王順江

(遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006)

2013年3月18日，遼寧紅沿河500 kV核電站送電，16時(shí)1號(hào)發(fā)電機(jī)試驗(yàn)性并網(wǎng)發(fā)電，出力34 MW，全部由站用變消耗，紅沿河500 kV核電站4條線路功率都為零。18時(shí)1號(hào)發(fā)電機(jī)停機(jī)，站用變所需負(fù)荷改由站外線路供，因紅南線停運(yùn)，由紅瓦一線、紅瓦二線和紅瓦三線供，查看500 kV 1號(hào)變壓器高壓側(cè)有功功率和站用變總負(fù)荷都為34 MW，紅瓦一線、紅瓦二線和紅瓦三線有功功率都為零，站內(nèi)500 kV母線出現(xiàn)調(diào)度潮流不平衡，紅沿河500 kV核電站主接線如圖1所示。為深入調(diào)查問(wèn)題原因，檢查線路對(duì)側(cè)廠站，即瓦房店500 kV變電站，發(fā)現(xiàn)紅瓦一線、紅瓦二線和紅瓦三線有功功率也都為零，同時(shí)站內(nèi)500 kV母線調(diào)度潮流失去平衡，500 kV瓦房店變的主接線如圖2所示。此問(wèn)題影響了電網(wǎng)運(yùn)行方式安排和調(diào)度決策的執(zhí)行，降低了遼寧省調(diào)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行極其不利［1－2］。

圖1 紅沿河核電站主接線圖

1 原理分析

為解決超高壓間隔低負(fù)荷運(yùn)行的測(cè)量問(wèn)題，對(duì)測(cè)量精度理論、電力信息精度要求、電力信息采集與處理過(guò)程、死區(qū)與零漂原理四方面進(jìn)行分析。

1.1 測(cè)量精度理論

測(cè)量誤差，即測(cè)量值與真實(shí)值間的差異，各種測(cè)量都存在誤差。測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因較多，有儀器、人員、環(huán)境、計(jì)算等因素，可通過(guò)各種方法減少誤差，但無(wú)法避免。誤差的表示方式有三種，分別是絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差和引用誤差［3］。

圖2 500 kV瓦房店變電站主接

電力系統(tǒng)都采用引用誤差表示測(cè)量精度，運(yùn)行中的設(shè)備測(cè)量量程已固定，因此測(cè)量精度與絕對(duì)誤差成正比。電力系統(tǒng)遙測(cè)量主要有電流、電壓、有功、無(wú)功、功率因數(shù)和溫度，這些量的誤差表示方式如下。

a． 電流

式中:δI為電流引用誤差;ΔI為電流互感器一次絕對(duì)誤差;IM為電流互感器一次最大值，即電流互感器一次量程，現(xiàn)階段較多采用600 A、800 A、1 200 A、1 500 A、2 000 A、3 000 A和4 000 A;Δi為電流互感器二次絕對(duì)誤差;im為電流互感器二次最大值，即電流互感器二次量程，現(xiàn)階段主要采用5 A和1 A。

b． 電壓

式中:δU為電壓引用誤差;ΔU為電壓互感器一次絕對(duì)誤差;UM為電壓互感器一次最大值，即電壓互感器一次量程，現(xiàn)階段10 kV、66 kV、110 kV、220 kV、500 kV;Δu為電壓互感器二次絕對(duì)誤差;um為電壓互感器二次最大值，即電壓互感器二次量程，現(xiàn)階段主要采用120 V。

c． 有功

式中:δP為有功功率引用誤差;ΔP為有功功率一次絕對(duì)誤差;UM為線電壓一次最大值;IM為線電流一次最大值;Δp為有功功率二次絕對(duì)誤差;um為線電壓二次最大值;im為線電流二次最大值。

d． 無(wú)功

式中:δQ為無(wú)功功率引用誤差;ΔQ為無(wú)功功率一次絕對(duì)誤差;UM為線電壓一次最大值;IM為線電流一次最大值;Δq為有功功率二次絕對(duì)誤差;um為線電壓二次最大值;im為線電流二次最大值。

e． 功率因數(shù)

δcosφ =Δcosφ ×100%

式中:δcosφ為功率因數(shù)引用誤差;Δcosφ為功率因數(shù)絕對(duì)誤差。

f． 溫度

式中:δT為溫度引用誤差;ΔT為溫度絕對(duì)誤差;TM為溫度量程。

1.2 電力信息精度要求

電力信息的精度要求主要分為站內(nèi)精度要求和遠(yuǎn)方精度要求，站內(nèi)精度要求主要針對(duì)站內(nèi)各自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備的測(cè)量精度，如測(cè)控裝置、站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)等，測(cè)量精度要求較高，其中有功功率和無(wú)功功率的引用誤差要求不大于0.5%，電流和電壓的引用誤差要求不大于0.2%，頻率的引用誤差要求不大于0.01 Hz，溫度的引用誤差要求不大于0.5%。遠(yuǎn)方精度要求指各連接主站針對(duì)本站測(cè)量值的精度要求。根據(jù)電力系統(tǒng)各項(xiàng)規(guī)定的要求，遠(yuǎn)方遙測(cè)精度要求相對(duì)較低，但引用誤差也要求不大于 1%［4－6］。

1.3 電力信息采集與處理過(guò)程

電力信息的采集與處理過(guò)程包括4個(gè)階段。一是通過(guò)電流互感器 (TA)和電壓互感器 (TV)分別采集電流和電壓，將強(qiáng)電轉(zhuǎn)化為弱電或光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)一級(jí)隔離，便于信息采集單元的采集與處理。二是進(jìn)行信息轉(zhuǎn)換，將采集的弱電信號(hào) (0～1 V)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字信號(hào)，將光信號(hào)通過(guò)合并單元，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào);三是經(jīng)過(guò)測(cè)控單元的換算形成電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等一二次值;四是通過(guò)測(cè)控裝置液晶、本地監(jiān)控系統(tǒng)或遠(yuǎn)方主站進(jìn)行顯示。電力信息采集和處理過(guò)程如圖3所示［2、7］。

圖3 電力信息采集和處理過(guò)程圖

1.4 死區(qū)與零漂原理

死區(qū)和零漂被大量的應(yīng)用于各種信息采集和傳輸中。死區(qū)即被屏蔽的區(qū)域，當(dāng)信息值進(jìn)入事先約定的范圍時(shí)，監(jiān)視者認(rèn)為其不變或者不去關(guān)心。零漂是指被測(cè)量實(shí)際值為零時(shí)展示值的大小。在電力信息采集和傳輸中死區(qū)的應(yīng)用較為廣泛，最為典型的是信息變化死區(qū)、信息越限死區(qū)和零漂死區(qū)。信息變化死區(qū)最為常用，先設(shè)定變化死區(qū)值x，當(dāng)t時(shí)測(cè)量，被測(cè)值為X，下一次t+Δt時(shí)測(cè)量，被測(cè)值為X+ΔX。如果|ΔX|≤x，那么被測(cè)量的展示值和傳輸值都為X不變，或者不進(jìn)行刷新和傳輸。信息越限死區(qū)較為復(fù)雜，此死區(qū)是為解決越限頻繁報(bào)警而設(shè)定，當(dāng)測(cè)量值在臨界附近波動(dòng)運(yùn)行時(shí)，測(cè)量值會(huì)頻繁的越限和恢復(fù)，所以設(shè)定了越限死區(qū)值x，測(cè)量限值Xm，當(dāng)測(cè)量值X≥Xm時(shí)，報(bào)測(cè)量值越上限，只有當(dāng)測(cè)量值恢復(fù)到X≤Xm－x時(shí)，才報(bào)測(cè)量值越限恢復(fù)。零漂死區(qū)是所有測(cè)量裝置必須設(shè)置，當(dāng)測(cè)量真值為零時(shí)，要求展示的測(cè)量值也為零，屏蔽干擾和誤差。設(shè)定一個(gè)死區(qū)值x，當(dāng)測(cè)量值X，－ |x| ≤X≤ |x| 時(shí)，測(cè)量值都為零［5、8、9］。

2 原因分析

目前，各廠家根據(jù)電力信息測(cè)量誤差的要求設(shè)計(jì)生產(chǎn)測(cè)控裝置，將電流和電壓的零漂門(mén)檻值設(shè)為0.2%，有功功率和無(wú)功功率的零漂門(mén)檻值設(shè)為0.5%。針對(duì)紅沿河500 kV核電站送電時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，本文從線路兩側(cè)廠站進(jìn)行深入分析。

2.1 紅沿河500 kV核電站

紅沿河500 kV核電站紅瓦一線、紅瓦二線、紅瓦三線、1號(hào)主一次的電流互感器變比都為3 000∶1。

a． 4個(gè)間隔一次有功功率和無(wú)功功率最大值

式中:Pm為有功功率一次最大值;Qm為無(wú)功功率一次最大值;U為額定電壓;Im為電流最大值。b． 4個(gè)間隔一次電流設(shè)定的零漂門(mén)檻值Ix=0.2% ×Im=0.2% ×3 000=6 A

式中:Ix為設(shè)定的電流一次零漂門(mén)檻值;Im為電流最大值。

c． 4個(gè)間隔一次有功功率和無(wú)功功率設(shè)定的門(mén)檻值

Px=0.5% ×Pm=0.5% ×2 598=12.99 MW

Qx=0.5% ×Qm=0.5% ×2 598=12.99 MW

式中:Px為設(shè)定的有功功率一次零漂門(mén)檻值;Pm為有功功率一次最大值;Qx為設(shè)定的無(wú)功功率一次零漂門(mén)檻值;Qm為無(wú)功功率一次最大值。

當(dāng)電流小于6 A、有功功率或無(wú)功功率小于12.99 MW時(shí)，裝置采集結(jié)果都為零。紅沿河500 kV核電站停機(jī)反送時(shí)，所需負(fù)荷34 MW，1號(hào)主一次的有功功率34 MW，遠(yuǎn)大于12.99 MW，因此測(cè)控裝置正常采集并傳送，顯示為34 MW。紅瓦一線、紅瓦二線、紅瓦三線有功功率基本相同，約為12 MW，小于12.99 MW，因此裝置采集結(jié)果為零。

2.2 瓦房店500 kV變電站

電壓互感器變比為5000∶1，瓦房店500 kV變電站紅瓦一線、紅瓦二線、紅瓦三線的電流互感器變比為4 000∶1。

a． 3條線路有功功率和無(wú)功功率最大值

b． 3條線路一次電流設(shè)定的零漂門(mén)檻值

Ix=0.2% ×Im=0.2% ×4 000=8 A

c． 3條線路一次有功功率和無(wú)功功率設(shè)定的門(mén)檻值

Px=0.5% ×Pm=0.5% ×3 464=17.32 MW

Qx=0.5% ×Qm=0.5% ×3 464=17.32 MW

瓦房店500 kV變電站3條線路，電流小于8 A、有功功率和無(wú)功功率小于17.32 MW時(shí)，裝置采集結(jié)果都為零。紅沿河500 kV核電站停機(jī)反送時(shí)，所需負(fù)荷34 MW，每條線路約12 MW，小于17.32 MW，裝置采集結(jié)果為零。但因存在一定的無(wú)功功率，所以電流值大于8 A，能正常采集。

3 解決方案

通過(guò)分析，問(wèn)題根源分別是電流互感器變比過(guò)大和零漂門(mén)檻值設(shè)置過(guò)大，解決方案主要從降低零漂門(mén)檻值、減少信息干擾、雙電流互感器接入和降低電流互感器變比四方面入手。

3.1 降低零漂門(mén)檻值

隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，信息采集裝置廠家較多、類(lèi)型多樣，同時(shí)信息采集精度較高，甚至都已超過(guò)0.05%，但不管是哪個(gè)廠家的設(shè)備，在低負(fù)荷狀況下都存在一樣的問(wèn)題，為限制零漂，依照引用誤差要求設(shè)置了過(guò)大的門(mén)檻值，電流和電壓0.2%，有功功率和無(wú)功功率0.5%，實(shí)際通過(guò)二次采樣值進(jìn)行設(shè)置，電流1～2 mA，有功功率和無(wú)功功率設(shè)成0.18～0.35 W，這樣的設(shè)置極其不合理，直接導(dǎo)致低負(fù)荷較大誤差。因此在信息采集裝置的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)降低零漂門(mén)檻值設(shè)置。針對(duì)變比為4 000∶1的電流互感器，電流一次值1 A對(duì)應(yīng)的二次值為0.25 mA，可以將門(mén)檻值設(shè)置成0.25 mA，保證電流一次值1 A以上能正確采集。有功功率和無(wú)功功率的采集是通過(guò)電壓電流計(jì)算得到，而電壓都在核定狀況下運(yùn)行，無(wú)須考慮電壓門(mén)檻值，只考慮電流，最小能采集的有功功率和無(wú)功功率二次值為0.017 32 W，換算成一次值為0.086 6 MW，若要求1 MW以上能正確顯示，可以設(shè)置成0.1W。針對(duì)上面的設(shè)置，現(xiàn)有設(shè)備完全能夠滿足要求［6、10］。

3.2 減少信息干擾

干擾形成的原因主要包括3個(gè)方面。一是空間干擾，即通過(guò)電磁波輻射進(jìn)入系統(tǒng);二是過(guò)程通道干擾，干擾通過(guò)與計(jì)算機(jī)相連接的前向通道、后向通道及與其他主機(jī)的相互通道進(jìn)入;三是供電系統(tǒng)干擾。一般情況下空間干擾在強(qiáng)度上遠(yuǎn)小于其他兩種渠道串入的干擾，而且空間干擾可用良好的屏蔽、正確的接地與高頻濾波加以解決。故應(yīng)重點(diǎn)防止的干擾是電源系統(tǒng)與過(guò)程通道的干擾。針對(duì)這3個(gè)方面干擾，通過(guò)外部和內(nèi)部措施進(jìn)行解決［11－12］。

3.2.1 外部抗干擾措施

外部抗干擾措施主要有3個(gè)方面。一是在機(jī)箱電源線入口處安裝濾波器或UPS防止電源干擾;二是交流量均經(jīng)小型中間電壓互感器、電流互感器隔離，模擬量、開(kāi)關(guān)量的輸入采用光電隔離;三是各設(shè)備機(jī)殼用鐵質(zhì)材料，必要時(shí)采用雙層屏蔽，對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽。

3.2.2 內(nèi)部抗干擾措施

內(nèi)部抗干擾措施主要是通過(guò)軟件程序和糾錯(cuò)方法去控制，主要體現(xiàn)在對(duì)輸入采樣值進(jìn)行糾錯(cuò)、對(duì)軟件運(yùn)算過(guò)程量的核對(duì)、對(duì)軟件程序出軌的自恢復(fù)等，其中糾錯(cuò)方法有奇偶校驗(yàn)、循環(huán)冗余校驗(yàn)和海明校驗(yàn)較為常用［2、7、12］。

3.3 雙電流互感器接入

通過(guò)對(duì)此問(wèn)題的分析，發(fā)現(xiàn)超高壓間隔測(cè)量裝置只在低負(fù)荷時(shí)存在問(wèn)題，因此可為低負(fù)荷新裝1臺(tái)電流互感器。如圖4所示，橫坐標(biāo)I表示電流互感器一次值，縱坐標(biāo)i表示電流互感器二次值，新裝的電流互感器屬性如TA1曲線所示，原電流互感器屬性如TA2曲線所示，新電流互感器變比較小，如100∶1、50∶1，原電流互感器變比較大，如4 000∶1、3 000∶1。低負(fù)荷狀況下，新電流互感器的精度遠(yuǎn)高于原電流互感器，但當(dāng)一次電流超過(guò)一定值時(shí)，新電流互感器飽和，失去線性，而原電流互感器仍保持良好的線性。測(cè)控裝置同時(shí)接入兩臺(tái)電流互感器，設(shè)置一定值進(jìn)行切換，當(dāng)一次電流低于設(shè)定值 (新電流互感器飽和前的某個(gè)值)時(shí)，采集新電流互感器，當(dāng)大于設(shè)定值時(shí)，采集原電流互感器。若新電流互感器變比為100∶1，電流門(mén)檻值為0.2%，那么最小能測(cè)量到的電流值為Ix=0.2%×100=0.2 A，依據(jù)最小電流值計(jì)算有功功率和無(wú)功功率最小值×500×0.2=173.2 kW=0.173 2 MW，這樣就可以解決此問(wèn)題［13］。

圖4 新老電流互感器屬性對(duì)比

3.4 降低電流互感器變比

現(xiàn)高壓間隔采用的電流互感器變比過(guò)大，常為4 000∶1、3 000∶1，最小也是2 000∶1，若將電流互感器變比變成4 000∶5、3 000∶5 或2 000∶5，能起到提升精度的目的。假設(shè)電流互感器變比從4 000∶1變成4 000∶5。二次值對(duì)應(yīng)的一次值減小5倍，零漂門(mén)檻值為二次值，此值對(duì)應(yīng)的一次值降低5倍，從而實(shí)現(xiàn)更小一次值的測(cè)量，從而解決低負(fù)荷測(cè)量問(wèn)題［14］。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)研究，剖析了問(wèn)題存在的根源，發(fā)現(xiàn)此問(wèn)題存在面較廣，同時(shí)依據(jù)問(wèn)題原因，提出了4個(gè)解決方案，以供設(shè)計(jì)、建設(shè)、研究等專(zhuān)業(yè)人員參考。妥善解決此問(wèn)題，對(duì)提升電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行與管理能力，具有較大的意義。

［1］ 殷永峰，王軼辰，劉 斌，等．實(shí)時(shí)嵌入式軟件測(cè)試腳本技術(shù)研究［J］．計(jì)算機(jī)工程，2003，29(1):118－119．

［2］ 劉清瑞，張 強(qiáng)．IEC61970中應(yīng)用的幾項(xiàng)主要軟件技術(shù)［J］．電力自動(dòng)化設(shè)備，2006，26(6):89－92．

［3］ 馮 源，夏 立．廣域監(jiān)控系統(tǒng)研究的新進(jìn)展 ［J］．電力自動(dòng)化設(shè)備，2007，27(3):107－111．

［4］ 閻常友，李兆成．分布式向量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)單元測(cè)試軟件的開(kāi)發(fā)［J］．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28(19):53－55．

［5］ 高春雷，尹燕敏．分布式實(shí)時(shí)庫(kù)的一致性實(shí)現(xiàn) ［J］．電力自動(dòng)化設(shè)備，2005，25(4):83－85．

［6］ 劉靜芳，陳赤培，樊江濤．電力系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)中信息安全防護(hù)體系研究 ［J］．電力自動(dòng)化設(shè)備，2005，25(2):83－85．

［7］ 李 娟，焦邵華，肖仕武，等．異地多端電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)閉環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)［J］．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31(10):97－100．

［8］ 李剛毅，金蓓弘．自動(dòng)化回歸測(cè)試的技術(shù)和實(shí)現(xiàn) ［J］．計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2006(2):186－189．

［9］ 吳安怡，吳 際，陳金剛，等．模型驅(qū)動(dòng)的分布式測(cè)試執(zhí)行自動(dòng)化研究與實(shí)現(xiàn)［J］．計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2004，43(10);101－104．

［10］ 高鳴燕，陸 文．電網(wǎng)SCADA/EMS/DMS平臺(tái)建設(shè)技術(shù)［J］．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1999，23(14):41－44．

［11］ Tholomier D，Bardou T．Opto electronic Sensor New Concept for Analog Measurement in Electrical Substation．South Africa Power System Protection Conference，2002．

［12］ Lars Anderson etc．Substation automation based on IEC61850 with new process close technology IEEE Power Tech conference，Bologna，Italy 2003．

［13］ H．Z．Li，Z．Gong，W．Lin，T．Y．Jiang and X．Q．Chen．Dsp-based motion control of a non commutated dc linear motormodule．International journal of software engineering and knowledge engineering;Vol．15，No．2(2005)313 －318．

［14］ A．K．Verma and V．Vijay Venu．Adequacy based power system reliability studies in the deregulated environment．International journal of reliability，Quality and safety engineering;Vol．15，No．2(2008)129 －141．