發電廠發變組保護原理與調試技術分析

柴勇權　蘭蕾

摘要： 通過深入分析發變組保護的策略與邏輯，包括故障檢測與判別、保護動作決策與執行等方面，旨在探討發電廠發變組保護的原理與調試技術。針對調試技術與方法，提供了發變組保護裝置調試的具體流程，并探討了故障排除與性能優化，涵蓋常見故障案例分析和性能評估與優化建議。最后，結合某發電廠發變組保護系統的實例分析，展示了發電廠發變組保護的原理與調試技術的實際應用及效果評估。

關鍵詞： 發電廠 發變組保護 保護原理 調試技術 故障排除

中圖分類號： TM62 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）24-0079-03

隨著電力需求的不斷增長和電力設備的不斷升級，發電廠發變組的保護問題日益顯得突出。電力設備運行環境復雜，面臨著各種潛在的故障和異常情況，發變組保護作為電氣系統的第一道防線，其安全運行對整個電力系統的穩定性和可靠性至關重要，不僅需要確保在正常運行狀態下提供穩定的電力輸出，更需在各類故障發生時迅速、準確地切斷故障區域，最小化損失并保障設備的安全運行。

1 發電廠保護作用

保護在發電廠中的作用不僅是對設備進行簡單的過電流或過負荷檢測，更需要綜合考慮各種可能發生的故障，制定相應的保護策略，以防范潛在危害。發電廠保護系統應具備對電氣設備的實時監測和診斷能力，通過監測參數的變化來預測設備可能發生的故障。保護系統在檢測到故障信號后需要迅速做出反應，快速而準確地切除故障點，以最小化故障對整個電氣系統的影響。對發電機而言，過電流、過壓等保護裝置需要在極短的時間內動作，切斷故障區域。在變壓器的保護方面，差動保護和瓦斯保護同樣需要在故障發生時快速而可靠地切除故障。

2 發變組保護原理

2.1 發變組保護基本原理

2.1.1 保護動作類型及作用

在發變組保護的基本原理中，不同的保護動作類型具有獨特的作用，能夠有效地應對各類電氣故障和異常情況。過電流保護作為最基本且常見的保護手段之一，其主要作用在于檢測電路中的異常電流，并在超過設定閾值時迅速切斷故障區域［1］，適用于短路、接地等各類故障，保護發變組免受損害。過電壓保護作為另一關鍵的保護手段，主要用于檢測電壓異常升高的情況，過電壓主要由系統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，有效防止電氣設備因過電壓而受損。差動保護是一種精密且高效的保護機制，其基本原理是比較設備的輸入電流與輸出電流的差值，一旦發現差異即判定為電氣設備發生故障［2］，適用于對發電機、變壓器等關鍵設備進行精準保護，能夠快速響應并切斷故障區域，防止故障擴散，其結構組成如圖1 所示。

2.1.2 保護裝置基本工作原理

保護裝置作為發變組保護的關鍵組成部分，其基本工作原理涉及信號采集、處理和輸出等多個環節。保護裝置通過電流、電壓傳感器等裝置采集電氣設備的運行參數信息，實現對電氣量的準確測量。采集到的信號通過模擬電路或數字電路處理，進行特定算法的計算和分析，以判斷是否存在電氣故障。

2.2 發變組保護策略與邏輯

2.2.1 故障檢測與判別

在發變組保護的策略與邏輯中，故障檢測與判別是保護系統的核心環節之一。故障檢測需要借助傳感器獲取實時的電氣測量數據。通過對這些數據的高頻采樣和準確測量，形成電氣設備運行狀態的詳細特征。

對于發電機而言，采用電流差動保護，其算法基于電流測量值的比較，可以通過以下公式表示：DI = Iin -Iout。式中：DI 為差動電流；Iin 為設備輸入電流；Iout 為設備輸出電流。一旦DI 超過設定的閾值，即表示設備出現故障。

對于過電流保護而言，其基本算法可表示為：Ifault > Isetting。式中：Ifault 為故障電流；Isetting 為設定的過電流保護閾值。這樣的算法能夠迅速檢測到電氣設備可能的故障，快速切除故障區域。

在故障判別的過程中，需要利用這些特征量進行故障類型的識別。例如：通過檢測電流波形的諧波分量，可以判別是否存在感應電動勢異常，從而識別轉子短路故障［3］。

2.2.2 保護動作決策與執行

保護動作決策與執行是發變組保護策略中的關鍵步驟，直接影響著保護效果。在故障檢測與判別的基礎上，保護系統需要通過合理的決策算法確定切除故障的具體方式。對于過電流保護而言，決策算法可基于電流的大小和故障類型進行權衡，以確保切除速度和保護范圍的平衡［4］。在差動保護中，決策算法需要綜合考慮輸入輸出電流的變化趨勢和幅值大小，判定故障位置并快速切除。

一種常見的決策算法是基于時序比較，通過對采樣數據的時間序列分析，判斷電氣設備是否發生故障。在電力系統中，保護裝置通常采用微處理器進行數據處理，算法的設計需要考慮到實時性和準確性的平衡。

在保護動作執行階段，保護系統需要向相應的斷路器或開關發送觸發信號，實現對故障區域的切除。執行階段需要考慮保護動作的速度、對系統運行的影響以及防止誤動作等因素。為了避免誤動作，可以通過定時器、滯后控制等方式引入延時機制，確保在確認故障后保護動作。

3 調試技術與方法

3.1 發變組保護裝置調試流程

3.1.1 調試前的準備工作

對于裝置的硬件部分，重點檢查設備的連接情況，包括各個傳感器、繼電器、開關等的接線是否正確牢固。配置文件中包含了裝置的參數設置、保護邏輯等關鍵信息，要確保這些參數符合實際要求。另一項重要的準備工作是對調試設備進行校驗和標定，特別是數字化裝置，需要通過標準電流源、電壓源等工具對其測量功能進行驗證。根據標定結果，調整裝置的放大倍數、零點漂移等參數，保證裝置在實際運行中具有良好的測量準確性。

3.1.2 裝置調試步驟與方法

首先，進行保護裝置的功能測試。通過模擬各類故障信號，驗證裝置對不同類型故障的檢測和切除能力。在此過程中，需要關注裝置的動作速度、對不同故障類型的適應性等方面的性能。其次，進行保護裝置的時序測試。對各類保護動作的時間延遲、協調性等進行詳細的檢測，確保裝置能夠準確、迅速地響應。對于數字化裝置，通信測試是不可或缺的一部分，通過檢測其他設備的通信鏈路，驗證裝置與其他部件的信息傳遞是否暢通無阻，包括通信協議的測試、數據傳輸的穩定性等方面。最后，進行整體的系統聯調測試。在系統聯調測試中，將發電廠電氣系統的各個部分組裝在一起，模擬實際運行場景，通過整體系統的聯調測試，驗證保護裝置與其他設備的協同工作性能，檢查聯鎖邏輯和保護動作的協調性。

3.2 故障排除與性能優化

3.2.1 常見故障案例分析

在發變組保護系統的實際運行中，常見的故障包括硬件故障、軟件故障和系統集成問題等。通過定期的性能評估，可以及時發現并解決系統中存在的問題，提高系統的穩定性和可靠性，是發變組保護系統運行管理中的重要環節。性能評估需要關注保護系統的響應速度［5］，通過模擬各類故障情況，評估保護系統對不同類型故障的響應時間。性能評估還需要關注系統的準確性，通過對保護系統的測量精度進行評估，檢查各類傳感器的準確性和標定情況。對于數字保護系統，需要關注模擬數字轉換的準確性，以及數字信號處理算法的正確性。建議定期進行標定和檢查，確保系統測量結果的準確性。

3.2.2 性能評估與優化建議

針對系統的可維護性，性能評估還需要關注系統的自診斷和自修復能力。通過引入自動巡檢和故障診斷機制，對系統進行全面的自檢，及時發現潛在問題。在發現故障時，系統能夠自動切換到備用設備或采取相應的修復措施，減小故障對系統的影響。

性能評估結果為系統優化提供有力支持。在性能評估的基礎上，可以根據評估結果提出相應的優化建議。例如：對于性能較差的部分，可以考慮升級硬件設備或優化算法邏輯。對于系統集成問題，可以采用更穩定的通信協議或優化網絡拓撲結構。通過不斷優化系統，提高其性能水平，從而更好地適應電力系統的運行需求。

4 發電廠發變組保護實例分析

4.1 系統結構與功能

某發電廠的發變組保護系統是一個復雜而高效的裝置，由硬件和軟件兩個主要組成部分構成。系統硬件包括傳感器、繼電器、開關等，用于實時監測電氣設備的運行狀態。傳感器負責測量電流、電壓等關鍵參數，繼電器用于執行保護動作。軟件則由數字保護裝置和監控系統組成。數字保護裝置負責電氣量的采集、分析和保護動作的決策，監控系統用于對整個發電廠電氣系統進行實時監控和遠程管理。

4.2 實際運行中的應用與效果評估

通過對系統的長期監測與分析，對設備的保護速度和準確性進行了全面的評估，如表1 所示。在所有測試案例中，保護系統均能在極短的時間內做出反應，切除故障區域，保障了電氣設備的安全運行。

通過對系統的長期運行數據的統計和分析發現，該保護系統在提高電力系統的安全性和可靠性方面發揮了關鍵作用。其穩定性和高效性為發電廠的正常運行提供了堅實的保障。

5 結語

本文對發電廠發變組保護原理與調試技術進行了深入分析，詳細探討了發變組保護的基本原理、策略與邏輯以及調試技術與方法，并提出性能評估與優化建議。通過具體案例的展示，闡述了某發電廠保護系統的實際運行效果。

參考文獻

[1] 秦晶晶，趙孟春. 發電廠發變組保護原理及其調試方法[J]. 河北農機，2021（8）：77，79.

[2] 紀廣松. 變電站繼電保護行業新技術的發展與分析[J]. 電力系統裝備，2021，20（20）：47-48.

[3] 胡偉. 發變組過勵磁保護誤動原因分析及處理措施[J]. 河北電力技術，2021，40（2）：60-62.

[4] 王峰，黃明輝，李一泉，等. 基于改進Hausdorff 距離算法的發變組大差保護新原理[J]. 電力系統保護與控制.2019，47（12）：40-47.

[5] 欒斌. 電廠發電機變壓器保護原理及繼電保護方式分析[J]. 中小企業管理與科技，2022（4）：175-177.