发电厂继电保护与自动控制技术分析

引言

发电厂作为电力系统的核心电源点，承担着为社会生产生活提供稳定电能的重要职责。随着电力系统向“高比例新能源、高电力电子化”方向发展，发电厂的运行工况愈发复杂，对设备安全、供电可靠性的要求也不断提升。继电保护技术作为发电厂的“安全卫士”，能在设备发生短路、过载等故障时快速切断故障回路，避免事故扩大；自动控制技术则通过对锅炉、汽轮机、发电机等核心设备的实时调控，确保发电过程稳定、高效，实现机组经济运行。

1 继电保护及其自动化装置的作用

（1）继电保护装置的内部典型结构装置作用主要有三点：一是能够利用内部的信号模块采集电网中的电流、电压等电气量信息，用于判断电网的运行状态，可准确地检测出故障问题，发出报警信号，并启动保护动作，将故障电路从系统中隔离出来；二是能够实现对电力设备的过流、过压、欠压等多种保护，确保电力设备在技术标准允许范围内工作，有效规避设备受损、停电事故等风险；三是能最大限度减少停电发生的概率，控制停电范围，提高电力系统的供电可靠性。（2）自动化装置的作用主要体现在对电网的实时监测、控制和优化上，通过实时监测采集电网运行状态，为系统的运行分析和决策提供数据支持，进而实现自动化调节，合理控制电压、频率等运行参数，使电网始终处于最佳的运行状态。还可以帮助工作人员对电力设备进行远程控制，如开关的合闸、分闸等。（3）继电保护及其自动化装置还具有协同作用，两者相互影响、相互合作。一方面，继电保护装置为自动化装置提供了故障检测和处理的渠道，确保电网在故障发生时能够迅速恢复正常运行；另一方面，自动化装置通过实时监测和数据分析，为继电保护装置提供了更加准确的故障判断依据，提高了保护动作的准确性和可靠性。

2 继电保护装置在发电厂应用分析

2.1 科学配置与整定保护装置

（1）差异化保护配置：根据设备类型与运行工况制定保护配置方案——发电机需配置定子接地保护（动作电流 ）、转子一点接地保护（动作电阻⩽2kΩ ）、纵差动保护；变压器需配置差动保护、瓦斯保护、过负荷保护；输电线路需配置距离保护、零序电流保护；（2）动态定值整定：每半年开展 1 次保护定值校验，结合机组当前运行参数（如额定电流、短路电流水平）与电网拓扑结构变化，采用电力系统分析软件（如 PSASP、BPA）计算最优保护定值，确保定值满足“选择性、快速性、灵敏性”要求；对新能源并网机组（如燃气轮机发电机组），需增加谐波保护、低电压穿越保护等特殊保护功能。

2.2 发电机继电保护

发电机是发电厂核心设备，需设置“主保护 + 后备保护”双重体系：（1）主保护：纵差动保护：通过比较发电机定子绕组两端电流差值，识别定子绕组相间短路、匝间短路故障，保护范围覆盖整个定子绕组，动作时间 ⩽20ms ；定子接地保护：采用“基波零序电压 + 三次谐波电压”复合判据，识别定子绕组单相接地故障（接地电阻 ⩽5kΩ 时可靠动作），避免接地电流过大烧毁铁芯；转子两点接地保护：监测转子绕组对地绝缘电阻，当出现两点接地时（形成匝间短路），立即动作跳机，防止转子过热变形；（2）后备保护：过电流保护：作为纵差动保护的后备，当定子绕组过流时延时动作（0.5-2s），避免过载损坏绕组；过电压保护：当发电机端电压超过 1.1 倍额定电压时，动作调节励磁系统降压，防止绝缘击穿；负序过电流保护：识别发电机三相电流不平衡（负序电流 ⩾0.05 倍额定电流），避免转子表面过热（负序电流产生的 2 倍频磁场会导致转子局部过热）

2.3 主变压器保护

（1）纵差保护：是变压器的主保护，反应变压器绕组及其引出线的相间短路。（2）瓦斯保护：反应变压器油箱内部各种故障及油面降低，轻瓦斯发信号，重瓦斯瞬时跳闸。它是油浸式变压器内部故障最灵敏的保护之一。（3）后备保护：主要包括复合电压启动的过电流保护、零序过电流 / 过电压保护等，作为主保护和相邻设备保护的后备。

2.4 规律性维护设备

继电保护装置长期处于工作状态，持续、高效地提供相关服务，因此应进行规律性检测与维护，及时发现并处理潜在的安全隐患，降低装置的故障率，提高整个电力系统的经济效益。要求制定详细的检测与维护计划，明确工作的时间、内容、方法以及责任人，并根据电网运行需求设计相应的检测系统，捕捉细节问题。检测系统的软件架构可根据提前设定的时间实现自动化运行，检测装置故障并进行详细记录，及时发布预警通知，提醒工作人员采取处理措施。针对需更换部件、返厂维修的故障情况，应按照规定流程进行操作，确保设备能够尽快恢复正常运行。此外，工作人员还要定期清洁并保养设备，除去其表面的灰尘污垢，或进行润滑处理。

2.5 建立全生命周期运维体系

（1）日常运维标准化：制定《继电保护与自动控制设备运维手册》，明确日常巡检内容（如保护装置采样精度检测、控制器运算状态检查）、周期（每日 1次巡检，每月 1 次深度检测）与方法（如采用继电保护测试仪检测装置动作特性）；建立设备运维台账，记录设备型号、安装时间、检修记录、故障历史等信息；（2）预防性维护与故障预警：每季度对保护装置进行定值校验、传动试验（模拟故障信号，验证装置动作正确性）；每年对自动控制系统进行冗余切换试验、抗干扰测试；利用物联网技术搭建故障预警平台，实时监测设备运行状态，当设备参数异常时，自动发出预警信号，提前安排检修。

2.6 关注运行情况周期性升级技术

为了提升自动化装置的可靠性，应密切关注其运行情况，确认其工作状态。一方面，工作人员应定期巡检，检查设备的外观和结构是否存在异常，另一方面，应利用自动化检测系统分析装置的运行日志和故障记录，为后续的维护和升级环节提供参考。根据实际需求更新硬件配置和软件系统，提高其通信和数据处理能力，以装置中的文件完整性摘要管理模块为例，受传输异常、网络攻击等因素的影响，继电装置需验证文件完整性摘要，以提升应用的可靠性，为了解决文件读写并发程度不高的问题，应采用升级技术，基于Linux 实现改造优化。

2.7 多系统协同控制

（1）保护- 控制协同：继电保护装置将故障信息实时传输至自动控制系统，控制系统快速采取应急措施（如发电机差动保护动作后，自动控制系统立即切断励磁电源）；（2）源网荷储协同：新能源电站与储能系统、用户负荷联动，当光伏出力骤降时，储能系统 100ms 内补能，维持出力稳定。

结语

发电厂继电保护与自动控制技术的应用水平直接决定发电厂的安全稳定性与运行效率。随着智慧电厂建设的推进，发电厂继电保护与自动控制技术将向“智能化、一体化、协同化”方向发展，通过技术创新与管理优化，为发电厂安全稳定运行、电力系统高质量发展提供更坚实的技术支撑。

参考文献：

[1] 王增平，林一峰，王彤等 . 电力系统继电保护与安全控制的挑战与应对措施 [J]. 电力系统保护与控制，2023，51（6）：10-20.

[2] 姜永君 . 电力系统及其自动化和继电保护的关系研究 [J]. 科学技术创新 ,2017(26):112-113.

[3] 赵志勇，卞振华，王雁冰 . 智能变电站继电保护装置智能运维自动化控制方法 [J]. 自动化与仪表，2023，38（12）：60-64.