水電廠同步相量測(cè)量裝置接入方法

萬(wàn)君

（豐滿大壩重建工程建設(shè)局,吉林吉林市132108）

水電廠同步相量測(cè)量裝置接入方法

萬(wàn)君

（豐滿大壩重建工程建設(shè)局,吉林吉林市132108）

同步相量測(cè)量裝置（PMU），主要用于電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的監(jiān)測(cè)和分析。其中發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)和發(fā)電機(jī)功角參數(shù)是必要監(jiān)控參數(shù)，該內(nèi)電勢(shì)和功角送到WAMS主站用于高級(jí)應(yīng)用。文中對(duì)已投運(yùn)水電廠進(jìn)行新裝PMU裝置改造施工時(shí)，鍵相（轉(zhuǎn)速）脈沖信號(hào)的接入方法進(jìn)行分析。

水電廠；同步向量測(cè)量裝置（PMU)；鍵相（轉(zhuǎn)速）脈沖

0 引言

為進(jìn)一步加強(qiáng)電力系統(tǒng)調(diào)度中心對(duì)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定監(jiān)測(cè)和分析能力，近幾年重要的變電站和發(fā)電廠均要求安裝同步相量測(cè)量裝置（PMU），以便構(gòu)建電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（WAMS），并通過(guò)調(diào)度中心主站實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的監(jiān)測(cè)和分析[1]。其中發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)和發(fā)電機(jī)功角參數(shù)是必要監(jiān)控參數(shù)。

1 工程概況

PMU裝置可接入火電機(jī)組的鍵相脈沖，或水電機(jī)組的轉(zhuǎn)速脈沖，用該脈沖計(jì)算機(jī)械法發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)和發(fā)電機(jī)功角，該內(nèi)電勢(shì)和功角送到WAMS主站用于高級(jí)應(yīng)用[2]。WAMS應(yīng)用通常要求PMU上送數(shù)據(jù)的周期為10～40 ms級(jí)別，從而能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

該工程項(xiàng)目是對(duì)已投運(yùn)多年的某水電廠三期電站側(cè)，2臺(tái)140MW機(jī)組進(jìn)行新增同步向量測(cè)量裝置（PMU）改造。工程采購(gòu)了PCS—996B型同步向量測(cè)量裝置，原有機(jī)組沒(méi)有可以輸出轉(zhuǎn)速脈沖的相應(yīng)裝置，在安裝PMU裝置的同時(shí)，需對(duì)外圍接入信號(hào)進(jìn)行改造施工，以便滿足接入要求。界面接口和配合問(wèn)題、相關(guān)經(jīng)驗(yàn)缺乏、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，也給實(shí)施增加了較大難度。

2 實(shí)施方案

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件和工期因素，初期設(shè)計(jì)方案采用了在機(jī)組主軸上安裝鍵相貼片，在主軸旁安裝脈沖傳感器，將轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)接入PMU裝置的方式。

2.1 鍵相傳感器安裝方式：

1）在原來(lái)支架擴(kuò)孔攻絲M 18×1.5。

2）在水輪機(jī)組主軸對(duì)應(yīng)傳感器探頭位置安裝金屬貼片。

3）傳感器安裝：與貼片的安裝間隙為1 mm，傳感器的安裝方向標(biāo)志線向上且機(jī)組大軸的中心線垂直。

4）接線：鍵相傳感器（探頭）有一根電纜引出，電纜有三根線，分別是藍(lán)線、屏蔽線、白線。藍(lán)線：接電源0 V輸出；屏蔽線：接電源-24 V輸出；白線（和藍(lán)線）；經(jīng)電纜連接到控制室PMU柜。原理接線見(jiàn)圖1。

圖1 原理接線圖

PMU柜設(shè)備∶PCS—996B接入鍵相脈沖、轉(zhuǎn)速脈沖的端口是同一個(gè)，裝置通過(guò)“極對(duì)數(shù)、齒個(gè)數(shù)”定值適應(yīng)這兩種信號(hào)，按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際輸入機(jī)組極對(duì)數(shù)28對(duì)。功角測(cè)量插件NR 1416采集發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓、鍵相脈沖、轉(zhuǎn)速脈沖，并可輸出兩路4～20 mA的直流信號(hào)。兩路鍵相脈沖輸入：高電平小于48 V，低電平小于－48 V；NR 1416插件利用比較器原理，將鍵相脈沖整形為CPU可以測(cè)量的TTL電平，為了達(dá)到相對(duì)較高的測(cè)量精度，應(yīng)將比較器閾值設(shè)定在鍵相脈沖的高低電平中間。

2.2 調(diào)試方法

模擬試驗(yàn)。首先進(jìn)行了靜態(tài)模擬試驗(yàn)，利用金屬薄片在傳感器前進(jìn)行垂直滑動(dòng)，模擬大軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鍵相貼片切割探頭過(guò)程，此時(shí)觀察PMU裝置輸入信號(hào)有間斷性變化，證明傳感器接線良好。

實(shí)際試驗(yàn)：現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)際開機(jī)試驗(yàn)，當(dāng)機(jī)組從啟動(dòng)到達(dá)額定轉(zhuǎn)速過(guò)程中，觀察PMU裝置鍵相脈沖信號(hào)機(jī)及轉(zhuǎn)速計(jì)算值。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

模擬試驗(yàn)時(shí)用金屬薄片劃過(guò)傳感器與大軸之間，有0 V，-18 V，-24 V之間的變化；有間歇性數(shù)值顯示，證明了接線回路良好

實(shí)際開機(jī)試驗(yàn)時(shí)，測(cè)量接入信號(hào)線有電平變化，PMU裝置液晶面板無(wú)準(zhǔn)確信號(hào)顯示。

3 結(jié)果分析

經(jīng)傳感器廠家技術(shù)人員、南瑞PMU技術(shù)人員確認(rèn)后，現(xiàn)場(chǎng)安裝接線方式準(zhǔn)確；導(dǎo)致信號(hào)無(wú)法上傳，原因如下：

1）主軸擺動(dòng)偏差過(guò)大：由于豐滿三期機(jī)組已運(yùn)行多年，機(jī)組運(yùn)行工況及軸振動(dòng)擺度情況較復(fù)雜，大軸最大擺動(dòng)偏差達(dá)0～1.5 cm。導(dǎo)致傳感器與貼片的安裝間隙為1 mm的精度在機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)后無(wú)法滿足。

2）脈沖信號(hào)周期不滿足要求：水電機(jī)組由水力驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速慢，因此設(shè)計(jì)為有多對(duì)極的凸極機(jī)。根據(jù)水輪機(jī)其額定轉(zhuǎn)速為3 000/N轉(zhuǎn)/分的原理，豐滿三期機(jī)組其額定轉(zhuǎn)速為N=107.1轉(zhuǎn)/分，極對(duì)數(shù)為P=28對(duì)。本機(jī)組采用單一貼片，機(jī)組每轉(zhuǎn)動(dòng)一周輸出一個(gè)信號(hào)，根據(jù)大軸每旋轉(zhuǎn)一周約20 ms×N計(jì)算得出，大軸每旋轉(zhuǎn)一周約20×28=156 ms。遠(yuǎn)大于鍵相脈沖信號(hào)的周期在10～40 ms的級(jí)別要求[3]，故不能用于測(cè)量發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)。

綜合上述兩點(diǎn)原因，導(dǎo)致水輪機(jī)組采用單一鍵相貼片的方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)組鍵相（轉(zhuǎn)速）脈沖信號(hào)有效上傳，從而無(wú)法通過(guò)實(shí)測(cè)得出發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)和發(fā)電機(jī)功角測(cè)量。

4 改進(jìn)措施

根據(jù)失敗原因，為實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)測(cè)量，可以在軸上增加與機(jī)組極對(duì)數(shù)相等的鍵相貼片數(shù)量，或安裝一個(gè)齒條(齒數(shù)M與極對(duì)數(shù)N相當(dāng))，使大軸每轉(zhuǎn)一大周，輸出M個(gè)脈沖，稱為轉(zhuǎn)速脈沖。進(jìn)而滿足鍵相脈沖信號(hào)在10～40 ms級(jí)別的周期要求，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)和發(fā)電機(jī)功角測(cè)量。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上述改造經(jīng)驗(yàn)，轉(zhuǎn)速較低的常規(guī)水電機(jī)組，采用單一鍵相貼片方式實(shí)現(xiàn)同步相量測(cè)量裝置PMU鍵相（轉(zhuǎn)速）脈沖接入是不可行的。同時(shí)老舊機(jī)組主軸震動(dòng)對(duì)信號(hào)傳輸也是重要制約條件。

為實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)測(cè)量，應(yīng)采用在水輪機(jī)主軸上安裝一個(gè)齒條(齒數(shù)M與極對(duì)數(shù)N相當(dāng))的方式，實(shí)現(xiàn)PMU鍵相（轉(zhuǎn)速）脈沖接入。僅以此文為同類機(jī)組PMU接入提供參考。

TV737

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1002－0624（2016）11－0069－02

2016-05-10