發(fā)電機(jī)功率變送系統(tǒng)優(yōu)化分析

摘 要：在電力系統(tǒng)自動化程度日益提高的同時，發(fā)電機(jī)功率作為重要參數(shù)之一，在在機(jī)組MCS、DEH、ECS等自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用更為廣泛。機(jī)組控制系統(tǒng)采集到的發(fā)電機(jī)功率數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，不僅影響到設(shè)備的穩(wěn)定運行，對機(jī)組的安全也是重要的考驗。將傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)功率變送器與智能變送裝置在可靠性、數(shù)據(jù)精度、響應(yīng)時間等方面進(jìn)行對比分析，剖析傳統(tǒng)功率變送器存在的問題及優(yōu)化的必要性。在發(fā)現(xiàn)電廠普遍存在的問題后，某電廠三期1X1000MW機(jī)組功率變送系統(tǒng)在裝置升級、電源優(yōu)化、接入回路等方面進(jìn)行了系統(tǒng)化實施。提高在同等工況下，功率信號傳輸?shù)姆€(wěn)定及暫態(tài)性能，防止因功率波動出現(xiàn)汽門誤動情況發(fā)生。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī) DEH控制系統(tǒng);MCS模擬量控制系統(tǒng);功率變送器;發(fā)電機(jī)智能變送裝置

引 言：某電廠5臺發(fā)電機(jī)的功率變送系統(tǒng)普遍采用的是傳統(tǒng)的模擬式功率變送器，利用采集發(fā)電機(jī)的電壓電流量產(chǎn)生模擬量功率信號。有功功率變送器的信號一般送至MCS、DEH和ECS等系統(tǒng)應(yīng)用。其中ECS將功率信號作用于后臺的監(jiān)控顯示，DEH和MCS將有功功率信號作用于機(jī)組測量和控制調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)依據(jù)。

目前的功率變送器在輸出精度、響應(yīng)時間等大部分方面能夠滿足系統(tǒng)的要求。但發(fā)電機(jī)地電流電壓中存在多次諧波分量、直流諧波分量及非周期分量，可能會引起發(fā)電機(jī)功率的畸變，最終會導(dǎo)致變送器輸出信號與實際功率變化值不符，引起DEH系統(tǒng)中的汽門誤動事故，給機(jī)組的安全穩(wěn)定運行帶來不良影響。

目前常用的解決方法就是用某一型號的功率變送器去替換現(xiàn)已投運的變送器，但通過對不同型號的功率變送器進(jìn)行暫態(tài)性能的對比試驗，也很難得出某一型號功率變送器的性能優(yōu)于其他型號功率變送器的結(jié)論，也不能避免系統(tǒng)故障時發(fā)電機(jī)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)不正確動作引起的發(fā)電機(jī)功率異常大幅度波動。

鑒于此，最佳途徑是將傳統(tǒng)的模擬功率變送器更換為新型智能功率變送裝置，保證功率信號傳輸?shù)姆€(wěn)定及暫態(tài)性能，防止出現(xiàn)汽門誤動、系統(tǒng)波動等情況。

1 具體實施步驟及附圖

1.1 改造前功率變送器的原理圖：

備注：U21、U22、U23為機(jī)組三個單相有功功率變送器。

1.2 改造后的智能功率變送裝置的原理圖如下：

1.3 功率變送系統(tǒng)優(yōu)化后的分析

將傳統(tǒng)的功率變送器改為發(fā)電機(jī)智能變送裝置的輸入回路的電流電壓回路由原來的單路測量8TA和2TV，改為一組測量8TA和一組保護(hù)7TA，2TV和3TV同時輸入裝置，同時在線運行，可以在裝置檢測到測量TA在直流分量、二次諧波、高次諧波、零序分量方面出現(xiàn)波動時，自動無擾切換至保護(hù)TA，通過自動濾波功能，優(yōu)化輸出數(shù)據(jù)變化曲線，避免出現(xiàn)波形畸變。

輸出回路由原來的單路功率輸出，每個裝置增加至8個輸出通道，輸出精度更高，并且每個通道可以根據(jù)運行需要，設(shè)置為有功功率、無功功率、電流、電壓、功率因數(shù)、頻率等多種模擬分量，可以根據(jù)需要進(jìn)行自主設(shè)定，滿足多種形式的需要。

某電廠5號機(jī)采用的三臺裝置并聯(lián)運行方式，給三臺裝置同時接入GPS對時裝置。這樣既可以滿足機(jī)組DEH、MCS系統(tǒng)對于機(jī)組數(shù)據(jù)“三取中”的要求，也可在發(fā)生異常時統(tǒng)一時間分別對三個裝置根據(jù)波形對比DCS歷史趨勢，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析

2 功率變送系統(tǒng)優(yōu)化前后技術(shù)對比分析

2.1 現(xiàn)有技術(shù)缺點

原來的數(shù)字變送器采用的接入一路測量TA，在這組測量TA發(fā)生波動時會產(chǎn)生高次諧波，送至DCS、DEH、MCS時的模擬量輸出（4～20mA量）發(fā)生畸變，當(dāng)協(xié)調(diào)控制設(shè)定值與實際功率偏差達(dá)到設(shè)定值（50MW）時，可能引起汽門誤動，機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)會自動退出。

2.2 解決的技術(shù)問題

2.2.1 解決了測量級TA易飽和的問題。常用的變送器使用的測量級TA易飽和，而保護(hù)級TA不易飽和。新安裝的智能變送裝置采用測量級TA和保護(hù)級TA同時運行，可選擇能自動實現(xiàn)測量級 TA 和保護(hù)級TA 自動切換，這樣在發(fā)生涌流現(xiàn)象或電氣故障的瞬間，測量TA會出現(xiàn)波動或質(zhì)量下降，經(jīng)裝置判斷后自動切換到保護(hù)級TA，避免因測量TA波動引起輸出功率的快速大幅波動，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性。

2.2.2 解決了常用變送器抗干擾能力差得問題。常用的變送器抗干擾能力差，國內(nèi)有多個電廠因干擾原因造成跳機(jī)事故。新安裝的智能變送裝置具有自動濾波的功能，在發(fā)生電氣故障或電氣操作時，可以自動濾除諧波分量，避免出現(xiàn)畸變。

2.2.3 解決了常用變送器時間常數(shù)太大的問題。常用的變送器時間常數(shù)在240ms--400ms之間，加上DEH、MCS通道本身的延時，導(dǎo)致保護(hù)動作時間在幾百毫秒以上，難以滿足系統(tǒng)快速反應(yīng)的要求。當(dāng)功率變送器輸入值發(fā)生快速變化時，輸出值會發(fā)生畸變，國內(nèi)多個電廠曾因功率變送器輸出發(fā)生畸變，造成汽輪機(jī)汽門誤動。新安裝的微機(jī)型智能變送裝置能夠顯著提高抗干擾能力。新裝置的響應(yīng)時間在40ms以內(nèi)可有效解決普通的功率變送器相應(yīng)時間長的問題，滿足系統(tǒng)故障快速響應(yīng)的要求。

2.2.4 解決了二次斷線引起功率失真的問題。常用的功率變送器只有一組TV和TA，當(dāng)TA或者TV斷線時，傳統(tǒng)的功率變送器無法采取任何閉鎖措施，必然導(dǎo)致功率輸出跌落。新安裝的智能變送裝置采用的是兩組不同繞組的TV兩個不同繞組的TA，當(dāng)任何一組TA或者TV二次回路斷線時，都能自動切換到另外一組未斷線的TA或者TV運行，不會對輸出功率造成任何影響，解決了傳統(tǒng)功率變送器在發(fā)生斷線后功率失真的問題。

2.3 新技術(shù)主要的創(chuàng)新點

2.3.1 采用2路TA和雙TV同時輸入。新安裝的發(fā)電機(jī)智能變送裝置分別接入2組獨立的發(fā)電機(jī)機(jī)端TV繞組、1組保護(hù)級機(jī)端TA繞組、1組測量級機(jī)端TA繞組。通過裝置自身判別，保證輸出穩(wěn)定的參數(shù)，確保機(jī)組DEH、MCS調(diào)節(jié)系統(tǒng)可靠運行。

2.3.2 實現(xiàn)測量TA和保護(hù)TA的自動切換，具有良好的暫態(tài)性能。在正常運行情況下，變送裝置采用測量級TA電流計算，保證0.2級的測量精度。當(dāng)發(fā)生區(qū)外故障或涌流時，變送裝置采用保護(hù)級TA電流進(jìn)行計算，解決系統(tǒng)故障情況下的暫態(tài)特性問題。

2.3.3 ?裝置具備靈敏檢測功能，滿足高可靠性。由于同時接入了兩組TA和兩組TV，變送裝置可以靈敏檢測TV和TA斷線，單一TV或TA斷線不會影響變送裝置輸出，滿足功率變送高可靠性的要求。

2.3.4 裝置具有打印、對時、通訊和動作報告（跳閘報告、自檢報告和變位報告）記錄功能，還可以對發(fā)生故障時的電壓、電流和功率波形進(jìn)行錄波記錄，方便后續(xù)進(jìn)行分析。

2.3.5 多臺裝置同時接入GPS時鐘系統(tǒng)，對時統(tǒng)一，方便在發(fā)生故障時，對照時間記錄、故障記錄、錄波數(shù)據(jù)等進(jìn)行綜合分析。

2.3.6 作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要參數(shù)，大大提高了機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可靠性，為機(jī)組的長周期運行提供了保障。

2.3.7 智能變送裝置同時接入一路交流電源，一路直流電源，構(gòu)成雙電源供電，裝置運行的可靠性和穩(wěn)定性更高。

3 安全經(jīng)濟(jì)效益結(jié)論分析

1、設(shè)備運行一年多以來，隨機(jī)調(diào)取裝置的兩次切換記錄波形進(jìn)行分析。調(diào)取2017年02月26日06時31分20秒發(fā)電機(jī)智能變送裝置發(fā)生測量CT與保護(hù)CT切換啟動裝置錄波，錄波波形如下：

從上圖中可以看出，在T1時刻，C相電流的二次諧波大于裝置的啟動值，而且B相電流變小。功率變化如下圖：

上圖中紫色的曲線為使用測量電流計算出來的功率曲線，綠色的曲線為發(fā)電機(jī)智能變送裝置切換到保護(hù)電流后輸出的功率曲線。從圖中可以看出，發(fā)電機(jī)智能變送裝置的功率輸出改善了很多。改善后的功率二次值變化范圍（382.32W～395.32W），折算到功率二次值的變化范圍（619.36MW～640.42MW），功率一次值變化最大值是21.06MW。

如果不接保護(hù)電流的話，測量電流的功率二次值變化范圍（374.86W～398.77W），折算到功率一次值的變化范圍（607.26MW～645.99MW），功率一次值最大值波動可達(dá)38.73MW，優(yōu)化后的功率波動值范圍減小了17.47MW。

從上圖調(diào)取的2017年02月26日06時31分至32分的歷史趨勢可以看出，智能變送裝置經(jīng)過自動濾波和TA切換后，輸出的功率信號曲線光滑，并無出現(xiàn)畸波。

2、調(diào)取2018年05月04日18時49分37秒發(fā)電機(jī)智能變送裝置測量CT與保護(hù)CT切換啟動錄波，錄波波形如下：

從圖中可以看出，在T1時刻，測量電流的C相電流一嚴(yán)重畸變。功率變化如下圖：

圖中紫色的曲線為使用 測量電流計算出來的功率曲線，綠色的曲線為發(fā)電機(jī)智能變送裝置切換到保護(hù)電流后輸出的功率曲線。從圖中可以看出，發(fā)電機(jī)智能變送裝置的功率輸出改善了很多。改善后的功率二次值的變化范圍（601.32W～637.98W），折算到功率一次值的變化范圍（974.14MW～1033.53MW），功率一次值最大值波動可達(dá)59.39MW。

如果不接保護(hù)電流的話，功率二次值的變化范圍（542.686W～617.005W），折算到功率一次值的變化范圍（879.15MW～999.55MW），功率一次值最大值波動可達(dá)120.4MW，優(yōu)化后的功率波動值范圍減小了61.01MW。

從上圖調(diào)取2018年05月04日18時49分至50分的DCS歷史趨勢，發(fā)現(xiàn)智能變送裝置經(jīng)過自動濾波和TA切換后，輸出的功率信號曲線光滑，與裝置優(yōu)化后曲線一致，并無出現(xiàn)畸波。

3、由此上述分析可見，在系統(tǒng)存在擾動狀態(tài)下，智能變送裝置有功功率等數(shù)據(jù)輸出能夠無擾從測量TA切換至保護(hù)TA，采用當(dāng)前的保護(hù)電流計算發(fā)電機(jī)有功功率能更好的躲避系統(tǒng)擾動的影響，避免波形出現(xiàn)畸變。

同時，5號機(jī)組功率變送系統(tǒng)優(yōu)化完成以來，三個發(fā)電機(jī)智能變送裝置送至DEH和MCS的三個有功功率運行穩(wěn)定性一直很高，沒有出現(xiàn)因為智能變送裝置輸送功率不穩(wěn)定原因?qū)е抡{(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)生波動的情況。

結(jié)束語：

目前行業(yè)內(nèi)大部分電廠普遍使用的普通功率變送器的可靠性可以滿足日常系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)視的需求，但是隨著機(jī)組容量在不斷增大、電網(wǎng)要求不斷提高，系統(tǒng)穩(wěn)定性要求不斷提高，用于機(jī)組DEH、MCS等控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)中使用卻不能越來越高的穩(wěn)定性和精度要求。

通過優(yōu)化后的發(fā)電機(jī)功率變送系統(tǒng)在某電廠5號機(jī)組運行情況來看，其先進(jìn)的技術(shù)水平得到驗證，特別是數(shù)據(jù)輸出的穩(wěn)定性和可靠性大大提高。既給接下來的設(shè)備改造提供了技術(shù)支持，同時發(fā)電行業(yè)設(shè)備的可靠性提高方面又進(jìn)了一步。

電廠設(shè)備需要連續(xù)、可靠運行的設(shè)備很多，吸收借鑒優(yōu)秀的設(shè)計理念，對設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置，對廠家來說將帶來巨大的效益，對電廠設(shè)備管理人員來說也是技術(shù)上的巨大進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊濤，黃曉明，宣佳卓. 火電機(jī)組有功功率變送器暫態(tài)性能分析[J]. 繼電保護(hù)原理及控制技術(shù)的研究與探討（發(fā)電側(cè)），2014：360-364.

[2]南京保合太和電力科技有限公司. BPT9301型發(fā)電機(jī)智能變送器裝置使用說明書，2013.

作者簡介：

路海麗 （1989- ）女，助理工程師，從事火力發(fā)電廠電氣二次設(shè)備管理工作.