發電機智能變送器裝置在發電廠的應用

金臻琴

摘 要：以解決傳統變送器響應時間長、抗干擾差，且不滿足暫態的缺點，采用高性能32位處理器平臺的智能變送裝置，提升抗干擾能力和暫態傳變特性，且不受諧波影響，既可以滿足發電機綜合測量的要求又可以把電網的精準信號提供給熱工使用。把模擬式變送器出現的問題從根本上解決了。

關鍵詞：智能變送裝置；一次調頻；暫態特性；抗干擾

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.185

1 前言

隨著電力系統自動化技術水平的快速提高，并且廣泛得應用于發電廠DCS、DEH、AVC、AGC、一次調頻、協調控制等自動化設備中。發電機有功功率及無功功率，作為一個最為重要的參考數據，其可靠、穩定不但直接影響到自動化設備的運行，而且對發電機組及其他設備的穩定運行也起到不可忽略的影響。近幾年來，由于系統操作（如發電機組并網、跳閘、變壓器空載合閘、電力系統故障等）導致功率變送器輸出發生震蕩甚至畸變，從而直接導致機組跳閘或自動化裝置退出的事故也時有發生。2009年10月25日，安徽合肥某220kV線路故障，導致附近某電廠600MW機組AGC自動調頻異常動作，機組負荷異波動，最終退出AGC自動方式。分析故障該電廠為發變線路組接線，與系統變電所比較近，當系統發生故障，電廠母線電壓較大幅度降低，導致功率變送器采樣錯誤，輸出給AGC的功率值與實際功率嚴重不符。從錄波曲線看，機組功率突然大幅跳水甩負荷，然后導致AGC誤動作，最終退出自動方式。

2011年12月，江蘇某電廠1000WM機組，因#1機組并網瞬間引起#2機組定子電流增大約10%，#2機組三相有功瞬間波動約20%，造成三個送DCS功率變送器功率信號瞬間波動，DCS采集到的功率反饋信號瞬間偏差大（三個功率反饋信號兩偏差大25MW），并網時產生的和應涌流導致有功功率變送器嚴重失真。使鍋爐主控切手動。造成跳機事故。2013年10月21日，大唐呂四電廠#2機組（600MW）協調控制自動退出，原因是東洲變電站（距呂四電廠約40km）主變空載合閘致#2機功率變送器輸出發生畸變。

2 變送器目前的現狀

傳統發電機變送器，技術水平忍保持在30年前。電力行業標準電送器的常數要求<400ms，實際在240ms -400ms之間，廷時較長，難以滿足系統故障快響應的要求，再加上DEH本身的通道延遲，這就導致保護實際動作的時間延時已經在幾百毫秒以上，導致保護動作之后 ，變送器輸出還沒有消失；抗干擾能力差，對講機干擾都會致使功率變送器輸出發生突變，會導致保護誤動跳機事故；暫態特性差，對于電氣瞬時故障導致的功率突變（雷擊等自然現象引發的單相接地故障及系統震蕩，瞬時擾動等），不能與甩負荷事故做出區別， 可能導致保護誤動；解決不了由于和應涌流中的非周期分量，易導致測量級電流互感器暫態飽和的問題；對于電壓、電流二次回路發生的斷線故障，傳統的有功功率變送器也無法采取任何的閉鎖措施，必然導致功率輸出跌落；對異常狀態沒有記錄。對于變送器本身故障，沒有任何自檢告警功能存在抗干擾差，不滿暫態，系統擾動功率變送易出現波動，顯然不符合現有的國網《國家能源局關于印發<防止電力生產事故的二十五項重點要求>的通知》（國能安全{2014}161號）的要求，同時根據《發電機組并網安全條件及安評》（GB/T28566-2012）強化涉網設備并網運行安全技術管理，提高機組可靠性，有改造的必要性。

3 變送器的重要性

變送器輸出送至DEH、AGC等控制系統的信號主要用于將發電機當前的電壓、電流、有功功率、無功功率數值送至DEH、AGC等控制系統，參與DEH、AGC等控制系統的邏輯控制。這類信號不止要求變速器的輸出滿足穩態要求，還需要考慮變送器的暫態特性。綜合上所述，可見傳統的變送器，不僅是響應時間長、抗干擾差，且不滿足暫態。由于傳統的變送器沒有暫態方面的要求，近年由于傳統變送器不滿足暫態特性，影響機組穩定運行及跳機事故時有發生。早2005年華能南京電廠發表在江蘇電機工程上的《320MW超臨界機組突然甩負荷事件分析與處理》的論文寫的就是傳統功率變送失真案例。

4 智能變送裝置原理

在正常情況下裝置采用測量輸入數據計算，發生功率突變時裝置采用保護級輸入數據進行計算，同時裝置具備判斷CT斷線、PT斷線功能；響應時間短在40ms之內能滿足系統故障快速響應的要求；裝置跟系統時鐘同步，具有錄波功能，可以多路輸出。抗干擾能力達到嚴酷IV級，軟硬件共同優化，國標要求繼電保護裝置及安全自動裝置的抗干擾能力為嚴酷III 級；針對電網出現瞬時故障時，采用切換CT的方式。裝置同時接入一組測量級CT和一組保護級CT，當系統發生擾動時，智能功率變送裝置可以通過測量電流的增量，從測量級CT切換到保護級CT，使得測量的功率值和真實的功率值相差不大；當出現和應涌流時，裝置能自動檢測基波分量中的直流分量的含量，作為切換CT的條件，解決了測量級電流互感器暫態飽和的問題。通過軟件實現測量級CT和保護級CT快速無縫自動切換，具有良好的暫態特性，能確保發電機功率自動調節系統和 DCS 系統可靠運行。

5 發電機智能變送裝置的實際應用

把原來分散的功能集中在一個屏內，采用高性能32位處理器平臺的智能變送裝置，提升抗干擾能力和暫態傳變特性，且不受諧波影響，既可以滿足發電機綜合測量的要求又可以把電網的精準信號提供給熱工使用。

以#1的改造具體實施如下：屏內裝BPT9301發電機智能變送裝置三臺，用于發電機部分所有的測量信號，并為熱工提供三個完全獨立的有功功率信號用于調節。優點在于：（1）此裝置提供的信號響應快速，響應時間小于40ms，比傳統的變送器快了十倍；（2）采用了全新的結構和技術，本裝置的抗干擾能力達到嚴酷四級；（3）暫態特性好，裝置不僅能保證在穩態下的精度，而且能保證在暫態下的可靠性，保證了給熱工的信號不失真，不會引起功率的錯誤波動；（4）采用了雙PT、雙CT的原理，可以從根本上解決傳統變送器缺少二次斷線判據的問題；（5）有GPS對時，把設備與廠內的時標統一，裝置有錄波及事件記錄功能，可以把異常狀態記錄下來，為事后分析提供技術支撐；（6）多電氣量、多格式輸出，雙485及以太網輸出、脈沖信號輸出、無源接點信號輸出，可以實現全數字化。7、裝置具備故障錄波功能，能記錄發生故障時的電壓、電流以及功率波形，可以便于我廠運維人員的事后分析。

我廠改為發電機智能變送裝置后有可靠的PT斷線和CT斷線判別功能，當發生PT斷線和CT斷線時，自動切換到未斷線的那一組PT和CT，解決了傳統功率變送器發生斷線后功率失真的問題。裝置通過軟件實現測量級CT和保護級CT自動切換，具有良好的暫態特性，能確保我廠發電機功率自動調節系統和DCS系統可靠運行，可以避免因傳變失真而造成的直接及間接的重大經濟損失同時裝置具備故障錄波功能，能記錄發生故障時的電壓、電流以及功率波形，可以便于我廠運維人員的事后份析。

改造后的發電機智能變送裝置測量可靠、暫態特性好、響應迅速、抗干擾能力強，滿足《國家能源局關于印發<防止電力生產事故的二十五項重點要求>的通知》（國能安全{2014}161號）要求。滿足《發電機組并網安全條件及安評》（GB/T28566-2012）強化涉網設備并網運行安全技術管理，提高機組可靠性，裝置解決了測量級電流互感器暫態飽和的問題，確保了機組暫態時的穩定運行。

6 結語

傳統功率變送器不僅是響應時間長、抗干擾差，且不滿足暫態。因此把傳統的模擬式的方案推進到數字式時代，既能提供高精度的穩態功率信號，也具備良好的暫態性能，以滿足DEH中所有功能的要求，把模擬式產品出現的問題從根本上解決了。防止電網波動時機組擾動或跳機事故的發生。

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