水电厂继电保护和励磁新技术的应用分析

丰显忠

（四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，四川甘孜 626000）

0 引言

水电厂当中的继电保护系统装置，它属于监测及保护整个电力系统内部所有发电装置维持正常可靠的运行状态一种装置，对水电厂总体运行稳定及其安全有着密切联系。电压或电流异常波动情况下，继保护系统装置能够及时将电路中断，把控好其误差范围。而励磁，则是向着发电机提供所需定子电源的重要装置。可以说，继电保护与励磁技术关系着水电厂总体的运行安全。因而，针对水电厂当中继电保护与励磁各项新技术有效应用开展综合分析，为水电厂总体的运行安全提供技术保障较为必要。

1 简述水电厂当中继电保护系统装置及励磁技术

1.1 在继电保护系统装置方面

针对继保护系统装置基本作业原理，即结合电流及电压参数产生变化，完成误差估计工作。电流及电压参数倘若超出预设值，则设备及时将所在电路断开，保护整个电网及其余设备。继保护系统装置，内设比较、差动、采样、执行、处理、控制等各个单元[1]。采样单元当中，以电压互感装置及电流互感装置为主，电压互感装置及电流互感装置能够促使电网内部电压、电流各项参数灵活转换成为差动、比较这两个单元，并且检测获取相应信号。比较及识别单元将信号识别出来后，借助采样单元结合预设数据，针对于所获取到信号实时比较分析，再把信号发送至处理单元当中。比较及识别单元内部设有过电流类型保护电流的继电装置、紧急制动类型保护电流的继电装置。从所设采样单元当中接收获取电流信号，则电流继电装置和所述单元实施比较分析。电流信号如果达到所预设的电流值，该电流继电装置触点断开相应的自动开关，信号会被发送到执行单元当中。当前信号倘若未达预设值，则电流继电装置不会起作用，而信号传输整个路径无变化。处理单元结合识别及比较过后的信号指令，将各项处理操作顺利完成。电流如果超出了额定电流，则中间继电装置动作。所设执行单元，其实际属于专属电源，负责实施电源切断及处理错误各项操作。

1.2 在励磁技术方面

励磁保护智能化系统源自同步形式发电机组的励磁控制。针对同步形式发电机组的励磁保护智能化系统，其内含励磁控制、励磁功率、无功电流有效补偿、发电机的电压测量等。励磁保护智能化系统整个控制核心，即自动励磁的调节装置或自动电压的调节装置（AVR），其内设机端位置电压控制和电力系统的稳定装置（PSS），还包含着过励、过激磁、定子电流、瞬时的转子电流、低励等各种限制装置[2]。励磁保护智能化系统总体控制目标，即设备处于可允许整个运行范围维持着机端位置电压处于恒定状态。针对机组侧的重要任务，即维持整个发电机所在机端位置电压接近于额定数值，提供相应的无功功率，且予以合理调节，为发电机总体运行提供安全及经济性的保证；针对电网侧，其负责支撑电网整个电压，确保电力系统维持静态稳定，对功率振荡起到抑制作用，改善或优化暂态总体的稳定性。伴随着近几年光伏及风电等新型能源不断涌现并应用发展开来，无功电压方面控制被逐渐纳入励磁保护智能化系统总体控制实践研究范畴当中。

2 水电厂当中继电保护系统装置及励磁各项新技术应用

2.1 继电保护系统装置新技术方面

如果想确保继电保护系统装置现场安装及其调试顺利完成，将继电保护系统装置技术总体改造优化之后运作优势充分发挥出来，则实施技改前期，应当将安装及其调试方案有效明确下来，下列为方案具体内容：应当结合技改物资及继电保护的屏柜各项要求，合理安排施工计划及具体时间，为技改人员开展情况检查各项工作预留比较充足的时间。那么，为确保继电保护总体技改更具科学合理性，则水电厂应当和水电工程专业性施工单位密切合作，安排专业的技术员负责开展具体的技术工作，明确继电保护系统装置安装及其调试条件。针对水电厂所运行一次及二次设备务必要及时关停，积极落实设备维护各项工作；结合以往的实践经验，深入研究实践中可能潜在一定风险，且提出相应的防控措施做到防患于未然；更应当对技改班组做好分工，确保全员严格依照着要求规范化实施继电保护系统装置总体技改过程当中的安装及其调试工作[3]。为达到良好的技改效果，则就应当对水电厂内部安装好微机保护系统装置，该系统装置内设高集成度计总线不出的芯片单片装置、高精度化电流电压的互感装置、绝缘强度较高出口中间的继电装置、可靠性较高开关电源系统模块等各个部件。依托微机保护系统装置，对水电厂内发电装置电气及机械参数实施监测，并结合所监测获取到的各项参数，判断发电装置是否处在一种危险状态，若有异常情况产生，则应及时采取如切断负荷、断开电源等各项保护措施，以免发电装置受损。此外，借助微机保护系统装置，对水电厂内各设施设备实际的运行状态及其故障信息等予以详细记录，为后续实施故障诊断及其分析提供数据参考。针对安装调试实践，应当先对运输到施工现场当中所有装置及其构件开展完整性的细致检查，对图纸资料和各个备件实施严格审核，确认无误情况下，可执行具体的安装调试操作任务。实践当中应当执行两票制，为操作流程及其工序提供规范性基础保证，对各种作业风险起到有效规避的作用。下列为安装及调试流程各项要求：先敷设电缆，再把各装置外部所有接线拆除掉，用绝缘胶布处理好所有的裸露导体，防止导线相因接触而诱发相应的短路故障。逐一检查所有配线，待各项检查确认合格后便可实施调试操作，应当确保调试操作全面。各保护功能完成验证试验后，便可申请终结的工作票，结合各项要求对设备实施检修，对新设微机保护系统装置开展试运行操作。整个过程当中确保各项运行数据精准可靠。待完成了试运行，即可正式投放运行，强化装置日常的巡检工作，并跟踪掌控该微机保护系统装置总体运行状态。

2.2 励磁保护智能化技术

2.2.1 在远程监控与控制方面

励磁保护智能化的整个系统当中，具备远程监控与控制方面的能力，通过远程监控与控制技术，可以实现对励磁系统的远程实时监测、故障诊断、控制操作和优化调整，提高励磁系统的可靠性、安全性和运行效率。具体如下，通过远程监控系统，可以实时采集励磁系统的各种参数和状态数据，包括发电机的电流、电压、励磁电流、励磁电压等。这些数据可以通过传感器、监测设备或自动化系统获取，并通过网络传输到远程监控中心。从收集到的数据当中，通过分析和处理，可以检测出励磁系统中的故障和异常情况，监控中心可以及时收到报警信息，并通过短信、邮件、电话等方式通知相关人员。这样可以快速响应故障，并采取相应的措施来修复[4]。此外，远程监控系统还可以对采集到的励磁系统数据进行分析和优化。通过对历史数据和实时数据的分析，能发现励磁系统的潜在问题和改进空间，并提出相应的优化建议。监控中心便可根据这些分析结果，对励磁系统进行优化调整，提高其运行效率和可靠性。

2.2.2 在智能励磁控制算法方面

励磁保护智能化新技术其中包括励磁控制算法，它是通过数据分析和控制算法的优化，来实现对励磁系统的智能化控制和优化。智能励磁控制算法存在多种算法，不同的算法所展现出来的作用也不同。当采用自适应控制算法时，可根据实时监测数据和系统状态的变化，自动调整控制参数和策略。这样可以实现对不同工况和故障情况的自动适应，提高励磁系统的稳定性和响应能力。当采用多目标优化算法时，会综合考虑发电机的稳定性、效率和电网的稳定性等多个指标。通过权衡不同目标之间的关系，找到最优的励磁控制策略，以实现对励磁系统的综合优化。当采用鲁棒控制算法，对不确定性和扰动进行鲁棒处理。例如，通过鲁棒控制算法对电网电压的波动和负载的变化进行补偿，保持励磁系统的稳定性和可靠性。由此可见，通过智能励磁控制算法的应用，可以实现对励磁系统的智能化控制和优化，提高发电机的稳定性和效率，降低对电网的影响，提高水电厂的运行效果和经济性[5]。

2.2.3 在光纤化通信及脉冲传输方面

光纤化通信科学技术，它赋予了励磁保护智能化系统自身抗电磁方面干扰的较强能力，且增加了传输容量，全程跟踪并且监视整个励磁保护智能化系统当中各模块实际运作情况，还可自动与正常的运行数据实施对比分析，如果两项数据有明显差异存在，则及时发出相应的告警信号，技术员便可积极落实故障处理各项工作，及时纠正系统不良的运行状态，为励磁保护智能化系统提供稳定及安全的运行保障。励磁保护智能化系统总体设计及建设过程，依托光纤化通信科学技术，能够跟踪采集所有运行装置的相关参数信息，如调节装置、过压保护系统装置、灭磁柜等，所采集信息涉及各装置的运行情况、模拟量、开关量等。选取光纤为触发脉冲的重要传输介质，用点来针对于光纤传输作业技术传输的可控硅及时触发相应脉冲信号，依托光纤把励磁调节装置所输出相应触发脉冲直接传送于整流桥内部，确保励磁的主控制整个回路安全可靠，将功率柜的抗干扰总体能力有效提升。

2.2.4 在信息管理的智能化系统方面

SIMS 依托1IEC61850 这一通信规约，积极整合多台的励磁保护智能化系统，相同网络环境之下，仅需借助控制管理专项系统，就能够实时采集获取所有励磁保护智能化系统实际开关量、模拟量。信息管理智能化的系统当中，设有数据采集、整理、存储及处理分析、查询等各项功能，可自动完成所有数据的统计及其分析工作，以图表形式直观呈现出来，为水电厂高效化、智能化的生产运作提供技术保障。SIMS 设于励磁保护智能化系统当中，配置横向隔离系统装置，对励磁保护智能化系统起到一定保护作用，防止信息管理智能化的系统遭到入侵，确保系统总体更具安全可靠性。

2.2.5 在智能故障诊断与预测方面

智能故障诊断与预测是励磁保护智能化新技术的重要方面，它利用数据分析和机器学习技术，对励磁系统进行实时监测和分析，识别潜在的故障和异常情况，并提前预测可能发生的故障。具体来说，通过传感器和监测设备，实时采集励磁系统的运行数据，包括电流、电压、温度、振动等参数。这些数据可以通过数据采集系统进行实时存储和处理，以备后续的故障诊断和预测分析。从采集到的大量数据中，提取出与故障相关的特征。这些特征可以包括频谱特征、时域特征、统计特征等，用于描述励磁系统的运行状态和性能。在特征提取过程中，需要考虑特征的重要性和相关性，选择最具代表性的特征。然后利用机器学习和数据挖掘技术，建立故障诊断模型。这些模型可以通过训练数据集进行学习和优化，以识别不同故障模式和异常情况。常用的故障诊断模型包括支持向量机、神经网络、决策树等。在建立的故障诊断模型后，则会对励磁系统进行实时监测和分析，预测可能发生的故障。通过与预设的故障阈值进行比较，可以提前发出故障预警，通知运维人员采取相应的维修和保养措施，避免故障对励磁系统和发电机的损害。而当故障发生时，智能故障诊断系统可以根据实时的监测数据和建立的故障诊断模型，对故障进行诊断和分析。通过比对实际数据和预测模型的结果，可以确定故障的类型和位置，为维修和修复提供指导。

3 结语

综上所述，水电厂整个行业若想积极稳健地发展，做好技术优化相关工作往往比较重要。水电厂现阶段针对于继电保护方面所涉及的各项新技术，侧重于继电保护系统装置改造优化技术方面，通过科学实施微机保护系统装置相关设置工作，积极落实安装调试具，确保微机保护系统装置各项作用得到充分发挥，达到对继电保护系统装置改造优化的目的。针对励磁方面所涉及的各项新技术，则侧重于励磁保护智能化技术，包含远程监控与控制方面、智能励磁控制算法方面、光纤化通信及脉冲传输方面、信息管理的智能化系统方面以及智能故障诊断与预测方面等各项技术。可以说，继电保护系统装置改造优化技术及励磁各项新技术支持下，水电厂总体运行及控制水平将得到有效提升，为水电厂今后更加稳健地发展而言可提供助力。