陳雪婷

[摘 ? ?要]文章介紹勵磁新技術在水電廠不同運行場景中的實際應用，并對繼電保護裝置的技術改造安裝與調試進行分析，為水電廠正常運作提供保護。打造智慧化勵磁系統，科學設計智能功率柜、滅磁柜、調節(jié)器，分析勵磁系統中內部通信光線暗、紅外測溫系統、光纖脈沖傳輸等新技術的具體應用。

[關鍵詞]水電廠;繼電保護;勵磁技術;勵磁系統

[中圖分類號]TM77 [文獻標志碼]A [文章編號]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 水電廠繼電保護與勵磁技術應用現狀

為解決水電廠副勵磁機接地短路問題，楊玲依托于負序、零序電壓過濾器運行原理，搭建相應的接地短路故障模型，實現對整流裝置、副勵磁機的動態(tài)化模擬。由于接地短路時，機器端部位置會產生負序、零序電壓，通過觀察電壓變化情況，可判斷出短路故障位置，有利于副勵磁機基地故障檢測工作的有序進行。

魏揚等通過分析機端斷路器機組非全相合閘并網實例，結合并網前后零序電壓接地保護實際運作狀況，理論分析故障發(fā)生時該設備兩端的電壓特征量，又匯總、驗證采集到的錄波數據。緊接著依托于數據結果，對這一實例的可行性與必要性進行分析，為采用相同接線形式的發(fā)電機—變壓器組運作與維護提供可靠數據支持與方案參考，促使繼電保護裝置整體運作安全、水平得以提高。

王權等在研究時，發(fā)現某水電廠主變壓器倒掛運作期間，電壓互感器會出現分頻諧振，并自動發(fā)出主變低壓側開口三角電壓報警。通過對運行問題進行分析，著手于現場實際運作狀況的全方位檢查，在此基礎上，總結出鐵磁諧振運作原理，又提出科學且可行的問題處理措施，比如安裝消諧裝置、優(yōu)化創(chuàng)新主變壓器運作模式、適當增加消諧電阻等。同時，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)性運作。

吳龍等對抽水蓄能電站機組實際運作狀況進行觀察，以水泵抽水為基準，為同步電機打造電機線性化、相量圖模型。緊接著收集、整理模型中包含的各類參數，并總結參數特征，以此為依據，深入探索得到同步電動機勵磁調節(jié)力矩傳遞函數與相頻特征，再加以細致分析，探討出同步電動機勵磁調節(jié)正阻尼力矩條件，又結合實際，最終提出適當增加正阻尼力矩的運行方案。與此同時，通過模型分析給出工程應用結果。

梁廷婷等技術人員對應用柔性光學電流互感器的發(fā)電廠繼電保護針對不同場景優(yōu)化與探索進行總結，并設計出多種保護優(yōu)化方案，其中包括變頻啟動機組保護、核電輔助變斷相監(jiān)測保護、選擇性定子接地保護、轉子繞組匝間保護、發(fā)電機主保護等，各種優(yōu)化方案的設計與實施獲得顯著保護效果，并從根本上實現對水電廠繼電保護問題的有效處理，還能針對不同運行場景存在的問題提出相應的解決措施，確保水電廠整體運作良好、安全。

徐亮對水電廠勵磁系統智能化運作發(fā)展與實際應用進行深層次研究，以此了解勵磁系統智能化設計程序，并針對不同繼電保護裝置匯總得到相應的智慧化設計方案，包括智能功率柜、智能調節(jié)器等。此外，又分析不同智慧化系統以及現代化技術在勵磁系統中的實際運用，主要有紅外測溫系統、光線脈沖傳輸技術等。依據所研究結論，提出水電廠智能建設與發(fā)展的工作重點即智能綜合信息管理系統的打造與應用，在先進技術與智慧系統的相互協作下，強化水電廠整體運行生產效果。該方案是本文研究側重點。

2 水電廠繼電保護裝置改造技術研究

2.1 裝置科學選型

水電廠在選購繼電保護裝置時，應根據實際運行需求確定裝置型號，為保證裝置長時間保持良好運行狀態(tài)，盡可能與高技術水準生產商合作，確保產品質量。水電廠能夠連續(xù)性、安全性運作，有很大程度受繼電保護裝置所影響，這就需要確保裝置選用科學性、合理性，為水電廠穩(wěn)定運行提供可靠支撐。

2.2 調試方案編寫

要想保證裝置安裝與調試工作的順利、秩序進行，充分發(fā)揮裝置技術改造后的運作優(yōu)勢，則需在技改前，設計、編寫安裝與調試方案，方案應同時包括六點內容。

（1）作業(yè)時間。在安排施工計劃與時間時，需依據技改物資、繼電保護屏柜進行，還需為技術改造人員各項工作實施情況檢查預留充足時間。

（2）施工單位確認。為保障繼電保護技術改造科學性，要求水電廠與專業(yè)性水電工程施工單位合作，并針對裝置技改施工與調試工作簽訂相應合同，若水電廠整體技術水平較高，且有大量技術專業(yè)人員，此項工作也可自行完成。

（3）明確繼電保護安裝調試條件，關停水電廠中運行的一次、二次設備，還應做好設備維護工作。

（4）根據多年作業(yè)經驗，深入探究工作期間可能發(fā)生的風險。

（5）做好技改各班組的分工。

（6）嚴格按照相關標準著手于繼電保護技改驗收工作，并采取科學的驗收方法。

2.3 裝置安裝調試

對運輸至現場的繼電保護屏柜內部構件完整性進行檢查，審核圖紙資料與其他備件，確認無誤后，便可執(zhí)行安裝調試工作。在此期間，需積極落實“兩票”制度，以保證操作流程與工序規(guī)范性，規(guī)避作業(yè)風險。安裝、調試作業(yè)流程及要求如下：先執(zhí)行電纜敷設工作，再拆除繼電保護屏柜外部接線，緊接著使用絕緣膠布對裸露導體進行處理，避免導線相接觸引發(fā)短路故障。完成此項工作后吊出舊屏柜、吊入新屏柜，做好外部電纜的整理工作，按照設計的配線圖紙執(zhí)行新繼電保護屏柜外部線號的打印工作，并正確穿入電纜芯線，接入相應接線端子[3]。

對配線進行逐一檢查，主要檢查內容為屏柜整體絕緣情況、所有模擬量輸入采樣精度、繼電保護邏輯功能、開入與開出回路動作、故障錄波設備運行等，合格后開展調試工作，應保證調試全面性。完成所有保護功能驗證與試驗，并保證斷路器分、合閘正確后，申請終結工作票，再根據相關要求執(zhí)行設備的檢修工作，試運行新安裝的繼電保護裝置。在此期間，應采取手動控制的方式增加一次設備電壓與電流，全過程觀察模擬量采樣的正確與否，以保證運行數據準確。試運行結束后，便可投入到正式運作中，做好設備巡檢工作，實現對設備運行狀態(tài)的跟蹤掌控。

3 水電廠勵磁系統智能化研究與應用

3.1 系統智能設計

3.1.1 智能調節(jié)器設計

勵磁系統需配置完全獨立且并聯冗余容錯結構的雙通道勵磁調節(jié)器，若條件允許也可設置第三個試驗通道。勵磁調節(jié)器需具備自我診斷與完善功能，并將勵磁電壓及電流等參數上傳于PMU系統，達到同智能電站所有邏輯層級互聯互通的效果。采取歷史數據對比、趨勢分析等措施，優(yōu)化勵磁軟件運行功能即對水電廠力勵磁裝置運作狀態(tài)進行診斷、預測，再將診斷結果反饋于人機界面，確保故障點定位精準性。借助組態(tài)編程技術，靈活定義勵磁系統輸出信號。設計系統功能模塊時，應包括過勵保護、空載過電壓保護、雙調節(jié)器故障保護、三功率柜故障保護等，充分發(fā)揮功能模塊運行優(yōu)勢，避免二次作業(yè)時安全措施接線錯誤，確保所有設備運行安全。應用工控機替換觸摸屏，實現對歷史錄波圖像、故障報警、系統狀態(tài)的實時查看，還可遠程操作各試驗，且采集與存儲的數據精確度較高。此外，勵磁調節(jié)器可以通過主控機對機組進行多項試驗，包括階躍響應試驗、空載特性試驗、短路特性試驗等，自動記錄試驗結果，并生成數據報告。

3.1.2 智能功率柜設計

各功率柜均需配備一套獨立運作的智能控制系統，系統由顯示屏、傳感器、智能檢測單元等構成，增強檢測、顯示智能化。利用光纖將報警信息、功率柜運行狀態(tài)數據上傳于勵磁調節(jié)器、勵磁智能綜合信息管理系統中。智能功率柜的智能均流為高頻脈沖列觸發(fā)技術的晶閘管橋臂智能均流，實現動態(tài)均流智能化、退柜行為自動化、信息顯示直觀化。同時，功率柜還擁有自動控制、智能檢測功能。

3.1.3 智能滅磁柜設計

智能滅磁柜需配置可操作控制以及智能檢測裝置，如溫度、報警信息檢測，利用網絡技術上傳各項參數于勵磁調節(jié)器系統中，包括非線性電阻溫度、滅磁柜磁場斷路器閉合狀態(tài)、跨接器工作次數、轉子繞組溫度等，還可對滅磁及轉子電流與電壓值進行智能錄波與存儲。設計時，應針對不同工況設置滅磁時序，確保系統運行故障時，能夠快速做出反應，規(guī)避正常滅磁對系統的影響。而在設計滅磁跳閘回路時，應保證可以準確區(qū)分故障跳閘與正常分閘，并獨立設計滅磁開關監(jiān)控系統與保護跳閘回路。與此同時，構建監(jiān)視回路，自動記錄監(jiān)視參數，再將其上傳于滅磁柜智能檢測裝置中，提高系統故障分析精度與處理效率。

3.2 先進技術應用

3.2.1 IEC 61850通信規(guī)約

該標準是當前電力系統自動化中唯一一個全球通用標準，依據通信規(guī)約打造的智能電站，體現出極強的標準性，并增強智能電站運行統一性、規(guī)范性。該標準對電站信息分層結構進行重新定義，利用大數據技術，構建電站數字化模型，而電站的智能化發(fā)展基礎則為網絡獨立性、數據自描述。水電廠的勵磁系統與監(jiān)控LCU彼此間實現IEC 61850通信，如模擬量采樣的SV通信、開關量信號的MMS和GOOSE通信。單臺機組勵磁系統可同時接收500個傳輸信號，以保證監(jiān)控系統對勵磁系統信息采集的全面性，為設備運作狀態(tài)分析提供數據參考。

3.2.2 紅外測溫系統

在勵磁系統中設置獨立運行的紅外測溫系統，實現對滅磁柜、功率柜多個部位溫度的在線測量，比如可控硅、功率柜阻容保護裝置、滅磁開關觸頭等。技術人員可通過監(jiān)控系統顯示屏實時了解各重要構件運行時的溫度，依據數據結果判定其是否正常運作，確保異常的提前發(fā)現。此外，紅外測溫系統具備數據記錄、整合與存儲的功能，豐富系統數據庫，在大量數據信息的支撐下，增強設備趨勢分析結果準確性。

3.2.3 內部通信光纖化

該技術的應用賦予勵磁系統更高的抗電磁干擾能力，也表現出傳輸容量大的優(yōu)勢，可全過程跟蹤監(jiān)視勵磁系統所有模塊的運作情況，并自動同正常運行數據進行對比，當兩項數據存在較大偏差時，便會在第一時間發(fā)出告警信號，為技術人員故障處理方案的制定爭取充足時間，實現對系統運行狀態(tài)的及時糾正，促使勵磁系統整體安全性、穩(wěn)定性得以提高。此外，設計、搭建勵磁系統時，還應注重光纖通信網絡化的使用，技術的操作優(yōu)勢是跟蹤采集運行裝置的各項參數信息，采集對象勵磁系統調節(jié)器、滅磁柜、過壓保護裝置等，采集信息包括各裝置內部實際運行情況以及各種開關量、模擬量。

3.2.4 光纖脈沖傳輸技術

為保證水電廠正常、穩(wěn)定運作，充分發(fā)揮其社會職能，會長時間開啟大型水輪發(fā)電機組，很多水電廠為該裝置打造相應的勵磁系統功率柜，并使用同軸或扁平電纜傳輸脈沖，但這種設計形式無法保障功率柜的抗干擾能力。對此，可將光纖作為觸發(fā)脈沖傳輸介質，并使用點對光纖傳輸技術傳輸可控硅觸發(fā)脈沖信號，借助光纖可將勵磁調節(jié)器輸出的觸發(fā)脈沖傳送至整流橋中，以保證勵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設計

SIMS利用1IEC 61850通信規(guī)約實現多臺勵磁系統的整合，在同一網絡環(huán)境下，只需通過控制管理系統，便可實時采集各勵磁系統的模擬量與開關量。該系統還具備數據采集、存儲、處理、查詢功能，并自動統計、分析各項數據，還可實現圖表的直觀呈現，推動水電廠秩序生產與運作。其中，數據處理主要工作內容有分析數據誤碼，實時、全過程控制數據傳輸誤差。同時，還可以開展數據閾值設置比較分析工作，再借助存儲功能將原始數據、實際數據以及對比結果報告完整存儲于信息庫中。而查詢功能則是對庫中數據進行調用，并顯示數據存儲時間、查詢次數等信息。數據統計功能的實現是統計分析勵磁智能管理單元中采集到的各類數據，包括模擬量、開關量等，模擬量數據以固定周期內數據趨勢波形進行統計，而開關量則是以固定周期內發(fā)生次數及間隔時長開展統計工作。SIMS設置在勵磁系統內部，且配備有橫向隔離裝置，有效保護勵磁系統不被入侵，增強系統整體安全性。

4 結束語

為保證水電廠繼電保護裝置的穩(wěn)定、安全運作，就需運用先進設計理念，合理選擇裝置，優(yōu)化功能設計，依托多元化技術打造智能化勵磁系統。同時，為增強勵磁系統運作連續(xù)性，應注重紅外測溫系統、內部通信光纖化等多類新技術的應用，確保水電廠勵磁系統智能化設計合理性、科學性。

參考文獻

[1] 魏揚，吳禮貴.一起機端斷路器非全相合閘案例的分析與思考[J].水電與抽水蓄能，2022，8（1）：29-34，70.

[2] 王權，李煒.某電廠電壓互感器鐵磁諧振案例的分析及對策[J].水電與抽水蓄能，2022，8（1）：35-39.

[3] 吳龍，牟偉，施一峰，等.大型抽水蓄能電站機組水泵工況PSS研究及應用[J].水電與抽水蓄能，2022，8（1）：40-44.

[4] 梁廷婷，王凱，陳俊，等.變速抽水蓄能機組繼電保護方案研究[J].水電與抽水蓄能，2020，6（5）：62-67.

[5] 徐亮.水電廠勵磁系統智能化應用研究與實踐[J].水電與抽水蓄能，2022，8（1）：45-48.

[6] 鄭映畿.洋口水電廠變壓器保護原理及繼電保護改造措施探究[J].黑龍江水利科技，2022，50（1）：99-101，214.

[7] 吳濤，趙焱，張廣韜，等.勵磁系統控制關鍵技術與未來展望[J].發(fā)電技術，2021，42（2）：160-170.

[8] 張卓然，王東，花為.混合勵磁電機結構原理、設計與運行控制技術綜述及展望[J].中國電機工程學報，2020，40（24）：7834-7850，8221.