電力系統同步相量測量單元（PMU）應用和維護

莫榮輝

（佛山供電局,廣東佛山,528300）

0 引言

隨著經濟的快速發展，電力需求不斷提升，電網已進入“特高壓互聯、大電網、大電源”的發展階段。因電網互聯而產生的電網穩定運行等問題也日益突出。據了解，通常電網的穩定按性質可分為三種：功角穩定、電壓穩定和頻率穩定。其中功角穩定是最直接的判斷方式和重要參數。其中母線電壓相量及發電機功角狀況是系統運行的主要狀態變量，是監視整個電網及其電氣設備穩定運行的主要判據，而為了將相量測量系統子站測量到的實時數據傳送到主站，以供分析、監測等功能。同步相量測量單元PMU是電力調度通信實現在線監控與調度的重要測量部件。然而，回顧PMU裝置運行情況，卻不容樂觀，嚴重影響了電網可靠運行，給電網安全帶來了極大風險。我們切實提升PMU裝置的穩定性和可靠性，提高電網的動態監視水平，保證電網安全穩定運行。

1 同步相量測量意義和主要功能

同步相量測量單元（子站）PMU（Phasor Measurement Unit）是用于進行同步相量的測量和輸出以及進行動態記錄的裝置。同步測量的意義：使異地信號可以在相同的時間坐標下比較，以標準時間信號作為采樣過程的基準，通過對采樣數據計算而得的相量稱為同步相量。所以我們可以概括描述為同步相量測量單元PMU產生帶有時標的遙測量。

同步相量測量單元PMU主要功能：

1）同步采集和相量計算；

2）發電機內電勢測量；

3）實時上傳數據，支持與多個主站實時通信；

4）穩態循環記錄相量、功率、頻率等數據；

5）動態短時記錄支持多種觸發方式；

6）支持數值瀏覽、波形復現、數據格式轉換等。

2 日常巡視和維護

2.1 時鐘同步系統的維護

同步相量是一段時間段內的把所有的信號當做采樣時的標準，經過把采樣的數字進行運算得到的相量叫做同步相量。所以，每個點上的相量相互之間有著固定的一致的相位存在。這就讓異地的信號能夠在一樣的時間上進行對比。我們可以計算出在50Hz的信號，時間誤差增加1μs，相位誤差增加0.018度，時間誤差增加1ms，相位誤差增加18度。所以時標的準確性非常重要。我們需要認真維護好同步相量測量單元（子站）PMU的時鐘設備，保證同步精度，使異地信號可以在相同的時間坐標下比較。同步時間信號沒有或者出現狀況的時候，裝備可以維系日常的工作。規則需要在丟失同步時間信號一小時之內裝備的相交的測算的錯誤必須在一度之內。裝備的時間鎖定水平必須要達到下面幾點： a、低溫開啟（停止供電4小時之上、達到半年時間的GPS的主機啟動）的時間控制在一分鐘之內： b、高溫啟動（停止供電4小時之內的GPS的主機啟動）的時間在半分鐘之內； c、重新捕獲的時間在一到二秒之內。

時間在一個位置上的體系，維護天線是極為關鍵的。在南方雨和雷電出現的幾率比較大，惡劣的氣候時常發生，時間同步體系受到雷電擊打的幾率就會很大，在我們的日常的維修的工作里發覺GPS時間天線出現問題的機會很大。這一情況出現的具體的原因是由于變電站的GPS的天線組裝的不按要求。包括GPS的天線在組裝的時候俺的太高，靠近建筑物的防雷裝備，沒有作對應的防雷保護裝置，所以時常會發生雷電破壞GPS的情況，從而致使時間同步體系的性能失敗。具體的安裝的需要：

2.1.1 GPS接收信號的天線的組裝的地方是可以日常接收信號易于以后的使用和修理。一些變電站放在大廈的頂端，進行維修的時候要求爬高，沒有欄桿保護，這對于維修工來說是很危險的。

2.1.2 GPS的接收的天線的組裝應該使用金屬的架子進行穩固，支架也要和地面相連。不可以隨便的放在別的物體上，特別是不能安放在避雷設備上，不能使用繃帶、電線、膠帶進行鞏固的不好的狀況。當機器進行驗收時一定要關注這些問題，立即進行改正。

2.1.3 接收天線安裝位置應充分考慮雷擊對接收系統的影響：當天線安裝位置位于建筑物防雷帶內部時，與建筑物防雷帶的水平距離應大于2米；當安裝位置位于建筑物防雷帶外部時，應低于建筑物防雷帶2米。

2.1.4 在天線和主干線之間安裝防雷設施，禁止雷電經過天線傳給主時鐘。

GPS時鐘天線放在大廈的頂端，風吹日曬，使用的環境很差，經過較長的時間的運作毀壞的地方會比較多，因此我們要加快對天線的更換的速度。目前的所有的天線都是一個完整的整體，它的使用的電纜都是依據天線的長度來精心規劃的，不能進行改裝，不可以隨意的安裝別的零部件，要不然就會制約信號的接收效果。想使天線的修理工更加迅速、快捷的對其進行維修，保持日常工作需求，希望在規則內要詳細的規定：

1）采用線纜和天線頭分別來連接的方式，這樣做的效果是單單把天線頭換掉，就可以延長使用壽命。

2）一般企業在GPS的安裝過程中，應該保證按照一定的要求進行，保障正確的安裝順序和線纜位置。

3）一般會在變電站的安裝空間內安裝專用的各種附屬裝備，管道、平臺等，同時應該需要考慮使多種程序共用管道的可能。

2.2 對時間同步系統進行維護和檢修

GPS的同步系統維護是非常重要的，要經常對GPS的時間同步系統進行維護和檢修，隔一段時間就要對它的GPS的時鐘系統進行校準，以及誤差的校正，依據校準的結果對系統中不能再進行校準的或者是壞掉的進行更換，一般在應用在系統中的檢測會用兩種方法：

1）第一種方法：對具有記錄性能的裝置的同步精度進行檢測

裝置會帶有RTU和記錄性能，可以對空接點進行不同的動作進行時刻的不同記錄。在測試時，首先在儀器上輸出個時間檢測分脈沖（這個脈沖的時間和儀器的時間是一致的），接著啟動被測儀器（被測儀器的時刻是以脈沖作為起始和終止為信號的），對兩個時間進行記錄，對這個時間進行比較，就能夠知道被測儀器的內部時刻同步系統是否精確。

2）第二種方法：測試同步測量單元的同步時間精確性

一般會讓同步測量單元中的儀器模擬發生故障，保護裝置得以啟動，同步裝置對時間的精確進行記錄，進而與保護儀器的時刻進行比較，就可以得出同步單元中的內部時鐘裝置是否準確。

通過這兩種應用方式，加強變電站電力系統時間同步系統GPS的檢查，測試儀可以對現場安裝的GPS時鐘進行精度測試，通過測試可對整個網絡的時鐘同步性給出總體評價和故障定位。

2.3 電流互感器CT變比和線路調度雙稱號的修改維護

在日常的變電站維護中，經常會涉及修改電流互感器CT變比和線路調度雙稱號，這些數據的修改都必須考慮到同步相量測量單元PMU裝置系統的維護，不能遺漏。

2.3.1 子站數據命名規則關系到主站、子站對同一信息對象表示方法的一致性，維護人員要熟悉PMU系統的“信息對象名的命名規則”，正確地修改 。

2.3.2 同步相量測量單元采集電壓幅值、電壓相角、電流幅值、電流相角、有功、無功、開關量狀態、發電機內電勢、發電機功角等。特別對電流回路的日常維護需要注意電流互感器CT變比。在工程驗收的時候必須明確同步相量測量單元電流回路的前級和后級。同步相量測量單元電流回路建議處于最后，前級可能為測控單元或其他保護裝置。我們必須研究好設備的電流回路的藍圖，不能因為前級的工作而影響到同步相量測量單元的數據的準備性。我們工作的流程中必須明確對影響到同步相量測量單元的數據的工作進行管理，制定相關制度。

2.4 日常巡視

為規范相量測量裝置（PMU）管理，提高電網動態監測水平，我們有必要對相量測量裝置（PMU）進行日常巡視，本文將以北京四方的同步相量測量單元PMU裝置巡視為例，提出故障現象關鍵點和簡單的檢查處理方法。其他廠家的故障現象關鍵點和簡單的檢查測試方法都類似，日常巡視可以參照執行。

2.4.1 北京四方的相量測量裝置巡視關鍵點：

1)同步相量測量單元監測點；

2)裝置面板指示燈狀態；

3)運行監視界面顯示狀態；

4)接入量信息確認；

5)通訊、對時狀態；

2.4.2 故障現象關鍵點和簡單的檢查測試方法

3 同步相量測量單元PMU的作用

提升同步相量測量單元裝置的穩定性和可靠性，提高電網的動態監視水平，保證電網安全穩定運行。總體而言同步相量測量單元PMU裝置對電網安全監測具有重要意義：

1.同步相量測量單元PMU是電網廣域功角與相量測量系統WAMS系統的基礎；

2.同步相量測量單元PMU可為電網的安全提供豐富的數據源；

3.正常運行的實時監測數據；

4.小擾動情況下的離線數據記錄；

5.大擾動情況下的錄波數據記錄；

我們可以充分利用同步相量測量單元PMU動態數據的特點，發揮同步相量測量單元PMU的作用：

1）進行快速的故障分析

在同步相量測量單元PMU系統實施以前，對廣域范圍內的故障事故分析，由于不同地區的時標問題，進行故障分析時，迅速地尋找故障點分析事故原因比較困難，需要投入較大的人力物力。通過PMU實時記錄的帶有精確時標的波形數據對事故的分析提供有力的保障。同時通過其實時信息，可實現在線判斷電網中發生的各種故障以及復雜故障的起源和發生過程，輔助調度員處理故障；給出引起大量報警的根本原因，實現智能告警。

2）對電網的低頻振蕩進行捕捉

同步測量系統中的PMU設備有一個重要功能便是低頻振蕩的捕捉功能。傳統的系統中具備SCADA分析功能，但是它只能捕捉秒級的低頻振蕩，很難穩定的捕捉到系統的總振蕩狀況。但是PMU具備高速獲取信息的功能，可以達到每秒發送100HZ的通訊速度。

3）對發電機攻角進行測量

發電機功角是發電機轉子內電勢與定子端電壓或電網參考點母線電壓正序相量之間的夾角，是表征電力系統安全穩定運行的重要狀態變量之一，是電網擾動、振蕩和失穩軌跡的重要記錄數據。

4）分析發電機組的動態特性及安全峪度分析

通過PMU裝置高速采集的發電機組勵磁電壓、勵磁電流、氣門開度信號、AGC控制信號、PSS控制信號等，可分析出發電機組的動態調頻特性，進行發電機的安全峪度分析，為分析發電機的動態過程提供依據。監測發電機進相、欠勵、過勵等運行工況，異常時報警。繪制發電機運行極限圖，根據實時測量數據確定發電機的運行點，實時計算發電機運行裕度，在異常運行時告警。

5）構建廣域保護系統。

4 結語

電力的特點決定了電網安全的瞬時性、系統性和復雜性。近年來，國外連續發生多起大面積停電事故，對經濟社會造成了嚴重影響，電力運行安全問題不可忽視。同步相量測量單元PMU裝置對電網安全監測具有重要意義，我們必須加強日常巡視，認真維護好時鐘裝置和天線，確保同步相量測量單元PMU裝置可靠穩定運行。

[1]中國南方電網同步相量測量裝置（PMU）配置和運行管理規定（試行）

[2]電力系統實時動態監測系統技術規范