水電廠繼電保護和勵磁新技術的應用分析

豐顯忠

（四川大唐國際甘孜水電開發有限公司，四川甘孜 626000）

0 引言

水電廠當中的繼電保護系統裝置，它屬于監測及保護整個電力系統內部所有發電裝置維持正?？煽康倪\行狀態一種裝置，對水電廠總體運行穩定及其安全有著密切聯系。電壓或電流異常波動情況下，繼保護系統裝置能夠及時將電路中斷，把控好其誤差范圍。而勵磁，則是向著發電機提供所需定子電源的重要裝置?？梢哉f，繼電保護與勵磁技術關系著水電廠總體的運行安全。因而，針對水電廠當中繼電保護與勵磁各項新技術有效應用開展綜合分析，為水電廠總體的運行安全提供技術保障較為必要。

1 簡述水電廠當中繼電保護系統裝置及勵磁技術

1.1 在繼電保護系統裝置方面

針對繼保護系統裝置基本作業原理，即結合電流及電壓參數產生變化，完成誤差估計工作。電流及電壓參數倘若超出預設值，則設備及時將所在電路斷開，保護整個電網及其余設備。繼保護系統裝置，內設比較、差動、采樣、執行、處理、控制等各個單元[1]。采樣單元當中，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內部電壓、電流各項參數靈活轉換成為差動、比較這兩個單元，并且檢測獲取相應信號。比較及識別單元將信號識別出來后，借助采樣單元結合預設數據，針對于所獲取到信號實時比較分析，再把信號發送至處理單元當中。比較及識別單元內部設有過電流類型保護電流的繼電裝置、緊急制動類型保護電流的繼電裝置。從所設采樣單元當中接收獲取電流信號，則電流繼電裝置和所述單元實施比較分析。電流信號如果達到所預設的電流值，該電流繼電裝置觸點斷開相應的自動開關，信號會被發送到執行單元當中。當前信號倘若未達預設值，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。所設執行單元，其實際屬于專屬電源，負責實施電源切斷及處理錯誤各項操作。

1.2 在勵磁技術方面

勵磁保護智能化系統源自同步形式發電機組的勵磁控制。針對同步形式發電機組的勵磁保護智能化系統，其內含勵磁控制、勵磁功率、無功電流有效補償、發電機的電壓測量等。勵磁保護智能化系統整個控制核心，即自動勵磁的調節裝置或自動電壓的調節裝置（AVR），其內設機端位置電壓控制和電力系統的穩定裝置（PSS），還包含著過勵、過激磁、定子電流、瞬時的轉子電流、低勵等各種限制裝置[2]。勵磁保護智能化系統總體控制目標，即設備處于可允許整個運行范圍維持著機端位置電壓處于恒定狀態。針對機組側的重要任務，即維持整個發電機所在機端位置電壓接近于額定數值，提供相應的無功功率，且予以合理調節，為發電機總體運行提供安全及經濟性的保證；針對電網側，其負責支撐電網整個電壓，確保電力系統維持靜態穩定，對功率振蕩起到抑制作用，改善或優化暫態總體的穩定性。伴隨著近幾年光伏及風電等新型能源不斷涌現并應用發展開來，無功電壓方面控制被逐漸納入勵磁保護智能化系統總體控制實踐研究范疇當中。

2 水電廠當中繼電保護系統裝置及勵磁各項新技術應用

2.1 繼電保護系統裝置新技術方面

如果想確保繼電保護系統裝置現場安裝及其調試順利完成，將繼電保護系統裝置技術總體改造優化之后運作優勢充分發揮出來，則實施技改前期，應當將安裝及其調試方案有效明確下來，下列為方案具體內容：應當結合技改物資及繼電保護的屏柜各項要求，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留比較充足的時間。那么，為確保繼電保護總體技改更具科學合理性，則水電廠應當和水電工程專業性施工單位密切合作，安排專業的技術員負責開展具體的技術工作，明確繼電保護系統裝置安裝及其調試條件。針對水電廠所運行一次及二次設備務必要及時關停，積極落實設備維護各項工作；結合以往的實踐經驗，深入研究實踐中可能潛在一定風險，且提出相應的防控措施做到防患于未然；更應當對技改班組做好分工，確保全員嚴格依照著要求規范化實施繼電保護系統裝置總體技改過程當中的安裝及其調試工作[3]。為達到良好的技改效果，則就應當對水電廠內部安裝好微機保護系統裝置，該系統裝置內設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、絕緣強度較高出口中間的繼電裝置、可靠性較高開關電源系統模塊等各個部件。依托微機保護系統裝置，對水電廠內發電裝置電氣及機械參數實施監測，并結合所監測獲取到的各項參數，判斷發電裝置是否處在一種危險狀態，若有異常情況產生，則應及時采取如切斷負荷、斷開電源等各項保護措施，以免發電裝置受損。此外，借助微機保護系統裝置，對水電廠內各設施設備實際的運行狀態及其故障信息等予以詳細記錄，為后續實施故障診斷及其分析提供數據參考。針對安裝調試實踐，應當先對運輸到施工現場當中所有裝置及其構件開展完整性的細致檢查，對圖紙資料和各個備件實施嚴格審核，確認無誤情況下，可執行具體的安裝調試操作任務。實踐當中應當執行兩票制，為操作流程及其工序提供規范性基礎保證，對各種作業風險起到有效規避的作用。下列為安裝及調試流程各項要求：先敷設電纜，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體，防止導線相因接觸而誘發相應的短路故障。逐一檢查所有配線，待各項檢查確認合格后便可實施調試操作，應當確保調試操作全面。各保護功能完成驗證試驗后，便可申請終結的工作票，結合各項要求對設備實施檢修，對新設微機保護系統裝置開展試運行操作。整個過程當中確保各項運行數據精準可靠。待完成了試運行，即可正式投放運行，強化裝置日常的巡檢工作，并跟蹤掌控該微機保護系統裝置總體運行狀態。

2.2 勵磁保護智能化技術

2.2.1 在遠程監控與控制方面

勵磁保護智能化的整個系統當中，具備遠程監控與控制方面的能力，通過遠程監控與控制技術，可以實現對勵磁系統的遠程實時監測、故障診斷、控制操作和優化調整，提高勵磁系統的可靠性、安全性和運行效率。具體如下，通過遠程監控系統，可以實時采集勵磁系統的各種參數和狀態數據，包括發電機的電流、電壓、勵磁電流、勵磁電壓等。這些數據可以通過傳感器、監測設備或自動化系統獲取，并通過網絡傳輸到遠程監控中心。從收集到的數據當中，通過分析和處理，可以檢測出勵磁系統中的故障和異常情況，監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人員。這樣可以快速響應故障，并采取相應的措施來修復[4]。此外，遠程監控系統還可以對采集到的勵磁系統數據進行分析和優化。通過對歷史數據和實時數據的分析，能發現勵磁系統的潛在問題和改進空間，并提出相應的優化建議。監控中心便可根據這些分析結果，對勵磁系統進行優化調整，提高其運行效率和可靠性。

2.2.2 在智能勵磁控制算法方面

勵磁保護智能化新技術其中包括勵磁控制算法，它是通過數據分析和控制算法的優化，來實現對勵磁系統的智能化控制和優化。智能勵磁控制算法存在多種算法，不同的算法所展現出來的作用也不同。當采用自適應控制算法時，可根據實時監測數據和系統狀態的變化，自動調整控制參數和策略。這樣可以實現對不同工況和故障情況的自動適應，提高勵磁系統的穩定性和響應能力。當采用多目標優化算法時，會綜合考慮發電機的穩定性、效率和電網的穩定性等多個指標。通過權衡不同目標之間的關系，找到最優的勵磁控制策略，以實現對勵磁系統的綜合優化。當采用魯棒控制算法，對不確定性和擾動進行魯棒處理。例如，通過魯棒控制算法對電網電壓的波動和負載的變化進行補償，保持勵磁系統的穩定性和可靠性。由此可見，通過智能勵磁控制算法的應用，可以實現對勵磁系統的智能化控制和優化，提高發電機的穩定性和效率，降低對電網的影響，提高水電廠的運行效果和經濟性[5]。

2.2.3 在光纖化通信及脈沖傳輸方面

光纖化通信科學技術，它賦予了勵磁保護智能化系統自身抗電磁方面干擾的較強能力，且增加了傳輸容量，全程跟蹤并且監視整個勵磁保護智能化系統當中各模塊實際運作情況，還可自動與正常的運行數據實施對比分析，如果兩項數據有明顯差異存在，則及時發出相應的告警信號，技術員便可積極落實故障處理各項工作，及時糾正系統不良的運行狀態，為勵磁保護智能化系統提供穩定及安全的運行保障。勵磁保護智能化系統總體設計及建設過程，依托光纖化通信科學技術，能夠跟蹤采集所有運行裝置的相關參數信息，如調節裝置、過壓保護系統裝置、滅磁柜等，所采集信息涉及各裝置的運行情況、模擬量、開關量等。選取光纖為觸發脈沖的重要傳輸介質，用點來針對于光纖傳輸作業技術傳輸的可控硅及時觸發相應脈沖信號，依托光纖把勵磁調節裝置所輸出相應觸發脈沖直接傳送于整流橋內部，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方面

SIMS 依托1IEC61850 這一通信規約，積極整合多臺的勵磁保護智能化系統，相同網絡環境之下，僅需借助控制管理專項系統，就能夠實時采集獲取所有勵磁保護智能化系統實際開關量、模擬量。信息管理智能化的系統當中，設有數據采集、整理、存儲及處理分析、查詢等各項功能，可自動完成所有數據的統計及其分析工作，以圖表形式直觀呈現出來，為水電廠高效化、智能化的生產運作提供技術保障。SIMS 設于勵磁保護智能化系統當中，配置橫向隔離系統裝置，對勵磁保護智能化系統起到一定保護作用，防止信息管理智能化的系統遭到入侵，確保系統總體更具安全可靠性。

2.2.5 在智能故障診斷與預測方面

智能故障診斷與預測是勵磁保護智能化新技術的重要方面，它利用數據分析和機器學習技術，對勵磁系統進行實時監測和分析，識別潛在的故障和異常情況，并提前預測可能發生的故障。具體來說，通過傳感器和監測設備，實時采集勵磁系統的運行數據，包括電流、電壓、溫度、振動等參數。這些數據可以通過數據采集系統進行實時存儲和處理，以備后續的故障診斷和預測分析。從采集到的大量數據中，提取出與故障相關的特征。這些特征可以包括頻譜特征、時域特征、統計特征等，用于描述勵磁系統的運行狀態和性能。在特征提取過程中，需要考慮特征的重要性和相關性，選擇最具代表性的特征。然后利用機器學習和數據挖掘技術，建立故障診斷模型。這些模型可以通過訓練數據集進行學習和優化，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、神經網絡、決策樹等。在建立的故障診斷模型后，則會對勵磁系統進行實時監測和分析，預測可能發生的故障。通過與預設的故障閾值進行比較，可以提前發出故障預警，通知運維人員采取相應的維修和保養措施，避免故障對勵磁系統和發電機的損害。而當故障發生時，智能故障診斷系統可以根據實時的監測數據和建立的故障診斷模型，對故障進行診斷和分析。通過比對實際數據和預測模型的結果，可以確定故障的類型和位置，為維修和修復提供指導。

3 結語

綜上所述，水電廠整個行業若想積極穩健地發展，做好技術優化相關工作往往比較重要。水電廠現階段針對于繼電保護方面所涉及的各項新技術，側重于繼電保護系統裝置改造優化技術方面，通過科學實施微機保護系統裝置相關設置工作，積極落實安裝調試具，確保微機保護系統裝置各項作用得到充分發揮，達到對繼電保護系統裝置改造優化的目的。針對勵磁方面所涉及的各項新技術，則側重于勵磁保護智能化技術，包含遠程監控與控制方面、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方面以及智能故障診斷與預測方面等各項技術?？梢哉f，繼電保護系統裝置改造優化技術及勵磁各項新技術支持下，水電廠總體運行及控制水平將得到有效提升，為水電廠今后更加穩健地發展而言可提供助力。