摘 要：以解決傳統(tǒng)變送器響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、抗干擾差，且不滿足暫態(tài)的缺點(diǎn)，采用高性能 32 位處理器平臺(tái)的智能變送裝置，提升抗干擾能力和暫態(tài)傳變特性，且不受諧波影響，既可以滿足發(fā)電機(jī)綜合測(cè)量的要求又可以把電網(wǎng)的精準(zhǔn)信號(hào)提供給熱工使用。把模擬式變送器出現(xiàn)的問(wèn)題從根本上解決了。
1 前言
隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)水平的快速提高，并且廣泛得應(yīng)用于發(fā)電廠 DCS、DEH、AVC、AGC、一次調(diào)頻、協(xié)調(diào)控制等自動(dòng)化設(shè)備中。發(fā)電機(jī)有功功率及無(wú)功功率，作為一個(gè)最為重要的參考數(shù)據(jù)，其可靠、穩(wěn)定不但直接影響到自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行，而且對(duì)發(fā)電機(jī)組及其他設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行也起到不可忽略的影響。近幾年來(lái)，由于系統(tǒng)操作（如發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)、跳閘、變壓器空載合閘、電力系統(tǒng)故障等）導(dǎo)致功率變送器輸出發(fā)生震蕩甚至畸變，從而直接導(dǎo)致機(jī)組跳閘或自動(dòng)化裝置退出的事故也時(shí)有發(fā)生。2009 年 10 月 25 日，安徽合肥某 220kV 線路故障，導(dǎo)致附近某電廠 600MW 機(jī)組 AGC 自動(dòng)調(diào)頻異常動(dòng)作，機(jī)組負(fù)荷異波動(dòng)，最終退出 AGC 自動(dòng)方式。分析故障該電廠為發(fā)變線路組接線，與系統(tǒng)變電所比較近，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障，電廠母線電壓較大幅度降低，導(dǎo)致功率變送器采樣錯(cuò)誤，輸出給 AGC 的功率值與實(shí)際功率嚴(yán)重不符。從錄波曲線看，機(jī)組功率突然大幅跳水甩負(fù)荷，然后導(dǎo)致AGC 誤動(dòng)作，最終退出自動(dòng)方式。
2011 年 12 月，西安某電廠 1000WM 機(jī)組，因 #1 機(jī)組并網(wǎng)瞬間引起 #2 機(jī)組定子電流增大約 10%，#2 機(jī)組三相有功瞬間波動(dòng)約 20%，造成三個(gè)送 DCS 功率變送器功率信號(hào)瞬間波動(dòng)，DCS 采集到的功率反饋信號(hào)瞬間偏差大（三個(gè)功率反饋信號(hào)兩偏差大 25MW），并網(wǎng)時(shí)產(chǎn)生的和應(yīng)涌流導(dǎo)致有功功率變送器嚴(yán)重失真。使鍋爐主控切手動(dòng)。造成跳機(jī)事故。2013 年 10 月 21 日，大唐呂四電廠 #2 機(jī)組 (600MW)協(xié)調(diào)控制自動(dòng)退出，原因是東洲變電站（距呂四電廠約 40km）主變空載合閘致 #2 機(jī)功率變送器輸出發(fā)生畸變。
2 變送器目前的現(xiàn)狀
傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)變送器，技術(shù)水平忍保持在 30 年前。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電送器的常數(shù)要求 <400ms, 實(shí)際在 240ms -400ms 之間，廷時(shí)較長(zhǎng)，難以滿足系統(tǒng)故障快響應(yīng)的要求，再加上 DEH 本身的通道延遲 , 這就導(dǎo)致保護(hù)實(shí)際動(dòng)作的時(shí)間延時(shí)已經(jīng)在幾百毫秒以上，導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作之后 ，變送器輸出還沒(méi)有消失；抗干擾能力差，對(duì)講機(jī)干擾都會(huì)致使功率變送器輸出發(fā)生突變，會(huì)導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)跳機(jī)事故；暫態(tài)特性差，對(duì)于電氣瞬時(shí)故障導(dǎo)致的功率突變（雷擊等自然現(xiàn)象引發(fā)的單相接地故障及系統(tǒng)震蕩，瞬時(shí)擾動(dòng)等）, 不能與甩負(fù)荷事故做出區(qū)別 , 可能導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)；解決不了由于和應(yīng)涌流中的非周期分量，易導(dǎo)致測(cè)量級(jí)電流互感器暫態(tài)飽和的問(wèn)題；對(duì)于電壓、電流二次回路發(fā)生的斷線故障 ,傳統(tǒng)的有功功率變送器也無(wú)法采取任何的閉鎖措施 , 必然導(dǎo)致功率輸出跌落；對(duì)異常狀態(tài)沒(méi)有記錄。對(duì)于變送器本身故障 , 沒(méi)有任何自檢告警功能存在抗干擾差，不滿暫態(tài)，系統(tǒng)擾動(dòng)功率變送易出現(xiàn)波動(dòng)，顯然不符合現(xiàn)有的國(guó)網(wǎng)《國(guó)家能源局關(guān)于印發(fā) < 防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求 > 的通知》（國(guó)能安全 {2014}161 號(hào)）的要求，同時(shí)根據(jù)《發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)安全條件及安評(píng)》（GB/T28566-2012）強(qiáng)化涉網(wǎng)設(shè)備并網(wǎng)運(yùn)行安全技術(shù)管理，提高機(jī)組可靠性，有改造的必要性。
3 變送器的重要性
變送器輸出送至 DEH、AGC 等控制系統(tǒng)的信號(hào)主要用于將發(fā)電機(jī)當(dāng)前的電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率數(shù)值送至 DEH、AGC 等控制系統(tǒng)，參與 DEH、AGC 等控制系統(tǒng)的邏輯控制。這類信號(hào)不止要求變速器的輸出滿足穩(wěn)態(tài)要求，還需要考慮變送器的暫態(tài)特性。綜合上所述，可見(jiàn)傳統(tǒng)的變送器，不僅是響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、抗干擾差，且不滿足暫態(tài)。由于傳統(tǒng)的變送器沒(méi)有暫態(tài)方面的要求，近年由于傳統(tǒng)變送器不滿足暫態(tài)特性，影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行及跳機(jī)事故時(shí)有發(fā)生。早2005 年華能南京電廠發(fā)表在西安電機(jī)工程上的《320MW 超臨界機(jī)組突然甩負(fù)荷事件分析與處理》的論文寫(xiě)的就是傳統(tǒng)功率變送失真案例。
4 智能變送裝置原理
在正常情況下裝置采用測(cè)量輸入數(shù)據(jù)計(jì)算，發(fā)生功率突變時(shí)裝置采用保護(hù)級(jí)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)裝置具備判斷 CT 斷線、PT 斷線功能；響應(yīng)時(shí)間短在 40ms 之內(nèi)能滿足系統(tǒng)故障快速響應(yīng)的要求；裝置跟系統(tǒng)時(shí)鐘同步，具有錄波功能，可以多路輸出。抗干擾能力達(dá)到嚴(yán)酷 IV 級(jí)，軟硬件共同優(yōu)化，國(guó)標(biāo)要求繼電保護(hù)裝置及安全自動(dòng)裝置的抗干擾能力為嚴(yán)酷 III 級(jí)；針對(duì)電網(wǎng)出現(xiàn)瞬時(shí)故障時(shí)，采用切換CT 的方式。裝置同時(shí)接入一組測(cè)量級(jí) CT 和一組保護(hù)級(jí) CT，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，智能功率變送裝置可以通過(guò)測(cè)量電流的增量，從測(cè)量級(jí)CT 切換到保護(hù)級(jí) CT, 使得測(cè)量的功率值和真實(shí)的功率值相差不大；當(dāng)出現(xiàn)和應(yīng)涌流時(shí)，裝置能自動(dòng)檢測(cè)基波分量中的直流分量的含量，作為切換 CT 的條件，解決了測(cè)量級(jí)電流互感器暫態(tài)飽和的問(wèn)題。通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)測(cè)量級(jí) CT 和保護(hù)級(jí) CT 快速無(wú)縫自動(dòng)切換，具有良好的暫態(tài)特性，能確保發(fā)電機(jī)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和 DCS 系統(tǒng)可靠運(yùn)行。
5 發(fā)電機(jī)智能變送裝置的實(shí)際應(yīng)用
把原來(lái)分散的功能集中在一個(gè)屏內(nèi)，采用高性能 32 位處理器平臺(tái)的智能變送裝置，提升抗干擾能力和暫態(tài)傳變特性，且不受諧波影響，既可以滿足發(fā)電機(jī)綜合測(cè)量的要求又可以把電網(wǎng)的精準(zhǔn)信號(hào)提供給熱工使用。
以 #1 的改造具體實(shí)施如下：屏內(nèi)裝 BPT9301 發(fā)電機(jī)智能變送裝置三臺(tái)，用于發(fā)電機(jī)部分所有的測(cè)量信號(hào)，并為熱工提供三個(gè)完全獨(dú)立的有功功率信號(hào)用于調(diào)節(jié)。優(yōu)點(diǎn)在于：（1）此裝置提供的信號(hào)響應(yīng)快速，響應(yīng)時(shí)間小于 40ms，比傳統(tǒng)的變送器快了十倍；（2）采用了全新的結(jié)構(gòu)和技術(shù)，本裝置的抗干擾能力達(dá)到嚴(yán)酷四級(jí)；（3）暫態(tài)特性好，裝置不僅能保證在穩(wěn)態(tài)下的精度，而且能保證在暫態(tài)下的可靠性，保證了給熱工的信號(hào)不失真，不會(huì)引起功率的錯(cuò)誤波動(dòng)；（4）采用了雙 PT、雙 CT 的原理，可以從根本上解決傳統(tǒng)變送器缺少二次斷線判據(jù)的問(wèn)題；（5）有 GPS 對(duì)時(shí)，把設(shè)備與廠內(nèi)的時(shí)標(biāo)統(tǒng)一，裝置有錄波及事件記錄功能，可以把異常狀態(tài)記錄下來(lái)，為事后分析提供技術(shù)支撐；（6）多電氣量、多格式輸出，雙 485 及以太網(wǎng)輸出、脈沖信號(hào)輸出、無(wú)源接點(diǎn)信號(hào)輸出，可以實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。7、裝置具備故障錄波功能，能記錄發(fā)生故障時(shí)的電壓、電流以及功率波形，可以便于我廠運(yùn)維人員的事后分析。
我廠改為發(fā)電機(jī)智能變送裝置后有可靠的 PT 斷線和 CT 斷線判別功能，當(dāng)發(fā)生 PT 斷線和 CT 斷線時(shí)，自動(dòng)切換到未斷線的那一組PT 和 CT，解決了傳統(tǒng)功率變送器發(fā)生斷線后功率失真的問(wèn)題。裝置通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)測(cè)量級(jí)CT和保護(hù)級(jí)CT自動(dòng)切換，具有良好的暫態(tài)特性，能確保我廠發(fā)電機(jī)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和 DCS 系統(tǒng)可靠運(yùn)行，可以避免因傳變失真而造成的直接及間接的重大經(jīng)濟(jì)損失同時(shí)裝置具備故障錄波功能，能記錄發(fā)生故障時(shí)的電壓、電流以及功率波形，可以便于我廠運(yùn)維人員的事后份析。
改造后的發(fā)電機(jī)智能變送裝置測(cè)量可靠、暫態(tài)特性好、響應(yīng)迅速、抗干擾能力強(qiáng)，滿足《國(guó)家能源局關(guān)于印發(fā) < 防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求>的通知》（國(guó)能安全{2014}161號(hào)）要求。滿足《發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)安全條件及安評(píng)》（GB/T28566-2012）強(qiáng)化涉網(wǎng)設(shè)備并網(wǎng)運(yùn)行安全技術(shù)管理，提高機(jī)組可靠性，裝置解決了測(cè)量級(jí)電流互感器暫態(tài)飽和的問(wèn)題，確保了機(jī)組暫態(tài)時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行。
6 結(jié)語(yǔ)
傳統(tǒng)功率變送器不僅是響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、抗干擾差，且不滿足暫態(tài)。因此把傳統(tǒng)的模擬式的方案推進(jìn)到數(shù)字式時(shí)代，既能提供高精度的穩(wěn)態(tài)功率信號(hào)，也具備良好的暫態(tài)性能，以滿足DEH中所有功能的要求，把模擬式產(chǎn)品出現(xiàn)的問(wèn)題從根本上解決了。防止電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)機(jī)組擾動(dòng)或跳機(jī)事故的發(fā)生。
