張河灣電站機組故障錄波裝置升級改造

李 倩，金清山，李國賓，王 濤，張 帆

（河北張河灣蓄能發電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

1 概述

河北張河灣抽水蓄能電站位于河北省石家莊市井陘縣境內，距石家莊市直線距離53 km，公路里程77 km，靠近負荷中心。電站裝機容量為100萬kW，安裝4臺25萬kW單級混流可逆式水泵水輪發電機組，以一回500 kV線路接入廉州500 kV變電站。電站在電網中擔負調峰、填谷、調頻、調相和事故備用等任務。

2 機組故障錄波裝置改造的必要性

發變組故障錄波裝置是在發電機和主變設備正常運行時對電氣參數的數據進行采集，并能在電力系統發生故障或者振蕩時自動記錄波形的一種裝置。故障錄波裝置可以記錄故障前后電氣參數變化的整個過程，同時還可以記錄開關量的動作情況并對故障的類型、地點和時間做出提醒，為電廠后期進行事故分析和處理提供了有力的保障。通過裝置的錄波，可以快速找出發生故障的原因，制定方案消除故障；根據裝置的報文，可以快速找出故障地點，縮小排查范圍，為處理故障節省大量時間；通過故障錄波裝置，不僅可以檢查出繼電保護裝置是否存在誤動和拒動的情況，還能檢查出二次回路接線是否正確；通過故障錄波裝置對開關量實際情況的記錄，可以檢測出在發生故障時各個斷路器是否存在拒動的情況。因此，故障錄波裝置是提高電廠安全運行能力，縮短事故排查時間的一個不可缺少的重要裝置。

張河灣電站1～4號機組故障錄波裝置原型號為武漢中元華電的ZH-2B，共計4臺故障錄波裝置，都是2007年4月出廠，已投入運行10多年，近年來，裝置的故障率大幅增加，軟件和硬件都無法保證可靠運行，而且無法滿足國網公司對錄波器的最新標準及要求，急需對設備進行升級改造。本次改造將原有中元華電電力故障錄波測距裝置升級為SHDFR_B型電力故障錄波裝置，故障錄波裝置改造后將大大減少運維工作量，提高設備安全運行穩定性。

3 SHDFR_B型電力故障錄波裝置的優點

經過反復比較，電廠最終選擇了深圳市雙合電氣有限公司生產的SHDFR_B型電力故障錄波裝置，該裝置可以使用鼠標、鍵盤與USB存儲設備，再配上大屏顯示器，整套裝置使用簡便快捷。該產品采用嵌入式的硬件結構，采樣時使用32位浮點DSP，通過嵌入式計算機對數據進行處理并沒有使硬件和軟件功能縮水，反而大大提高了裝置的穩定性和可靠性，該裝置由故障錄波單元和錄波管理機組成，錄波單元采用了先進的Linux操作系統，這種操作系統的運行方式安全性高、可靠性強、使用更加的便捷，并且能避免被惡意病毒的攻擊。SHDFR_B錄波裝置配置了模擬量和開關量，數量分別為32路和64路。也可以根據用戶的需要將模擬量和開關量擴展至96路和192路，與原有的ZH-2B型故障錄波裝置相比多了16路模擬量，32路開關量。

除此之外，與原有的武漢中元華電的ZH-2B故障錄波裝置相比，SHDFR_B 錄波裝置還具有以下優點：

3.1 采用全嵌入式結構

（1）該故障錄波裝置采用了全嵌入式結構，如嵌入式硬件和軟件平臺，從而在很大程度上提高了系統的穩定性和可靠性。

（2）在設計初期經過統籌考慮，將各不相同的功能模塊放置在一個機箱內，此種做法將裝置功耗大大降低的同時，還對裝置的抗干擾能力有了很大的提高。

3.2 多功能的波形查看功能

（1）可以對波形進行橫向、縱向的縮小放大和復原功能。

（2）可以篩選各個通道的波形，并選擇特定時間對選擇的波形進行細節信號的比較。

（3）可以顯示出每個通道的一次值和二次值。

3.3 功能強大的離線分析軟件

（1）界面設計使用了通俗易懂的圖形，并在Linux操作系統平臺上運行，具有強大的在線幫助系統便于用戶操作。

（2）此軟件除了編輯和漫游的功能，還提供了較多的分析工具，例如對波形組合、比較、剪輯、添加標注等。

（3）可以對諧波、序量、矢量、頻率、功率、過激磁、差流進行分析，阻抗圖分析，并能對阻抗變化軌跡進行顯示等功能。

（4）支持自動分析和手動高級分析故障數據并生成故障報告，故障報告中分析的結果清楚詳細。

3.4 雙端測距

該裝置采用雙端測距算法，此算法可以完全消除故障過渡電阻、故障類型、接線方式等影響，大大提高了測距精度。

3.5 GPS高精度的同步對時

該裝置采用標準直流B碼對時，誤差小于等于±1 ms。

3.6 特殊的數據記錄格式

當系統發生振蕩后，使用傳統的記錄方式只能記錄中期狀態和系統動態過程數據的有效值。而本裝置模擬量通道采用基波相量值的方式記錄，通過此種記錄方式，使分析功能更加豐富，如：不僅可以輸出有效值、相位、有功和無功功率等信息；也可以對相量、序量進行分析等。

3.7 長時間記錄故障前信息

傳統的故障錄波方式對故障前的信息記錄時間極短，而本裝置在故障前增加了一段，因此可以通過基波相量值的方式，使其能長時間記錄故障前的信息，對分析緩慢變換的發展性故障具有很大的幫助。

3.8 密碼安全管理

雖然系統應用在專用的網絡環境中，但在實際運行中也可能通過磁盤介質等其他方式與外部網絡互聯。為了提高故障錄波網絡的安全性，采用了密碼方式對裝置進行安全管理。密碼安全管理主要采用了3種方式，分別是管理員、操作員和瀏覽者，只有管理員才可以修改與下載裝置中的相關信息。

綜上所述，SHDFR_B型電力故障錄波裝置具有分析能力更強、可靠性更高、運行速度更快、對時系統更先進、故障分析軟件界面更友好等特點。

4 裝置升級改造的實施

確定使用深圳市雙合電氣有限公司生產的SHDFR_B型電力故障錄波裝置后，電廠組織專業技術人員編寫詳細的施工改造方案，將原屏柜以及原外部回路采集單元保留，拆除舊錄波裝置的錄波單元、后臺管理機及內部其他元件，安裝全新的嵌入式機組故障錄波裝置。在此次改造過程中，應注意以下幾點：

改造前應將故障錄波裝置中的定值單進行打印，并做好保存。

進行內部空開、模擬量、開關量、電壓與電流接線時，應確保接線的準確性和牢固性；交流電流回路不允許開路，交流電壓回路不允許短路；正負極端子間應用空端子或者隔片隔開。

在通電之前應做好仔細的檢查工作，在故障錄波裝置投入使用之前，應先使用萬用表測量電源端的電壓是否正常。

本次項目實施從組織措施、技術措施、安全措施上保證了改造的順利完成。經過緊張的安裝與調試工作，機組故障錄波裝置具備投入運行條件，整個升級改造工作順利完成。

5 故障錄波裝置投運后的效果

張河灣電廠2號機組故障錄波裝置升級改造后，裝置運行正常，以此次改造為基礎，剩余的3臺機組故障錄波裝置也會在檢修時進行升級改造。升級改造的SHDFR_B型電力故障錄波裝置采用了新型的Linux窗口界面，操作更加簡單，其可靠性和穩定性更高，數據處理能力相對于ZH-2 B型的故障錄波裝置提高了好幾倍，由此提高了電廠人員的學習效率。巡檢人員每天通過平面板上的狀態燈即可判斷裝置是否在正常工作。

此次故障錄波裝置的改造，對于電廠及時處理故障恢復送電，以及采取措施避免故障的發生具有重要意義。