1 背景

        發(fā)電機是現代生產(chǎn)活動(dòng)中的重要設備。為保證發(fā)電機的穩定運行，在發(fā)電機監控系統中，廣泛采用功率變送器來(lái)測量發(fā)電機機端和負載端的功率，以供監控系統進(jìn)行數據分析處理并采取適當的控制。因此功率變送器輸出信號的正確與穩定對于發(fā)電機的穩定運行有著(zhù)重要意義。

 

        近幾年來(lái)，各地電廠(chǎng)在進(jìn)行對主變全壓沖擊等操作，或者外圍線(xiàn)路發(fā)生故障、投切超大負荷時(shí)，陸續出現鄰近發(fā)電機組的功率振蕩甚至跳機等故障。

 

        案例一：華能浙江某電廠(chǎng)共 4 臺 1000MW 機組。2009 年 8 月 15 日 16 時(shí)左右，#1、#2、#3 機組正在運行，三個(gè)機組負荷分別是 680MW、640MW、630MW。之后當地突然出現雷暴天氣，16 時(shí) 21 分，各機組 DCS 系統出現報警，500kV 玉嶺 5430 線(xiàn)地衣、二套分相電流差動(dòng)保護及后備距離 I 段保護動(dòng)作，玉嶺 5430 線(xiàn) B 相接地故障報警，5012、5013 開(kāi)關(guān) B 相跳閘，之后重合閘成功，B 相瞬時(shí)接地電流#大達 20510A，持續時(shí)間約 50ms。在故障起始至開(kāi)關(guān)重合閘期間，#1 機組有功負荷由 685MW 瞬間降至-30MW，然后回升至618MW。#2 機組有功負荷由646MW 瞬間降至 35.9MW，然后回升至 540MW。

 

        對現場(chǎng)功率變送器備品測試時(shí)，在輸入平衡的三相電壓、電流信號時(shí)，結果符合要求。而用故障時(shí)的錄波測量數據進(jìn)行測試時(shí)，變送器兩組輸出信號分別在故障初期存在突增和突降現象，說(shuō)明功率變送器在 B 相接地故障導致出現涌流時(shí)的測量存在問(wèn)題。功率變送器的這一測量問(wèn)題可能是該事件的原因之一。

 

        案例二、福建某燃氣發(fā)電廠(chǎng)跳機事件。

        事件經(jīng)過(guò)：2010 年 5 月 21 日晚 7 時(shí)左右，福建某燃氣發(fā)電廠(chǎng) #4 機組在對主變全壓沖擊時(shí)，正在滿(mǎn)負荷運行的 #3 機組出現功率超限報警，引起 #3 機組保護動(dòng)作而跳機。

 

        事件分析與結論：事后檢查當時(shí)的 TCS 功率記錄曲線(xiàn)，發(fā)現在跳機瞬間 #3 機組反應到 TCS 邏輯控制系統的有功功率測量值達 625MW，已超出量程上限。而該機組跳機前各主要參數均未出現異常。#終認為，跳機是因為 #4機組對主變全壓沖擊時(shí)，產(chǎn)生了較大的勵磁涌流，對電氣二次回路造成較大干擾，使功率變送器測量產(chǎn)生較大突變。根據數據記錄，當時(shí)這種瞬間突變使 #3 機組的功率變送器輸出達到 625MW，而 TCS 邏輯控制系統中沒(méi)有信號質(zhì)量的判斷邏輯，于是 TCS 系統誤判為 #3 機組功率超限，#終造成了 #3 機組跳機。

京科電廠(chǎng)在運行期間當系統發(fā)生故障時(shí)，DCS 顯示機組負荷從 210MW 瞬間上升至 240MW，發(fā)電機負序電流增加至 900A，雖然沒(méi)有造成機組解列，但隱患一直存在。事后檢查電氣設備均無(wú)異常，結合故障錄波器綜合分析，系統沖擊引起的勵磁涌流對變送器影響所致。

 

2 原因查找及處理方法

        在電廠(chǎng)大型機組并網(wǎng)或外圍線(xiàn)路出現故障時(shí)，會(huì )產(chǎn)生較大瞬間勵磁涌流�？梢源_定，這些情況會(huì )對電氣二次回路產(chǎn)生較大干擾，使電廠(chǎng)其它正常運行的機組功率變送器因檢測到一定的諧波功率而發(fā)生突變，使干擾進(jìn)一步被放大了。那么，為什么這種突變會(huì )被常規模擬變送器放大呢，這就要從常規模擬式功率變送器的原理來(lái)具體分析。以我廠(chǎng)發(fā)變組變送器屏使用的功率變送器型號為例，型號為為 FPW-201，采用常規純模擬電路設計，本文簡(jiǎn)稱(chēng)常規功率變送器。

 

        三相功率變送器按接方式，可分為三相三線(xiàn)（三相二元件）和三相四線(xiàn)（三相三元件）兩類(lèi)。其測量原理是相同的，僅是接線(xiàn)方式不同。三相功率變送器實(shí)際上是把兩個(gè)（二元件）或三個(gè)（三元件）單相功率變送器的測量相加，從而得到三相總功率�；�本原理框圖如圖 1。

 

        圖 1 中的時(shí)分割乘法器電路原理如圖 2 所示。在時(shí)分割乘法器中，如圖 3 所示，待測 50Hz 電壓（圖3 紫色正弦曲線(xiàn)） 與高頻 1000Hz 三角波（圖 3 綠色三角線(xiàn)）經(jīng)過(guò)比較器產(chǎn)生矩形脈沖（PWM 脈寬調制），每個(gè)脈沖的寬度代表某一時(shí)刻電壓的幅值。

 

        圖 3 中可見(jiàn)，正弦波的#低點(diǎn)對應的脈寬寬度#小，正弦波的#高點(diǎn)對應的脈寬寬度#大，一個(gè)正弦波被分割成 20 個(gè)脈沖波；這個(gè)調制出來(lái)的脈沖輸出去切割電流波形，即用電壓變換后的脈沖寬度，去切割這段脈沖寬度里的電流波形，再經(jīng)過(guò) RC 電路積分得到的面積（如圖 3 紅色陰影部分，每段脈沖小于 1ms），就是我們所要測量的功率值。這個(gè)功率值是機組功率調整的基礎。

 

        圖 4 中，下面的藍色波形代表現場(chǎng)的電流，上面的黃色曲線(xiàn)是功率變送器的功率輸出。從圖 4 中可以看到，當瞬間涌流發(fā)生后，電流信號及變送器輸出均發(fā)生了劇烈的振蕩。

 

        結合功率變送器的原理，在模擬電路 RC 積分回路中，當輸入為階躍信號（近視于方波）時(shí)，對應的輸出稱(chēng)為階躍響應，其 RC 充放電的電壓、電流變化規律取決于電路結構和電路參數。在一次涌流的影響下，變送器時(shí)分割乘法器中的電壓脈沖寬度沒(méi)有變化，但這段寬度里（小于1ms）導通的電流幅值特別大，而且出現涌流時(shí)產(chǎn)生了大量諧波功率，這些影響造成那一小段時(shí)間里的功率大增，功率變送器模擬量輸出也相應突增（圖 4 黃色曲線(xiàn)波動(dòng)更大）。

 

        如圖 5 所示，紅色陰影部分在某幾個(gè)地方的幅度增大了，其面積表示的功率也成倍增加，盡管當時(shí)該機組實(shí)際基波功率并沒(méi)有那么大。

 

3 整改措施

        ①聯(lián)系相關(guān) DEH 設備廠(chǎng)家對熱工 DEH 邏輯及控制參數進(jìn)行進(jìn)一步的梳理與完善。

        ②功率變送器輸出信號增加濾波環(huán)節。

        ③增加變送器的抗勵磁涌流的能力。

 

        在理想的一定頻率的方波信號作用下，通過(guò)調整電路參數，可以使電路工作在臨界阻尼狀態(tài)（理想狀態(tài)）。這種狀態(tài)下，不僅輸出的波形平坦，而且響應時(shí)間也較短。然而，現場(chǎng)實(shí)際的情況很復雜，當有涌流沖擊時(shí)，其信號的頻率成分中夾帶著(zhù)很多不同次數的諧波量，無(wú)法保證電路始終工作在臨界阻尼狀態(tài)，而大多工作在欠阻尼狀態(tài)。而如果使電路工作在過(guò)阻尼狀態(tài)，則電路的響應時(shí)間又會(huì )很長(cháng)。變送器的guojia標準及鑒定規程中要求響應時(shí)間小于400ms，而且其基本誤差試驗也是要求在穩定的參比條件下進(jìn)行。

 

        采用微處理器技術(shù)，通過(guò)數字技術(shù)來(lái)實(shí)現功率計算。功率測量值是對電壓、電流直接進(jìn)行交流采樣得到的數字量直接相乘后得到，不存在 RC 積分電路的階躍響應問(wèn)題。而且在芯片編程的軟件算法中，利用程序判斷剔除短暫的異常突變信號，再將測量到的功率數值做窗型滑動(dòng)濾波，使得變送器的輸出更加穩定。

 

4 結束語(yǔ)

        由于瞬間勵磁涌流對電氣二次回路產(chǎn)生較大干擾，使電廠(chǎng)其它正常運行的機組功率變送器因檢測到一定的諧波功率而發(fā)生突變。通過(guò)采用數字式功率變送器，提高變送器的線(xiàn)性度和準確度高，增強抗干擾性。

 

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