近年來(lái)，國內出現多起由于發(fā)電機功率變送器輸出的信號發(fā)生畸變，導致的保護系統誤動(dòng)作甚至跳機的情況，對電網(wǎng)造成沖擊嚴重影響到電網(wǎng)的安全運行。本文主要研究了一種新型的功率變送器其既滿(mǎn)足穩態(tài)精度要求，也能在系統暫態(tài)情況下真實(shí)、準確、及時(shí)地輸出功率信號，保證機組穩定運行。

 

1  傳統功率變送器介紹

功率變送器是一種將電壓、電流通過(guò)運算成功率后變換成以直流4~20mA輸出的設備。它是遠動(dòng)裝置、熱工DCS等監控系統中#為關(guān)鍵的信號來(lái)源。電網(wǎng)的安全穩定的運行功率變送器起著(zhù)非常關(guān)鍵的作用，因此其響應速度快、帶負載能力強、機械結構簡(jiǎn)單，輸出電壓、電流#好能不隨負載阻抗變化，即要求電測量變送器具有接近恒壓、恒流的特性。功率變送器的工作原理是將輸入的電壓、電流信號量經(jīng)過(guò)乘法器運算后通過(guò)數模轉換器轉換成直流4~20mA信號后輸出；如圖1所示。

1.1 傳統功率變送器缺陷分析

在電網(wǎng)中干擾量小且處于穩態(tài)的情況下，傳統變送器能夠提供滿(mǎn)足電測量計量要求的數字信號，但在電網(wǎng)處于暫態(tài)的工況下，就會(huì )出現很多問(wèn)題：

（1）由于傳統變送器只有一路電壓、電流采樣回路，當發(fā)生采樣回路斷線(xiàn)時(shí)，會(huì )使發(fā)電機功率測量錯誤；

（2）其抗干擾能力弱，容易受到電網(wǎng)波動(dòng)的干擾，致使輸出功率產(chǎn)生畸變，從而對機組穩定運行造成安全隱患；

（3）暫態(tài)特性差，在系統發(fā)生暫態(tài)狀況下的故障（瞬時(shí)故障），其輸出容易失真，會(huì )造成保護系統誤動(dòng)，甚至有可能會(huì )造成跳機的事故。

 

2  傳統變送器輸出異常引發(fā)的事故

（1）例1：某發(fā)電廠(chǎng)500kV線(xiàn)路B相發(fā)生瞬時(shí)故障時(shí)，線(xiàn)路保護動(dòng)作后3號、4號機組功率保護動(dòng)作，致使3號、4號機組發(fā)生跳閘停機事故。經(jīng)過(guò)原因分析得知：汽輪機的保護功率變送器測量數據失真，保護誤關(guān)閉汽機調門(mén)，導致發(fā)電機輸出功率下降，短時(shí)間后，零功率切機誤判斷使2臺660MW機組跳機。

（2）例2：某發(fā)電廠(chǎng)3號機組正處于并網(wǎng)升負荷階段時(shí)，系統突發(fā)B相接地故障，功率切機保護誤動(dòng)致使機組跳機。經(jīng)過(guò)分析原因是：當系統發(fā)生接地故障時(shí)發(fā)電機功率出現大幅度波動(dòng)，導致功率切機保護誤動(dòng)作。

 

3  智能變送器研究

3.1 智能變送器的功能設計

由于傳統變送器有以上功能缺陷，因此需要研究新型的變送器來(lái)代替。要求新型變送器不僅滿(mǎn)足傳統變送器在穩態(tài)測量精度上的要求還必須可以智能處理暫態(tài)情況下的電壓、電流測量問(wèn)題。智能變送器從設計上采取措施避免傳統變送器采樣回路斷線(xiàn)、抗干擾能力弱、暫態(tài)特性差等問(wèn)題。主要從3個(gè)方面著(zhù)手：

 

（1）采用雙回路設計

用兩組測量回路分別同時(shí)測量發(fā)電機出口的測量級CT和保護級CT，再通過(guò)乘法器、數模轉換器、比較器、濾波器，進(jìn)行數字信號輸出；如圖2所示。

（2）增加抗干擾功能

主要從硬件和軟件著(zhù)手增加設備的抗干擾功能。在硬件上增加比較器和濾波器。

1）比較器：用于比較兩路輸入電壓、電流的數值，通過(guò)比較兩路電壓信號實(shí)時(shí)判別電壓輸入是否異常，但系統認定一路輸入發(fā)生異常會(huì )自動(dòng)屏蔽錯誤數據，切換另一路功率用于計算及保護，并同時(shí)發(fā)出報警送到后臺�？捎行Х乐筆T斷線(xiàn)引起的功率計算錯誤導致的事故發(fā)生。

2）濾波器：根據電廠(chǎng)的實(shí)際情況，設計的截止頻率為f=0.4Hz，意味著(zhù)現場(chǎng)頻率變化高于0.4Hz的電壓、電流輸入量都會(huì )被有效抑制，這樣既可以濾除交流干擾信號，又可以使正常電壓、電流變化信號順利通過(guò)，以達到濾波的效果。完全符合現場(chǎng)運行的需要。

（3）暫態(tài)特性的改進(jìn)

為克服輸入電流發(fā)生失真，可將輸入電流非周期分量過(guò)零點(diǎn)發(fā)生的時(shí)刻延長(cháng)，使過(guò)零點(diǎn)出現在繼電保護裝置發(fā)生保護動(dòng)作之后, 以此可改進(jìn)變送器的暫態(tài)特性。

 

3.2 變送器的算法原理設計

（1）暫態(tài)特性的改進(jìn)算法設計

由于非周期分量是影響變送器暫態(tài)特性的重要因素，按直流分量為全偏移考慮，回路中發(fā)生短路故障時(shí)的輸入電流為：

結合電路等值原理，可推到出方程組：

 

設變送器的的負載為純電阻，則L 1 =0，由式（2）推到得出式（3）、式（4）：

由式（4）可知變送器輸入電流非周期分量的過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻為：

由式（5）可知電路時(shí)間常數T 2 越大，非周期分量的過(guò)零點(diǎn)t 1 越大，因此增大電路時(shí)間常數，即可使過(guò)零點(diǎn)出現在繼電保護裝置發(fā)生保護動(dòng)作之后，以此可改進(jìn)變送器的暫態(tài)特性。

 

（2）有功功率和無(wú)功功率的算法設計

有功功率和無(wú)功功率的算法采用全周傅立葉算法設計，當發(fā)電機保護級CT的輸出電流>1.2額定電流時(shí)，變送器的功率計算電流采用保護級CT電流，其余電流采用測量級，這樣故障情況下功率的準確測量也同時(shí)得到了兼顧。功率因數計算公式：

（3）PT斷線(xiàn)算法設計

滿(mǎn)足以下任一條件5s后變送器給出斷線(xiàn)報警信號，條件消失5s后斷線(xiàn)報警信號自動(dòng)解除：

（1）存在某一線(xiàn)電壓<70V，且某一相電流>0.05In，用于檢測不對稱(chēng)斷線(xiàn)和三相失壓；

（2）負序電壓>6V，用于檢測不對稱(chēng)斷線(xiàn)。條件（1）主要是用來(lái)判別對稱(chēng)性三相斷線(xiàn)的，也是對不對稱(chēng)斷線(xiàn)條件的補充。加上電流閉鎖條件的原因是用來(lái)防止變送器在調試過(guò)程中誤發(fā)告警信號。條件（2）則是專(zhuān)門(mén)用于對PT發(fā)生不對稱(chēng)斷線(xiàn)時(shí)進(jìn)行判斷的。

（4）CT斷線(xiàn)算法設計

CT斷線(xiàn)算法設計為三相CT的零序電流>30%的#大相電流，給出斷線(xiàn)報警信號，條件消失5s后斷線(xiàn)報警信號自動(dòng)解除。

 

4  智能變送器的測試結果

4.1 測試方法

由于現行的檢定規程還沒(méi)有對變送器暫態(tài)功能的相關(guān)測試的規定，只能根據JJG 126-1995《交流電量變換為直流電量電工測量變送器檢定規程》對智能變送器進(jìn)行電測量數據的測試。

 

4.2 測試結果

通過(guò)試驗結果表明，智能變送器功率輸出測試結果完全符合規程要求。見(jiàn)表1。

5  結束語(yǔ)

本文介紹的智能變送器，解決了傳統變送器在暫態(tài)情況下容易輸出失真的問(wèn)題，并且經(jīng)過(guò)測試其功率測量精度完全符合規范要求。