发电厂发变组保护原理与调试技术分析

柴勇权　兰蕾

摘要： 通过深入分析发变组保护的策略与逻辑，包括故障检测与判别、保护动作决策与执行等方面，旨在探讨发电厂发变组保护的原理与调试技术。针对调试技术与方法，提供了发变组保护装置调试的具体流程，并探讨了故障排除与性能优化，涵盖常见故障案例分析和性能评估与优化建议。最后，结合某发电厂发变组保护系统的实例分析，展示了发电厂发变组保护的原理与调试技术的实际应用及效果评估。

关键词： 发电厂 发变组保护 保护原理 调试技术 故障排除

中图分类号： TM62 文献标识码： A 文章编号： 1672-3791（2023）24-0079-03

随着电力需求的不断增长和电力设备的不断升级，发电厂发变组的保护问题日益显得突出。电力设备运行环境复杂，面临着各种潜在的故障和异常情况，发变组保护作为电气系统的第一道防线，其安全运行对整个电力系统的稳定性和可靠性至关重要，不仅需要确保在正常运行状态下提供稳定的电力输出，更需在各类故障发生时迅速、准确地切断故障区域，最小化损失并保障设备的安全运行。

1 发电厂保护作用

保护在发电厂中的作用不仅是对设备进行简单的过电流或过负荷检测，更需要综合考虑各种可能发生的故障，制定相应的保护策略，以防范潜在危害。发电厂保护系统应具备对电气设备的实时监测和诊断能力，通过监测参数的变化来预测设备可能发生的故障。保护系统在检测到故障信号后需要迅速做出反应，快速而准确地切除故障点，以最小化故障对整个电气系统的影响。对发电机而言，过电流、过压等保护装置需要在极短的时间内动作，切断故障区域。在变压器的保护方面，差动保护和瓦斯保护同样需要在故障发生时快速而可靠地切除故障。

2 发变组保护原理

2.1 发变组保护基本原理

2.1.1 保護动作类型及作用

在发变组保护的基本原理中，不同的保护动作类型具有独特的作用，能够有效地应对各类电气故障和异常情况。过电流保护作为最基本且常见的保护手段之一，其主要作用在于检测电路中的异常电流，并在超过设定阈值时迅速切断故障区域［1］，适用于短路、接地等各类故障，保护发变组免受损害。过电压保护作为另一关键的保护手段，主要用于检测电压异常升高的情况，过电压主要由系统的过电压事件或雷电等外部原因引起，可通过快速切断电路，有效防止电气设备因过电压而受损。差动保护是一种精密且高效的保护机制，其基本原理是比较设备的输入电流与输出电流的差值，一旦发现差异即判定为电气设备发生故障［2］，适用于对发电机、变压器等关键设备进行精准保护，能够快速响应并切断故障区域，防止故障扩散，其结构组成如图1 所示。

2.1.2 保护装置基本工作原理

保护装置作为发变组保护的关键组成部分，其基本工作原理涉及信号采集、处理和输出等多个环节。保护装置通过电流、电压传感器等装置采集电气设备的运行参数信息，实现对电气量的准确测量。采集到的信号通过模拟电路或数字电路处理，进行特定算法的计算和分析，以判断是否存在电气故障。

2.2 发变组保护策略与逻辑

2.2.1 故障检测与判别

在发变组保护的策略与逻辑中，故障检测与判别是保护系统的核心环节之一。故障检测需要借助传感器获取实时的电气测量数据。通过对这些数据的高频采样和准确测量，形成电气设备运行状态的详细特征。

对于发电机而言，采用电流差动保护，其算法基于电流测量值的比较，可以通过以下公式表示：DI = Iin -Iout。式中：DI 为差动电流；Iin 为设备输入电流；Iout 为设备输出电流。一旦DI 超过设定的阈值，即表示设备出现故障。

对于过电流保护而言，其基本算法可表示为：Ifault > Isetting。式中：Ifault 为故障电流；Isetting 为设定的过电流保护阈值。这样的算法能够迅速检测到电气设备可能的故障，快速切除故障区域。

在故障判别的过程中，需要利用这些特征量进行故障类型的识别。例如：通过检测电流波形的谐波分量，可以判别是否存在感应电动势异常，从而识别转子短路故障［3］。

2.2.2 保护动作决策与执行

保护动作决策与执行是发变组保护策略中的关键步骤，直接影响着保护效果。在故障检测与判别的基础上，保护系统需要通过合理的决策算法确定切除故障的具体方式。对于过电流保护而言，决策算法可基于电流的大小和故障类型进行权衡，以确保切除速度和保护范围的平衡［4］。在差动保护中，决策算法需要综合考虑输入输出电流的变化趋势和幅值大小，判定故障位置并快速切除。

一种常见的决策算法是基于时序比较，通过对采样数据的时间序列分析，判断电气设备是否发生故障。在电力系统中，保护装置通常采用微处理器进行数据处理，算法的设计需要考虑到实时性和准确性的平衡。

在保护动作执行阶段，保护系统需要向相应的断路器或开关发送触发信号，实现对故障区域的切除。执行阶段需要考虑保护动作的速度、对系统运行的影响以及防止误动作等因素。为了避免误动作，可以通过定时器、滞后控制等方式引入延时机制，确保在确认故障后保护动作。

3 调试技术与方法

3.1 发变组保护装置调试流程

3.1.1 调试前的准备工作

对于装置的硬件部分，重点检查设备的连接情况，包括各个传感器、继电器、开关等的接线是否正确牢固。配置文件中包含了装置的参数设置、保护逻辑等关键信息，要确保这些参数符合实际要求。另一项重要的准备工作是对调试设备进行校验和标定，特别是数字化装置，需要通过标准电流源、电压源等工具对其测量功能进行验证。根据标定结果，调整装置的放大倍数、零点漂移等参数，保证装置在实际运行中具有良好的测量准确性。

3.1.2 装置调试步骤与方法

首先，进行保护装置的功能测试。通过模拟各类故障信号，验证装置对不同类型故障的检测和切除能力。在此过程中，需要关注装置的动作速度、对不同故障类型的适应性等方面的性能。其次，进行保护装置的时序测试。对各类保护动作的时间延迟、协调性等进行详细的检测，确保装置能够准确、迅速地响应。对于数字化装置，通信测试是不可或缺的一部分，通过检测其他设备的通信链路，验证装置与其他部件的信息传递是否畅通无阻，包括通信协议的测试、数据传输的稳定性等方面。最后，进行整体的系统联调测试。在系统联调测试中，将发电厂电气系统的各个部分组装在一起，模拟实际运行场景，通过整体系统的联调测试，验证保护装置与其他设备的协同工作性能，检查联锁逻辑和保护动作的协调性。

3.2 故障排除与性能优化

3.2.1 常见故障案例分析

在发变组保护系统的实际运行中，常见的故障包括硬件故障、软件故障和系统集成问题等。通过定期的性能评估，可以及时发现并解决系统中存在的问题，提高系统的稳定性和可靠性，是发变组保护系统运行管理中的重要环节。性能评估需要关注保护系统的响应速度［5］，通过模拟各类故障情况，评估保护系统对不同类型故障的响应时间。性能评估还需要关注系统的准确性，通过对保护系统的测量精度进行评估，检查各类传感器的准确性和标定情况。对于数字保护系统，需要关注模拟数字转换的准确性，以及数字信号处理算法的正确性。建议定期进行标定和检查，确保系统测量结果的准确性。

3.2.2 性能评估与优化建议

针对系统的可维护性，性能评估还需要关注系统的自诊断和自修复能力。通过引入自动巡检和故障诊断机制，对系统进行全面的自检，及时发现潜在问题。在发现故障时，系统能够自动切换到备用设备或采取相应的修复措施，减小故障对系统的影响。

性能评估结果为系统优化提供有力支持。在性能评估的基础上，可以根据评估结果提出相应的优化建议。例如：对于性能较差的部分，可以考虑升级硬件设备或优化算法逻辑。对于系统集成问题，可以采用更稳定的通信协议或优化网络拓扑结构。通过不断优化系统，提高其性能水平，从而更好地适应电力系统的运行需求。

4 发电厂发变组保护实例分析

4.1 系统结构与功能

某发电厂的发变组保护系统是一个复杂而高效的装置，由硬件和软件两个主要组成部分构成。系统硬件包括传感器、继电器、开关等，用于实时监测电气设备的运行状态。传感器负责测量电流、电压等关键参数，继电器用于执行保护动作。软件则由数字保护装置和监控系统组成。数字保护装置负责电气量的采集、分析和保护动作的决策，监控系统用于对整个发电厂电气系统进行实时监控和远程管理。

4.2 实际运行中的应用与效果评估

通过对系统的长期监测与分析，对设备的保护速度和准确性进行了全面的评估，如表1 所示。在所有测試案例中，保护系统均能在极短的时间内做出反应，切除故障区域，保障了电气设备的安全运行。

通过对系统的长期运行数据的统计和分析发现，该保护系统在提高电力系统的安全性和可靠性方面发挥了关键作用。其稳定性和高效性为发电厂的正常运行提供了坚实的保障。

5 结语

本文对发电厂发变组保护原理与调试技术进行了深入分析，详细探讨了发变组保护的基本原理、策略与逻辑以及调试技术与方法，并提出性能评估与优化建议。通过具体案例的展示，阐述了某发电厂保护系统的实际运行效果。

参考文献

[1] 秦晶晶，赵孟春. 发电厂发变组保护原理及其调试方法[J]. 河北农机，2021（8）：77，79.

[2] 纪广松. 变电站继电保护行业新技术的发展与分析[J]. 电力系统装备，2021，20（20）：47-48.

[3] 胡伟. 发变组过励磁保护误动原因分析及处理措施[J]. 河北电力技术，2021，40（2）：60-62.

[4] 王峰，黄明辉，李一泉，等. 基于改进Hausdorff 距离算法的发变组大差保护新原理[J]. 电力系统保护与控制.2019，47（12）：40-47.

[5] 栾斌. 电厂发电机变压器保护原理及继电保护方式分析[J]. 中小企业管理与科技，2022（4）：175-177.