智能電量變送器在火力發電廠的應用與分析

安福旺 　李志忠 　陳浩

摘 要：本文對常規電量變送器和智能電量變送器的工作原理分別進行了介紹，通過一起現場案例，重點分析了在發電機測量電流互感器二次電流出現異常情況下，由于智能電量變送器輸入側接入了測量電流和保護電流，在輸入量異常的情況下，輸入側電流通道進行了無擾動切換，因而輸出量無變化，而常規電量變送器僅有單一輸入，因此當輸入量發生變化時，變送器的輸出量波動較大，經過比較發現智能電量變送器較常規電量變送器輸出更穩定更可靠，同時具備對時、通信和錄波功能，更適用于發電廠DCS和DEH控制系統。

關鍵詞：智能電量變送器；傳動電量變送器；發電機有功功率；失真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.140

0 引言

目前大部分火力發電廠發電機組使用的發電機有功功率變送器均為常規變送器，將被測電量參數（如電流、電壓、功率、頻率、功率因數等信號）轉換成直流電流、直流電壓并隔離輸出模擬信號或數字信號送至DCS，以用于DCS系統對汽輪機、發電機的控制和監測，一旦出現電流互感器或電壓互感器二次回路斷線、虛接、系統發生瞬時性故障、測量電流互感器飽和都將造成變送器輸出失真，不能正確地反映電氣一次系統的真實狀態，一方面會造成運行人員對運行設備的錯誤判斷，另一方面如果變送器參與汽輪機組的調節，可能造成汽輪機組的誤調節，導致保護動作，使發電機組停機，造成嚴重的損失，為了避免以上事件的發生，對重要的電量變送器，尤其是參與DCS和DEH電功率調節的發電機有功功率采用了智能型電量變送器。在電流互感器二次回路異常的情況下，通過比較常規電量變送器和智能電量變送器的輸出，發現智能型電量變送器輸出平穩，無波動，有效地解決了電流互感器或電壓互感器二次回路出現異常導致輸出失真的問題。

1 普通有功功率變送器的工作原理

電量變送器是一種將被測電量（交流電壓、電流、有功功率、無功功率、有功電能、無功電能、頻率、相位、功率因數、直流電壓、電流等）轉換成按線性比例直流電流或電壓輸出（電能脈沖輸出）的測量儀表，有功功率變送器是將三相交流輸入信號經三相隔離采樣電路后，形成三相電流、三相電壓信號的共地跟蹤電壓信號，在單片機控制下由A/D轉換器對其進行多點同步采樣，采樣得到的數據由DSP器件按電工原理計算出被測信號的三相有功功率（數字量），再經D/A轉換器把代表三相功率的數字信號轉換為模擬量，由定標放大器放大、定標后，形成直流電壓輸出VZ；VZ輸出經專用厚膜集成V/I變換器后形成4～20mA直流電流輸出。

2 智能有功功率變送器的工作原理

智能變送裝置接入發電機機端電壓和機端電流（保護級和測量級）進行采樣，采用全周傅立葉算法計算有功功率，平時正常運行自動選用測量級CT，當保護級CT 的電流大于1.1 倍額定電流時或發生CT斷線時，功率計算自動切換至保護級CT 電流，兼顧正常運行和異常情況下的準確測量，裝置具有良好的暫態特性，確保系統短路故障或二次回異常時，功率的準確測量，裝置計算出發電機的有功功率，分別以4～20mA 電流輸出，供發電機功率自動調節系統和DCS 系統使用，同時該裝置具有對時、通信、報警和事件記錄功能，提高了發電機有功功率自動調節系統和DCS系統可靠性。

3 常規有功功率變送器與智能有功功率變送器的比較與分析

某發電廠運行人員發現DCS系統所接收到的發電機有功功率變小，導致汽輪機調門開大，發生了功率不平衡的現象，而DEH接受到的發電機有功功率未發生波動，通過調取DCS歷史曲線（如圖1）發現發電機測量用電流互感器B相二次電流突然間斷性地減小，引起發電機有功功率間斷性減小，進一步檢查圖紙發現送至DCS發電機有功功率使用了常規有功功率變送器，用于DCS協調運算；而送DEH的發電機有功功率使用了智能有功功率變送器將值，用于DEH功率負荷不平衡保護。

由于常規有功功率變送器僅接入一組發電機測量電流互感器，因而在發生B相二次電流波動時，變送器輸出值隨著波動；進一步調取智能變送器內的錄波圖（如圖2，紫色的曲線為使用測量電流計算出來的功率曲線，綠色的曲線為智能變送器切換到保護電流后輸出的功率曲線），發現智能變送器由于接入了測量電流和保護電流，當B相測量電流減小后，智能變送器將測量電流瞬時切換至了保護電流，實現了發電機有功功率無波動，提高了設備的可靠性。

4 結論

隨著電子產品智能化的提高，為智能化電量變送器的應用提供了堅實的基礎，在一些重要的應用領域，尤其是在發電廠的控制系統，傳統的電量變送器已不能勝任特殊工況下的應用，通過對一起現場案例的分析，不難發現，智能變送器進行較常規有功功率變送器有明顯的優勢，不僅能夠在系統暫態故障和電流二次回路出現異常的情況下保證運行，而且能夠對事故數據進行記錄，便于事故后的分析，但是由于智能電量變送器較常規電量變送器價格昂貴，因此，未得到很好地推廣和應用，作為發電廠的生產人員，為了保證發電機組的安全運行，在重要的控制系統如DCS和DEH中應安裝和使用智能電量變送器，以確保在系統暫態故障和電流二次回路出現異常的情況下，控制系統能安全、穩定地工作。