田愛惠 / 內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責任公司

發(fā)電機組同步相量測量裝置調(diào)試研究

田愛惠 / 內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責任公司

為進一步加強電力系統(tǒng)調(diào)度中心對電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定監(jiān)測和分析能力，應在重要的變電站和發(fā)電廠安裝同步相量測量裝置，構建電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，并通過調(diào)度中心主站實現(xiàn)對電力系統(tǒng)動態(tài)過程的監(jiān)測和分析。在此系統(tǒng)現(xiàn)場安裝調(diào)試的過程中，與廠方人員共同發(fā)現(xiàn)并解決了一些關鍵技術問題，因此，希望在這里發(fā)表出來，供使用同類系統(tǒng)的其他電廠參考和借鑒。

對時；通道；報警

隨著國內(nèi)電力系統(tǒng)的發(fā)展，大區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)是發(fā)展的趨勢。運行穩(wěn)定性的破壞是對電網(wǎng)互聯(lián)運行安全的最大威脅。電網(wǎng)的穩(wěn)定性分為三種：頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和功角穩(wěn)定。電網(wǎng)同步相量測量系統(tǒng)的廣泛應用解決以上問題。同步相量測量的電力系統(tǒng)網(wǎng)格可以測量電壓的相位，關鍵點的相電流，發(fā)電機功角同步相量數(shù)據(jù)，通過通信網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)到一個監(jiān)測站，根據(jù)相位和振幅的不同點監(jiān)控主站，在受到系統(tǒng)擾動時確定系統(tǒng)怎樣解列、切機及切負荷,避免事故的進一步擴大甚至瓦解。

1.機組對同步相量測量裝置的要求和設計方案

托克托發(fā)電有限責任公司（以下簡稱托電）是華北電網(wǎng)的骨干電廠，為適應京津唐地區(qū)電力負荷的增長需求，新擴建兩臺660MW超超臨界空冷發(fā)電機組，作為全國裝機容量最大的電廠，托電對京津唐電網(wǎng)的穩(wěn)定起著至關重要的作用。因此，需要安裝一種可靠性高，通用性強，集成度高，數(shù)據(jù)符合系統(tǒng)規(guī)范的同步相量測量系統(tǒng)（PMU）來為電網(wǎng)調(diào)度提供數(shù)據(jù)支持。在五期工程中托電選用了南瑞繼保集團生產(chǎn)的PCS-996同步相量測量系統(tǒng)。PCS-996系列同步相量測量系統(tǒng)主要用于電力系統(tǒng)同步相量測量和輸出以及動態(tài)過程的記錄。PCS-996系列同步相量測量系統(tǒng)由同步相量采集單元（PMU）和數(shù)據(jù)集中器組成。PMU的核心特征包括基于標準時鐘信號的同步相量測量、失去標準時鐘信號的守時能力、PMU與PDC或主站之間的實時通信。PDC用于將多個PMU的信息進行匯集，集中向主站上送，并可能具有本地存儲相量數(shù)據(jù)的輔助功能。PMU、PDC與WAMS主站之間的通信應遵循標準通信協(xié)議IEEE C37.118-2005。

2.PCS-996 同步相量測量系統(tǒng)介紹

PCS-996 同步相量測量系統(tǒng)主要由以下設備組成：PCS－996B：用于發(fā)電廠機組的同步相量測量，可采集和記錄發(fā)電機內(nèi)電勢、功角和機端電壓、電流等電氣量相量以及開關量，同時還可以采集和記錄勵磁電壓、電流、轉(zhuǎn)速、調(diào)頻等 4～20mA 的信號量；PCS－996B 可接入2臺機組和2個交流間隔。PCS－996G：數(shù)據(jù)集中器以光纖直連方式接收來自站內(nèi) PCS－996B 的同步相量數(shù)據(jù)，并進行本地存儲，與 WAMS 主站或監(jiān)控系統(tǒng)通信，實時上送同步相量數(shù)。PCS-996G 提供至少 4 個獨立網(wǎng)絡接口，可實現(xiàn)同時對 8 個以上的主站通信，通過擴展通信插件可實現(xiàn)對多個主站通信的要求。

3.PCS-996系統(tǒng)的結(jié)構與安裝

PCS-996系統(tǒng)的結(jié)構組成1）相量計算功能：1.計算相量的幅值和相角，例如：Ua,Ub,Uc,Ia,Ib,Ic,Eq2.計算模擬量，例如：P，Q，f，df/dt3.監(jiān)視開關量，例如：保護動作信號，PSS 動作信號具體包括：發(fā)電機內(nèi)電勢、功角、定子電壓、定子電流、勵磁電壓、勵磁電流和轉(zhuǎn)速信號，接入送出線路的電壓、電流量，并接入必要的開關量。實時通信功能：通過 C37.118 規(guī)約向 PDC 或主站實時傳輸相量數(shù)據(jù),暫態(tài)錄波功能：當有電氣量或開關量觸發(fā)時，可觸發(fā)暫態(tài)錄波，遵循 COMTRADE1999 標2）數(shù)據(jù)集中器采用基于 UAPC平臺的設計，與 PCS 系列保護裝置具有同樣的可靠性，區(qū)別于其它依賴工控機的方案，它有著更高的可靠性和更靈活的配置，可連接至少 1～8 個 PMU 采集單元以及至少 8 個以上的主站，同時具有 128G 以上的大容量存儲設備。3）采集單元與數(shù)據(jù)集中器之間，PMU 實時數(shù)據(jù)傳輸采用光纖直連，與動態(tài)數(shù)據(jù)、暫態(tài)數(shù)據(jù)、事件報文等其它離線數(shù)據(jù)通信徹底分離，充分保證了 PMU 較高的實時性要求。 GPS 對時采用高精度的 IRIG-B 碼，可支持光纖接口和 RS-485 接口兩種方式。具有靈活的通訊方式，配有 4 個以上獨立的百兆以太網(wǎng)接口和 RS-485 通信接口，以太網(wǎng)口有光纖接口和電口兩種模式。設備的現(xiàn)場布置和安裝：PCS－996B數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)安裝在新建9/10號機組13.7米電子間內(nèi)，每臺機組安裝一套數(shù)據(jù)采集裝置及配套的數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)，并由機組時鐘同步信號箱提供系統(tǒng)所需同步信號時鐘。PCS－996G數(shù)據(jù)集中器系統(tǒng)安裝于500KV升壓站1號網(wǎng)控樓電子間內(nèi)，兩臺機組共用一面數(shù)據(jù)屏。并由網(wǎng)控系統(tǒng)提供GPS或北斗同步時鐘信號。系統(tǒng)的工作電源由相應的機組和網(wǎng)控樓直流電源提供，設備的布置充分考慮了工作環(huán)境穩(wěn)定性、電磁環(huán)境兼容性以及設備的可維修性。機組與網(wǎng)控之間數(shù)據(jù)由多模光纜傳輸。

4.設備的調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題和解決方案

設備安裝完成后，進入調(diào)試階段。在此期間，在PCS－996B端進行了各種開關量的模擬傳動實驗，通過各種模擬向量的測試信號，驗證了PCS－996B的數(shù)據(jù)采集功能基本正常。在和網(wǎng)控樓內(nèi)的PCS－996G數(shù)據(jù)集中器系統(tǒng)進行通訊實驗時，發(fā)現(xiàn)了兩個問題：1、PCS－996G數(shù)據(jù)集中器接收PCS－996B數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)信號不能鎖定，信號存在著較大的數(shù)據(jù)抖動率(jitter)，丟包率(drop)偏高。我通過多年從事通訊工作的經(jīng)驗，判斷光信號衰減過大，接收端光信號電平不足，我們采取了清潔光纜尾纖端面，重新插拔光接收模塊的方法，問題始終未能消除。最后根據(jù)筆者的建議，更換了另一對備用光纖，故障果然消失了，判斷是光纜中間接頭熔接不良造成信號衰減偏大，由于PCS－996系統(tǒng)對信號質(zhì)量要求較高，造成接收端信號強度不能滿足系統(tǒng)要求。2、PMU 裝置(PCS-996A/B/G)均需要對時，對時方式固定是IRIG-B 碼。 裝置的對時接口為RS-485方式；當采用光纖B碼方式時，需采用RCS-9884 光電轉(zhuǎn)換設備轉(zhuǎn)成RS-485 信號。進入裝置的B 碼應該是負極性，即用萬用表的直流電壓檔測量顯示負值（但其實是上升沿有效）。若極性不正確，可通過跳線選擇常有光、常無光方式進行切換。系統(tǒng)聯(lián)調(diào)開始后，開始數(shù)據(jù)傳輸正常，但每到整點就會發(fā)出時鐘同步報警，對于這個故障，廠家也覺得奇怪，因為各項指標數(shù)據(jù)均未顯示異常，但報警始終不能消除。經(jīng)過多次試驗，發(fā)現(xiàn)將時鐘同步信號切換到北斗系統(tǒng)后，故障消失。經(jīng)與廠方技術人員共同分析原因是PCS－996系統(tǒng)每小時會與系統(tǒng)各部分進行一次時鐘信號對齊。因本系統(tǒng)對時種信號誤差要求較高，GPS時鐘系統(tǒng)精度受接收系統(tǒng)影響，在一定時間段內(nèi)出現(xiàn)累計誤差，當整點與系統(tǒng)同步時，出現(xiàn)較大偏差觸發(fā)報警。RCS-9785GPS 時鐘可輸出多種對時信號（IRIG-B（DC）、PPS、PPM、對時報文），提供多種接口方式（光纖、RS-485、RS-232、空接點）。RCS-9785 GPS 時鐘的 IRIG-B（DC）、PPS及 PPM 精度 ≤1us，脈沖前沿時間 ≤50ns，內(nèi)部的時鐘準確度優(yōu)于 7×10-8。RCS-9785 有 C 和 D 兩種型號，RCS-9785C 型和 D型裝置在功能配置上有所不同，其中：RCS-9785C 內(nèi)部集成了一個 GPS 模塊，使用兩套裝置作為兩個獨立的時鐘源，可以實現(xiàn)“雙機雙網(wǎng)”運行，主備自動切換。RCS-9785D 內(nèi)部集成了兩個 GPS模塊，用一套裝置即可實現(xiàn)“雙機雙網(wǎng)”運行，兩個 GPS 模塊作為兩個獨立的時鐘源，主備自動切換，適合組屏要求緊湊的情況。而北斗系統(tǒng)信號精度更高，累計誤差小，從而解決了這一問題。因此，在系統(tǒng)設計時，要把這些附屬配套設備也作為系統(tǒng)的一部分通盤考慮，從而提高設備的整體可靠性和運行穩(wěn)定性。

作為華北電網(wǎng)的骨干電廠，托電五期兩臺660MW發(fā)電機組的投產(chǎn)無疑為華北電網(wǎng)的穩(wěn)定增添了一份保障。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定已是越來越突出問題。以PMU為基本單元的廣域測量系統(tǒng)可以實時地反映全系統(tǒng)動態(tài)，是構筑電力系統(tǒng)安全防衛(wèi)系統(tǒng)的基礎。通過對PCS-996同步相量測量系統(tǒng)的安裝調(diào)試過程中的問題的發(fā)現(xiàn)和解決，為機組投產(chǎn)以后的穩(wěn)定運行和科學調(diào)度打下了堅實的基礎。使新機組可以更穩(wěn)定，更經(jīng)濟也更安全的為電網(wǎng)貢獻力量。

[1]《基于 S GPS 時鐘的電網(wǎng)同步相量測量系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)》朱發(fā)蘭 2014.10

[2]《PCS-996同步相量測量系統(tǒng)說明書》南京南瑞繼保電氣有限公司 版本：1.02