500kV某變電站功角測量裝置頻率跳邊故障分析

摘 要：電力系統(tǒng)中功角穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性、頻率動態(tài)變化及其穩(wěn)定性是互相誘發(fā)互相關(guān)聯(lián)的。發(fā)電機及各個線路潮流的功角實時狀態(tài)是系統(tǒng)運行的最重要狀態(tài)變量，也是系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行的標(biāo)志。因此實時監(jiān)測發(fā)電機及線路潮流的功角參數(shù)，是電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的關(guān)鍵。文章以500kV某變電站功角測量裝置進行升級改造后，在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)頻率曲線有規(guī)律跳變，通過各種軟件測試發(fā)現(xiàn)故障并且消除了缺陷。

關(guān)鍵詞：同步相量測量；功角；GPS

1 概述

電力系統(tǒng)中頻率動態(tài)變化及其穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性、功角穩(wěn)定性并不是各自孤立的現(xiàn)象，而是相互誘發(fā)和相互聯(lián)系的統(tǒng)一物理現(xiàn)象的不同側(cè)面，它們之間的關(guān)聯(lián)又受到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài)的影響。這其中母線的電壓相量及發(fā)電機的功角狀況是電力系統(tǒng)運行的主要狀態(tài)變量，是電網(wǎng)系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行的標(biāo)志。

測量得到的功角信息具有重要作用，不僅被用于電網(wǎng)運行過程中對穩(wěn)定狀態(tài)的分析，尤其是在故障條件下的動態(tài)安全分析，使調(diào)控人員可以實時地了解系統(tǒng)的安全穩(wěn)定程度，必要時采取強制措施進行預(yù)防控制，如切機、甩負(fù)荷、投電氣制動等手段，以防止系統(tǒng)失穩(wěn)。

2 問題分析與解決

500kV某變電站功角測量裝置（PMU）進行升級改造，新裝置安裝完畢后進行調(diào)試工作，發(fā)現(xiàn)上送調(diào)度的頻率曲線總是有規(guī)律的發(fā)生跳變，全站5個PMU采集裝置上送調(diào)度的頻率竟然在同一時刻發(fā)生跳變，從49.972Hz跌落到49.566Hz，持續(xù)幾十毫秒后恢復(fù)到正常頻率49.972Hz。該現(xiàn)象每2分鐘出現(xiàn)一次。

2.1 數(shù)據(jù)分析

（1）查看PDC存儲的動態(tài)記錄文件，發(fā)現(xiàn)確實發(fā)生了某一時刻全站PMU頻率發(fā)生跳變，如圖1所示。

（2）查看PMU的錄波數(shù)據(jù)，確定PMU原始采樣值出現(xiàn)頻率越下限現(xiàn)象，如圖2所示。通過現(xiàn)場資料收集，初步懷疑PMU或時鐘裝置出現(xiàn)異常。

（3）拔對時信號。為了驗證是否由時鐘導(dǎo)致頻率跳變，將220kV小室的PMU1裝置外部時鐘信號拔掉（使其按照內(nèi)部時鐘守時進行采集及計算），其余小室的PMU裝置（PMU2～PMU6），仍然通過外部時鐘校時，此時，PMU1的頻率正常未發(fā)生跳變，PMU2～PMU6在同一時刻發(fā)生頻率跳變現(xiàn)象。通過上述三個數(shù)據(jù)分析及驗證，基本定位問題出在時鐘信號上。

2.2 工程驗證

開放PMU中的異常打印信息，經(jīng)研發(fā)核實確認(rèn)，每隔2分鐘左右，外部時鐘輸入會出現(xiàn)連續(xù)兩個B碼脈沖比1秒慢1毫秒左右。即時鐘同步裝置每隔2分鐘出現(xiàn)1次1毫秒左右的時間跳變。（后時鐘同步生產(chǎn)廠家確認(rèn)，辛集變時鐘同步裝置輸出的B碼脈沖確實存在不均勻現(xiàn)象。）

此時，為了保證與B碼同步，同時又不引起大的時間跳變，PMU內(nèi)部對本地時鐘及采樣脈沖進行微調(diào)。由于短期內(nèi)需要調(diào)整的時間幅度相對較大（1毫秒），采樣脈沖跟隨本地時鐘進行調(diào)整，導(dǎo)致PMU計算的頻率出現(xiàn)了明顯跳變。

2.3 解決方案

結(jié)合現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)及GPS設(shè)備反饋信息，得出的結(jié)論為：時鐘同步裝置輸出的對時脈沖出現(xiàn)了較大的跳變（1毫秒左右），使得PMU對采樣脈沖進行微調(diào)，最終導(dǎo)致PMU計算出的頻率出現(xiàn)跳變。

現(xiàn)立刻對時鐘同步裝置進行檢測，修復(fù)B碼脈沖輸出跳變問題。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)GPS兩臺主鐘中的一臺在給從時鐘下發(fā)對時信號時，發(fā)生有規(guī)律的信號抖動，因為PMU是接受的GPS的B碼對時方式，故判斷為主時鐘的B生成板卡發(fā)生故障。主時鐘裝置斷電后進行板卡更換。更換完畢后裝置上電，監(jiān)測PMU頻率曲線發(fā)現(xiàn)跳變現(xiàn)象消失，裝置恢復(fù)正常性能，可以繼續(xù)監(jiān)測功角相量動態(tài)情況。

3 結(jié)束語

相量測量裝置（PMU）用于進行同步相量的測量和輸出，以及對此進行動態(tài)記錄的裝置，PMU的核心特征是基于標(biāo)準(zhǔn)時鐘下的同步相量測量，失去標(biāo)準(zhǔn)時鐘時應(yīng)具有一定的守時能力，PMU與主站能夠?qū)崟r通信并遵循有關(guān)通信協(xié)議。因此標(biāo)準(zhǔn)的時鐘源對于PMU的正常工作的意義重大。

功角測量裝置不僅能用于調(diào)控中心的集中監(jiān)視和控制，還能用于分散的就地監(jiān)視和控制，以提高狀態(tài)估計的可靠性。在實現(xiàn)電力系統(tǒng)的實時自動控制方面，可以解決系統(tǒng)的穩(wěn)定問題。因此實時測量發(fā)電機和各條線路的功角及母線電壓相量，將是電力系統(tǒng)穩(wěn)定監(jiān)視和控制的關(guān)鍵。通過基于GPS實時相量測量，可以實時得到電網(wǎng)的狀態(tài)量，即可以得到實際系統(tǒng)精確模型的歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前軌跡，由于相角涉及到電力系統(tǒng)的監(jiān)視、控制和保護等諸多領(lǐng)域，故實時相量測量的實現(xiàn)，對全網(wǎng)潮流的實時監(jiān)測具有重要的意義。

參考文獻

[1]耿池勇，高厚磊，劉炳旭，等.基于同步相量測量技術(shù)的功角監(jiān)測系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2003，6（3）：17-19.

[2]孫丙香，溫春雪，嚴(yán)國志，等.一種可用于電力系統(tǒng)功角廣域測量的GPS精密授時方法[J].電氣應(yīng)用，2005，11（4）：20-23.

[3]嚴(yán)登俊，鞠平，吳峰，等.基于GPS時鐘信號的發(fā)電機功角實時測量方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2002，4（4）：38-41.

[4]龍厚軍，胡志堅，陳允平.基于GPS的功角測量及同步相量在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].繼電器，2004，3（6）：39-44.