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近年來，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作甚至跳機的情況，對電網造成沖擊嚴重影響到電網的安全運行。本文主要研究了一種新型的功率變送器其既滿足穩(wěn)態(tài)精度要求，也能在系統暫態(tài)情況下真實、準確、及時地輸出功率信號，保證機組穩(wěn)定運行。

 

1  傳統功率變送器介紹

功率變送器是一種將電壓、電流通過運算成功率后變換成以直流4~20mA輸出的設備。它是遠動裝置、熱工DCS等監(jiān)控系統中#為關鍵的信號來源。電網的安全穩(wěn)定的運行功率變送器起著非常關鍵的作用，因此其響應速度快、帶負載能力強、機械結構簡單，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、電流信號量經過乘法器運算后通過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

在電網中干擾量小且處于穩(wěn)態(tài)的情況下，傳統變送器能夠提供滿足電測量計量要求的數字信號，但在電網處于暫態(tài)的工況下，就會出現很多問題：

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

（2）其抗干擾能力弱，容易受到電網波動的干擾，致使輸出功率產生畸變，從而對機組穩(wěn)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（瞬時故障），其輸出容易失真，會造成保護系統誤動，甚至有可能會造成跳機的事故。

 

2  傳統變送器輸出異常引發(fā)的事故

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

（2）例2：某發(fā)電廠3號機組正處于并網升負荷階段時，系統突發(fā)B相接地故障，功率切機保護誤動致使機組跳機。經過分析原因是：當系統發(fā)生接地故障時發(fā)電機功率出現大幅度波動，導致功率切機保護誤動作。

 

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代替。要求新型變送器不僅滿足傳統變送器在穩(wěn)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、抗干擾能力弱、暫態(tài)特性差等問題。主要從3個方面著手：

 

（1）采用雙回路設計

用兩組測量回路分別同時測量發(fā)電機出口的測量級CT和保護級CT，再通過乘法器、數模轉換器、比較器、濾波器，進行數字信號輸出；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，通過比較兩路電壓信號實時判別電壓輸入是否異常，但系統認定一路輸入發(fā)生異常會自動屏蔽錯誤數據，切換另一路功率用于計算及保護，并同時發(fā)出報警送到后臺。可有效防止PT斷線引起的功率計算錯誤導致的事故發(fā)生。

2）濾波器：根據電廠的實際情況，設計的截止頻率為f=0.4Hz，意味著現場頻率變化高于0.4Hz的電壓、電流輸入量都會被有效抑制，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，以達到濾波的效果。完全符合現場運行的需要。

（3）暫態(tài)特性的改進

為克服輸入電流發(fā)生失真，可將輸入電流非周期分量過零點發(fā)生的時刻延長，使過零點出現在繼電保護裝置發(fā)生保護動作之后, 以此可改進變送器的暫態(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零點時刻為：

由式（5）可知電路時間常數T 2 越大，非周期分量的過零點t 1 越大，因此增大電路時間常數，即可使過零點出現在繼電保護裝置發(fā)生保護動作之后，以此可改進變送器的暫態(tài)特性。

 

（2）有功功率和無功功率的算法設計

有功功率和無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，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得到了兼顧。功率因數計算公式：

（3）PT斷線算法設計

滿足以下任一條件5s后變送器給出斷線報警信號，條件消失5s后斷線報警信號自動解除：

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

（2）負序電壓>6V，用于檢測不對稱斷線。條件（1）主要是用來判別對稱性三相斷線的，也是對不對稱斷線條件的補充。加上電流閉鎖條件的原因是用來防止變送器在調試過程中誤發(fā)告警信號。條件（2）則是專門用于對PT發(fā)生不對稱斷線時進行判斷的。

（4）CT斷線算法設計

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

 

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(guī)程還沒有對變送器暫態(tài)功能的相關測試的規(guī)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(guī)程》對智能變送器進行電測量數據的測試。

 

4.2 測試結果

通過試驗結果表明，智能變送器功率輸出測試結果完全符合規(guī)程要求。見表1。

5  結束語

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題，并且經過測試其功率測量精度完全符合規(guī)范要求。