hù)系統(tǒng)。而充分利用現(xiàn)階段快速發(fā)展的通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，就可很好地實(shí)現(xiàn)這一保護(hù)方案設(shè)計(jì)需求。

為改進(jìn)發(fā)變機(jī)組的失步保護(hù)實(shí)際效果，可落實(shí)新型的發(fā)變機(jī)組保護(hù)方案。其中包含主變高壓側(cè)母線、單臺(tái)機(jī)組，并在這些部位加裝了失步保護(hù)判斷元件。這些失步保護(hù)判斷元件的作用，是提供出更加清晰的功能屬性、分布特征。大型發(fā)電機(jī)層次化失步保護(hù)物理架構(gòu)分成了底層保護(hù)、站域?qū)颖Ｗo(hù)2層。就地層保護(hù)中包含了由多臺(tái)發(fā)電機(jī)就地保護(hù)裝置，同傳統(tǒng)保護(hù)裝置相比，就地層保護(hù)的信息來(lái)源更豐富。就地層可采集發(fā)電機(jī)就地測(cè)量量，可獲取站域?qū)記Q策的失步動(dòng)作區(qū)整定值信息和動(dòng)作指令，以此為依據(jù)給出就地層保護(hù)的動(dòng)作特性的調(diào)整信息，執(zhí)行出口動(dòng)作；就地層保護(hù)可通過通信網(wǎng)絡(luò)將失步判斷結(jié)果傳遞給站域?qū)印?/p>

站域?qū)颖Ｗo(hù)是在常規(guī)發(fā)電機(jī)工作機(jī)制的基礎(chǔ)上新增設(shè)的保護(hù)裝置。站域?qū)颖Ｗo(hù)可被設(shè)置在主變高壓側(cè)母線上，發(fā)揮失步保護(hù)判斷元件的作用，監(jiān)測(cè)共母機(jī)群作為整體向外的測(cè)量阻抗軌跡，可提前判斷共母機(jī)群等值發(fā)電機(jī)、無(wú)窮大系統(tǒng)有沒有出現(xiàn)失步振蕩現(xiàn)象；站域?qū)颖Ｗo(hù)部分作用是明確并聯(lián)機(jī)組的臺(tái)數(shù)，參照就地層和站域?qū)邮Р皆答伒慕Y(jié)果辨識(shí)機(jī)組失步情況與形式，給出就地層失步元件的動(dòng)作特性整定值并配合其執(zhí)行功能，對(duì)機(jī)組安全起到保護(hù)作用，避免有過高的電源損失。

4 未來(lái)發(fā)電機(jī)保護(hù)運(yùn)行維護(hù)工作發(fā)展方向

在新的發(fā)展時(shí)期，傳統(tǒng)的發(fā)變組保護(hù)技術(shù)以及對(duì)應(yīng)的技術(shù)逐漸與現(xiàn)階段的電力發(fā)展需求變得不相符。因此，在未來(lái)的工作任務(wù)中應(yīng)著重展開發(fā)變組保護(hù)的自動(dòng)化創(chuàng)新研究，提升發(fā)變組保護(hù)工作對(duì)自動(dòng)化設(shè)備、技術(shù)的使用能力，為電力企業(yè)制定新的目標(biāo)規(guī)劃，使企業(yè)更適合未來(lái)社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)。

4.1 提升自動(dòng)化研究中的先進(jìn)技術(shù)水平

自動(dòng)化的發(fā)電機(jī)保護(hù)及運(yùn)行維護(hù)工作技術(shù)研究，在一定程度上依賴于創(chuàng)新性的技術(shù)發(fā)展。為此電力企業(yè)應(yīng)從自身實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r出發(fā)，展望企業(yè)未來(lái)的發(fā)展規(guī)劃，細(xì)致規(guī)劃接下來(lái)在發(fā)電機(jī)保護(hù)及運(yùn)維工作中應(yīng)用的技術(shù)，充分考慮多方面影響因素。只有這樣才能讓電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)保護(hù)及運(yùn)維工作的水平得到提升，同電力企業(yè)未來(lái)發(fā)展方向更加的契合。

要想在發(fā)展的同時(shí)保證自動(dòng)化技術(shù)處于領(lǐng)先水平，企業(yè)需要以自身研究成果為依托，大力引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，并將這兩部分的內(nèi)容進(jìn)行融合，實(shí)行技術(shù)優(yōu)化與創(chuàng)新。新技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新離不開相應(yīng)的數(shù)據(jù)資料的記錄和分析的支持。在技術(shù)研發(fā)的過程中，數(shù)據(jù)記錄和管理工作，可為發(fā)電機(jī)保護(hù)及運(yùn)維工作自動(dòng)化的研究提供科學(xué)化的管理保障。電力企業(yè)應(yīng)將技術(shù)應(yīng)用的調(diào)查結(jié)果作為后續(xù)工作的有效參考，并在技術(shù)和管理方面改進(jìn)發(fā)電機(jī)保護(hù)及運(yùn)維工作組自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用問題。

4.2 強(qiáng)化對(duì)發(fā)變組保護(hù)裝置的管理

對(duì)保護(hù)系統(tǒng)中的硬、軟件，開展高質(zhì)量的管理工作，將有助于促進(jìn)發(fā)變組保護(hù)中自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。一方面應(yīng)加大經(jīng)費(fèi)投入，及時(shí)維修、更換老舊的裝置。合理投入維修經(jīng)費(fèi)，可借助網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，來(lái)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化裝置的工作能力，及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝置出現(xiàn)的問題。有利于提升裝置在自動(dòng)化控制技術(shù)下的反應(yīng)速度。

另一方面可擴(kuò)大自動(dòng)化技術(shù)在發(fā)變組保護(hù)中的應(yīng)用范圍。發(fā)電機(jī)保護(hù)及運(yùn)維工作所用到的自動(dòng)化設(shè)備，可能缺少足夠大的適用范圍。在某些特殊的工作環(huán)境之下，自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行可能被干擾作用所影響，實(shí)際運(yùn)行效率下降。那么如果要想在接下來(lái)的工作中繼續(xù)推進(jìn)發(fā)電機(jī)保護(hù)及運(yùn)維工作的自動(dòng)化發(fā)展，就需將工作所處環(huán)境納入到考慮的范疇中，選用環(huán)境適用性較強(qiáng)的自動(dòng)化設(shè)備，維護(hù)自動(dòng)化發(fā)電機(jī)保護(hù)、運(yùn)維開展的穩(wěn)定性。另外電力企業(yè)也要在自身研究工作上投入較大的精力，研究如何提升自動(dòng)化設(shè)備的適用性，讓自動(dòng)化設(shè)備在各種環(huán)境條件下都能起到發(fā)電機(jī)保護(hù)及運(yùn)維的作用。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合以上的分析內(nèi)容，可見對(duì)發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作及運(yùn)行維護(hù)工作展開深入研究，在實(shí)際工作中應(yīng)用高質(zhì)量的保護(hù)動(dòng)作、并在未來(lái)提升對(duì)自動(dòng)化發(fā)變組保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用能力，有利于維護(hù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全，為各類社會(huì)生產(chǎn)工作以及居民的日常生活安全、穩(wěn)定地輸送高質(zhì)量電能，這對(duì)社會(huì)發(fā)展和社會(huì)和諧穩(wěn)定都可起到一定的保護(hù)和促進(jìn)作用。