機組有功功率變送器測量跳變原因分析及處理

國能（福州）熱電有限公司 鄒金芳

某發(fā)電公司2號機組功率變送器工作電源為雙路電源，均由UPS 供電，其UPS 為不接地系統(tǒng)，2019年10月14日機組功率變送器UPS 工作電源UPS 發(fā)生L 相接地故障，DEH 系統(tǒng)內(nèi)功率信號1跳變至262MW，功率信號2跳變至142MW，功率信號3跳變至-109MW，當時功率設定值為360MW，這樣將對DEH 控制系統(tǒng)的邏輯判斷產(chǎn)生較大的影響。

1 現(xiàn)場情況檢查

模擬UPS 電源L 線負載端接地情況下，用FLUKE 773過程信號分析儀測量在變送器輸出端和DEH 采集卡端測量變送器輸出的4～20mA 的直流量是穩(wěn)定可靠的，從DEH 后臺數(shù)據(jù)看，數(shù)據(jù)從零功率往負功率來回震蕩，變送器的規(guī)格是4～20mA對應功率0～866W。

模擬UPS 電源正常狀態(tài)及UPS 電源L 線負載端接地情況下,變送器輸出數(shù)據(jù)測量分析如表1,分析UPS 電源負載端L 線接地時，變送器輸出4～20mA 量中產(chǎn)生幅值較高的共模電壓最高可達55V，造成DEH 后臺功率顯示值跳動。而此時示波器監(jiān)測變送裝置輸出的直流4～20mA 信號穩(wěn)定正常，沒有出現(xiàn)異常跳變。

表1 UPS 電源不同工況下變送器輸出數(shù)據(jù)

從DEH 的I/O 模塊進行分析，模塊采樣電阻約250Ω，共模電壓抑制比為55dB（允許的交流共模電壓峰峰值小于28V）。峰峰值為55V 的共模電壓已超出卡件的抑制范圍，使得卡件數(shù)據(jù)采樣紊亂，引起DEH 功率信號跳變。

對現(xiàn)場錄制的共模電壓波形進行分析，共模電壓的峰峰值50V 左右，且有50Hz 的干擾信號。進一步分析50Hz 的干擾源為變送器電源模塊開關電源的交流輸入側(cè)引入的。

結(jié)合變送器電源模塊開關電源原理圖分析初級和次級連接有Y 安規(guī)電容，共模電壓是由圖中的Y安規(guī)電容引入的。

綜上所述，當機組有功功率變送器電源模塊的UPS 電源發(fā)生L 線接地故障時，4～20mA 輸出回路會因電源模塊Y 安規(guī)電容引入共模電壓，造成共模電壓超出卡件的抑制范圍，使得DEH 的I/O 模塊數(shù)據(jù)采樣紊亂，引起DEH 功率信號跳變。

2 改進措施

通過對現(xiàn)場情況的檢查，造成DEH 數(shù)據(jù)跳變的主要原因為4～20mA 輸出回路產(chǎn)生的共模電壓，要解決共模電壓偏高的問題，可從以下兩個方面進行改進：

改變變送器電源供電方式。將機組有功變送器的電源由220V 直流電源進行供電，避免開關電源初級回路的交流電壓引入到次級回路中，改進后測試直流電源供電下的數(shù)據(jù)如表2（模擬直流系統(tǒng)發(fā)生正極或負極一點接地工況所測試的數(shù)據(jù)不變），共模電壓明顯降低且小于2V，DEH 后臺顯示功率數(shù)據(jù)正常。

表2 直流供電情況下的測試數(shù)據(jù)

優(yōu)化機組有功變送器的電源模塊。將開關電源模塊的初級與次級間的Y 電容去掉，在電源輸出低端對PE 之間增加Y 電容，從而降低4～20mA 輸出回路的共模電壓，改進后的電源模塊結(jié)構如圖1。優(yōu)化后的變送器進行不同運行工況下測試數(shù)據(jù)如表3、4、5，分析3個表中數(shù)據(jù)，共模電壓在正常供電和L或N 線接地后，共模電壓值較改進前明顯降低，輸出回路電壓峰峰值最大為3.2V。

圖1 改進后的電源模塊結(jié)構圖

表3 UPS 電源正常供電工況

表4 UPS 電源L 線接地供電工況

表5 UPS 電源N 線接地供電工況

3 結(jié)語

通過以上分析可以得出以下結(jié)論：機組有功功率變送器的UPS 工作電源發(fā)生接地造成DEH 顯示功率值發(fā)生跳變的原因為變送器電源模塊開關電源內(nèi)部Y 安規(guī)電容設計存在缺陷，使輸出回路產(chǎn)生較高的共模電壓，造成DEH 的數(shù)據(jù)發(fā)生跳變。由以上改進措施試驗測試數(shù)據(jù)分析，可以通過改變變送器電源供電方式為直流供電、或優(yōu)化機組有功變送器的電源模塊的方法，可以有效降低輸出回路的共模電壓。