李 惠徐小川于學(xué)偉/.包頭第一熱電廠.哈爾濱友盛科技有限公司

勵(lì)磁涌流引起發(fā)電機(jī)功率變送器測(cè)量誤差的原因分析及改進(jìn)措施

李 惠1徐小川2于學(xué)偉1/1.包頭第一熱電廠2.哈爾濱友盛科技有限公司

隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度的提高，發(fā)電廠自動(dòng)化設(shè)備得到廣泛應(yīng)用。發(fā)電機(jī)功率作為其中的一個(gè)重要參數(shù)，其可靠性、穩(wěn)定性不但直接影響自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行，而且對(duì)發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行也產(chǎn)生著十分重要的影響。本文闡述了關(guān)于主變壓器投運(yùn)時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流及和應(yīng)涌流對(duì)發(fā)電機(jī)功率測(cè)量的影響及改進(jìn)方法。從而使變送器在發(fā)生勵(lì)磁涌流影響時(shí)能更加準(zhǔn)確地測(cè)量出發(fā)電機(jī)功率變化。

發(fā)電機(jī)；勵(lì)磁涌流；和應(yīng)涌流；功率變送器

引言

功率變送器作為發(fā)電機(jī)組的重要測(cè)量元件之一，其測(cè)量準(zhǔn)確性、抗擾動(dòng)能力及可靠性直接關(guān)系到發(fā)電機(jī)組能否穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于大容量機(jī)組如600MW以上的發(fā)電機(jī)組，其DEH系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)、控制是根據(jù)發(fā)電機(jī)出口的功率測(cè)量值和給定的指令值來進(jìn)行邏輯判斷，從而對(duì)水、煤、風(fēng)、汽的入口量進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)。當(dāng)發(fā)電機(jī)出口的有功功率值發(fā)生大的非正常的波動(dòng)時(shí)，可直接導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的出力發(fā)生大的變化，甚至打閘，DCS系統(tǒng)退出CCS控制模式，AGC、AVC系統(tǒng)退出自動(dòng)模式等等。

1.勵(lì)磁涌流形成的原因及危害[2]

變壓器勵(lì)磁涌流是指變壓器全電壓充電或零起升壓時(shí)，在其繞組中產(chǎn)生的暫態(tài)電流。產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的原因是：變壓器投入前鐵芯中的剩余磁通與變壓器投入時(shí)工作電壓產(chǎn)生的磁通方向相同時(shí)，其總磁通量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鐵芯的飽和磁通量，因此產(chǎn)生較大的涌流，其中最大峰值可達(dá)到變壓器額定電流的6～8倍。勵(lì)磁涌流將在差動(dòng)回路中引起很大的不平衡電流，可能導(dǎo)致保護(hù)的誤動(dòng)作。通過對(duì)勵(lì)磁涌流波形的分析，其有以下特點(diǎn)：含有很大的非周期分量，使曲線偏向時(shí)間軸的一側(cè)；含有大量的高次諧波，其中二次諧波所占比重最大。勵(lì)磁涌流的危害性包括：(1)誘發(fā)鄰近正在運(yùn)行機(jī)組的主變產(chǎn)生和應(yīng)涌流而誤跳閘，造成大面積停電；(2)引起合閘變壓器的繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)，使變壓器的投運(yùn)失??；(3)造成系統(tǒng)電壓驟升或驟降，影響其它電氣設(shè)備正常工作；(4)勵(lì)磁涌流中的非周期分量可能導(dǎo)致測(cè)量和保護(hù)CT磁路被過度磁化，降低測(cè)量精度和繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作率。

2010年5月21日，中海福建燃機(jī)#3機(jī)組(395MW)跳閘，原因是#4主變?nèi)妷簺_擊合閘時(shí)致#3發(fā)電機(jī)功率變送器輸出發(fā)生畸變。2011年12月24日國(guó)華徐州#2機(jī)組（1000MW）跳閘，原因是#1機(jī)并網(wǎng)瞬間，導(dǎo)致#2發(fā)電機(jī)功率變送器輸出發(fā)生畸變。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[3]。

2．勵(lì)磁涌流對(duì)功率變送器測(cè)量的影響

2.1功率變送器測(cè)量原理

功率變送器基本都采用時(shí)分割乘法器測(cè)量原理，時(shí)分割乘法器的特點(diǎn)是：測(cè)量頻率較低，線性度，一般用于測(cè)量精度要求較高的場(chǎng)合。功率變送器的工作原理如圖（1）所示，可見時(shí)分割乘法器在整個(gè)變送器測(cè)量過程中起到至關(guān)重要的作用。時(shí)分割乘法器的工作原理是：一個(gè)對(duì)被測(cè)量進(jìn)行調(diào)寬和調(diào)幅的工作過程，圖（2）是時(shí)分割乘法器的工作原理框圖，圖中運(yùn)算放大器A和電容C1組成積分器，對(duì)R1和R2輸入的電流做求和積分，VR+和VR-是兩個(gè)基準(zhǔn)電壓，開關(guān)S是受比較器控制而同時(shí)動(dòng)作的模擬開關(guān)，積分器輸出的電壓和三角波發(fā)生器產(chǎn)生的三角波電壓經(jīng)過比較器比較，當(dāng)積分器輸出電壓大于三角波的電壓時(shí)，開關(guān)S接VR+，反之接VR-，乘法器輸出的E0得到的幅值為±EY的方波經(jīng)低通濾波后的直流成分。

圖1 功率變送器工作原理框圖

圖2 時(shí)分割乘法器工作原理框圖

2.2 涌流引起的測(cè)量誤差

2.2.1 高次諧波引起的誤差。

在基波條件下有h=1,則對(duì)第k份分割時(shí)有：

則在2π周期內(nèi)功率的平均值可表示為：

同理可得在相同調(diào)制頻率F下h次諧波的平均功率為：

其中h為高次諧波次數(shù)，Uh、Ih分別為h次諧波時(shí)電壓、電流的有效值，hφ電壓與電流之間的相位角。如果令：

由式（5）可以看出Kh僅與諧波次數(shù)和調(diào)制頻率有關(guān)，則式（4）可改寫為：

式（6）中Phs為h次諧波功率的理論值，由此可得時(shí)分割乘法器在h次諧波時(shí)計(jì)量誤差的表達(dá)式為：

則基波中疊加多次諧波時(shí)，功率變送器的計(jì)量誤差為：

2.2.2非周期分量的影響

假定被輸入的電壓或電流信號(hào)為如下形式。

式（9）中I0和τ分別為衰減的非周期直流分量的幅值和時(shí)間常數(shù)， Ih、φh為h次諧波分量幅值和初相角，ω為基波信號(hào)的角頻率。

由式（9）可以看出直流分量I0可使電壓或電流曲線偏向時(shí)間軸的一側(cè)，從而導(dǎo)致功率測(cè)量值偏離標(biāo)準(zhǔn)值[1][2]。

3．改進(jìn)措施

從以上的分析看，發(fā)生涌流時(shí)產(chǎn)生的諧波功率及非周期分量產(chǎn)生的功率突變并非發(fā)電機(jī)發(fā)出的真實(shí)功率，因此傳統(tǒng)的模擬乘法器構(gòu)成的功率變送器在發(fā)生勵(lì)磁涌流或和應(yīng)涌流時(shí)已經(jīng)無法準(zhǔn)確、真實(shí)地測(cè)量出發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出的功率值。在這種情況下，采用CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的數(shù)字智能型功率變送器就展示出其強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)了。由此我們?cè)O(shè)計(jì)出了一款新的數(shù)字智能型功率變送器RGHD-103，其測(cè)量原理如圖3所示，內(nèi)置高速A/D轉(zhuǎn)換器及高性能的CPU。變送器對(duì)電壓或電流每個(gè)周波進(jìn)行高速采樣，采用點(diǎn)數(shù)為128點(diǎn)，數(shù)字濾波方式，去除高次諧波及非周期分量的影響，計(jì)算出當(dāng)前的基波功率值，通過與穩(wěn)態(tài)時(shí)的功率測(cè)量值對(duì)比，CPU可判斷出當(dāng)前系統(tǒng)是否發(fā)生涌流現(xiàn)象，并根據(jù)該機(jī)組DEH的調(diào)節(jié)特性，采取相應(yīng)的措施，從而使變送器的輸出更加穩(wěn)定，降低受外界信號(hào)突變的干擾影響[4]。

圖3 智能型功率變送器測(cè)量原理

4．結(jié)論

本文通過對(duì)勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的條件、勵(lì)磁涌流的分量組成、時(shí)分割乘法器的測(cè)量原理及產(chǎn)生涌流時(shí)諧波分量、非周期分量對(duì)功率變送器測(cè)量精度的影響進(jìn)行分析，得出了發(fā)生涌流時(shí)機(jī)組功率測(cè)量不準(zhǔn)確的原因，并給出了相應(yīng)的解決方案。RGHD-103型智能功率變送器響應(yīng)速度快、工作穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)，既具備常規(guī)功率變送器的高精度又能濾除勵(lì)磁涌流或和應(yīng)涌流所產(chǎn)生的暫態(tài)負(fù)荷波動(dòng)，從而提高了DEH協(xié)調(diào)系統(tǒng)的的可靠性及穩(wěn)定性。

[1]羅勇，王奕等. 和應(yīng)涌流引起發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因分析及其改進(jìn)措施[J]. 廣東電力，2011, (4): 42-45.

[2]方剛，高仕斌，林國(guó)松，杜晟等. 一種提高消除衰減周期分量響應(yīng)速度的交流采樣數(shù)據(jù)修正方法[J]. 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與控制 , 2009, (20):61-64.

[3]陳剛，徐國(guó)明等. 基于涌流影響功率變送器引起的機(jī)組震蕩研究[J]. 電氣技術(shù)，2015, (10):68-71.

[4]Joseph Yiu，宋巖 譯，ARM Corrtecx-M3權(quán)威指南[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2009.7

[5]王永虹，徐煒，郝立平.ARM Cortex-M3微控制器原理與實(shí)踐[M].北京:航空航天大學(xué)出版社,2008.7.

李惠（1976-），女（漢族），本科，工程師，從事電力系統(tǒng)工程及其自動(dòng)化方面的研究。