江 蓉

（福建華電可門發(fā)電有限公司，福建 福州 350500）

隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度的提高，發(fā)電廠分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）、汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（Digital Electric Hydraulic Control System，DEH）、AVC（Automatic Voltage Control）、自動(dòng)發(fā)電控制（Automatic Gain Control，AGC）、協(xié)調(diào)控制等自動(dòng)化設(shè)備得到廣泛應(yīng)用。發(fā)電機(jī)功率（含有功、無(wú)功功率）作為其中的一個(gè)重要參數(shù)，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)組的安全運(yùn)行具有十分重要的影響。2013年6月1日，樂(lè)清電廠一回出線因雷擊接地故障導(dǎo)致2臺(tái)機(jī)組誤切機(jī)，浙江省的調(diào)查結(jié)論為電網(wǎng)故障時(shí)機(jī)組功率變送器輸出值發(fā)生畸變是導(dǎo)致機(jī)組誤切的根本原因[1-2]?？砷T公司在2014年以來(lái)也發(fā)生過(guò)多起因系統(tǒng)沖擊導(dǎo)致機(jī)組協(xié)調(diào)控制功能混亂事件。本文謹(jǐn)結(jié)合相關(guān)事件調(diào)查處理過(guò)程分析功率變送器輸出畸變的原因，并提出相關(guān)預(yù)防控制措施。

1 事件簡(jiǎn)介

可門公司共4臺(tái)上海電氣600 MW汽輪發(fā)電機(jī)，采用3/2主接線，經(jīng)500 kV同桿雙回線路接入福州北500 kV站，如圖1所示。

圖1 福建省500kV網(wǎng)架主接線圖

各機(jī)組在系統(tǒng)沖擊過(guò)程中的功率變化情況如表1所示。

表1 各機(jī)組在系統(tǒng)沖擊過(guò)程中的功率變化情況

2014-2-27 03:39:03 500 kV水笠線B相故障重合不成功跳閘，可門公司受到系統(tǒng)沖擊導(dǎo)致：#1機(jī)組（410 MW）-112 MW觸發(fā)機(jī)組RB、#2機(jī)組+113 MW、#3機(jī)組-32 MW、#4機(jī)組-38 MW。

2014-3-15 19:47:12 500 kV笠福線跳閘B相故障重合不成功跳閘，可門公司受到系統(tǒng)沖擊導(dǎo)致：#1機(jī)組+69 MW、#2機(jī)組-13.8 MW、#3機(jī)組+7 MW、#4機(jī)組±37 MW。

2014-3-19 18:53:57 500 kV川寧線跳閘B相瞬時(shí)接地故障重合成功，可門公司受到系統(tǒng)沖擊導(dǎo)致：#1機(jī)組-3.6 MW、#2機(jī)組+20 MW、#3機(jī)組-113 MW、#4機(jī)組+0.5 MW。

2 事件分析與處理

系統(tǒng)沖擊發(fā)生后調(diào)取的故障錄波數(shù)據(jù)分析四機(jī)各參數(shù)在系統(tǒng)波動(dòng)期間變化趨勢(shì)、幅度一致，發(fā)電機(jī)有功均從故障時(shí)刻開始下降，歷時(shí)20 ms左右降至最低值，而后進(jìn)行上升。但DCS調(diào)取的歷史曲線與故障錄波不一致，特別是2014-2-27水笠線故障時(shí)送熱控參與#1機(jī)DEH調(diào)節(jié)的3個(gè)有功功率變送器輸出數(shù)據(jù)出現(xiàn)2個(gè)下降（210，350）、1個(gè)上升（657），分析及處理如下。

（1）功率變送器動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間。國(guó)標(biāo)要求功率變送器響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于400 ms。可門公司采用的涵普FPW201功率變送器實(shí)測(cè)為200～300 ms，存在一定的離散性。其中#1機(jī)組GPW2（DEH1）為2011年產(chǎn)品，GPW3（DEH2）、GPW8（DEH3）為2007年產(chǎn)品，涵普廠家反饋不同批次變送器的響應(yīng)時(shí)間不盡相同。更換為同一批次的新功率變送器后，實(shí)測(cè)其響應(yīng)時(shí)間為250 ms左右。

（2）系統(tǒng)故障期間存在的諧波分量。系統(tǒng)故障的暫態(tài)過(guò)程不可避免存在諧波分量，二次諧波將導(dǎo)致變送器輸出增大，五次諧波將導(dǎo)致變送器輸出減少。在受諧波分量影響時(shí)，因響應(yīng)時(shí)間的不同，變送器內(nèi)含有電感，對(duì)諧波衰減不一，導(dǎo)致3個(gè)變送器輸出趨勢(shì)不一致（DEH1輸出上升、DEH2與DEH3輸出下降）。傳統(tǒng)變送器未有濾波功能，選擇具有自動(dòng)濾波功能的變送器，這樣在發(fā)生電氣故障或電氣操作時(shí)可以自動(dòng)濾除諧波分量，避免輸出畸變。但若增加自動(dòng)濾波功能，傳統(tǒng)變送器的響應(yīng)時(shí)間將超國(guó)標(biāo)規(guī)定。

（3）檢查各變送器模擬量輸出電纜屏蔽線是否可靠接地，尤其是送至DEH機(jī)柜的功率變送器電纜應(yīng)獨(dú)立，減少干擾。

（4）將DCS顯示用的有功功率變送器（GPW1與GPW2，GPW3，GPW8同型號(hào)）二次輸出串入故障錄波裝置，對(duì)變送器輸出動(dòng)態(tài)監(jiān)視，分析變送器在系統(tǒng)故障下的傳變特性。

（5）將4臺(tái)發(fā)電機(jī)有功功率變送器電源及二次電壓回路分開，GPW1與GPW2取自TV1，GPW3與GPW8取自TV2，減少PT斷線導(dǎo)致機(jī)組協(xié)調(diào)控制功能混亂的可能性。

采取以上應(yīng)對(duì)措施后，運(yùn)行一年以來(lái)可門公司各機(jī)組受系統(tǒng)故障沖擊時(shí)最大功率突變量均控制在80 MW以內(nèi)，取得一定的抑制效果。

3 傳統(tǒng)功率變送器與微機(jī)型智能變送器的比對(duì)試驗(yàn)

目前國(guó)內(nèi)對(duì)功率變送器的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有動(dòng)態(tài)測(cè)量性能要求和精度指標(biāo)，傳統(tǒng)功率變送器采用的積分采樣測(cè)量原理已不滿足汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)在外部電力系統(tǒng)暫態(tài)變化過(guò)程中對(duì)發(fā)電機(jī)功率的測(cè)量要求。

將微機(jī)型智能變送裝置BPT9301與傳統(tǒng)變送器FPW201電壓回路并聯(lián)、電流回路串聯(lián)后接入故障錄波裝置；利用三相試驗(yàn)裝置輸入電流、電壓，模擬PT開關(guān)偷跳情況下，對(duì)傳統(tǒng)變送器FPW201與微機(jī)型智能變送裝置BPT9301的4～20 mA輸出信號(hào)進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)功率變送器與微機(jī)型智能變送器的比對(duì)

通過(guò)比對(duì)試驗(yàn)可以確認(rèn)：微機(jī)型功率測(cè)控裝置的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度控制在80 ms以內(nèi)（遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)積分式功率變送器的200 ms時(shí)延），實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)故障的快速響應(yīng)，滿足汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的要求。

4 針對(duì)傳統(tǒng)功率變送器先天不足的改進(jìn)及應(yīng)對(duì)措施

4.1 發(fā)生變壓器合應(yīng)涌流或系統(tǒng)故障時(shí)CT暫態(tài)特性差導(dǎo)致CT飽和

由于功率變送器接入的是測(cè)量級(jí)CT，測(cè)量精度較高（0.2或0.5級(jí)），但抗飽和性能較差；在區(qū)外故障時(shí)，測(cè)量級(jí)CT由于暫態(tài)特性差會(huì)飽和；此外，在有變壓器空充產(chǎn)生和應(yīng)涌流時(shí)，和應(yīng)涌流中的衰減直流分量也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量級(jí)CT飽和；即使采用帶CT自動(dòng)濾波功能的新型功率變送器，由于CT飽和的影響，也無(wú)法解決在系統(tǒng)沖擊時(shí)的正確轉(zhuǎn)變功率輸出問(wèn)題。

針對(duì)測(cè)量級(jí)CT易飽和，而保護(hù)級(jí)CT不易飽和的特性，最有效的辦法是同時(shí)接入發(fā)電機(jī)機(jī)端保護(hù)級(jí)CT和測(cè)量級(jí)CT，采用能根據(jù)測(cè)量到的故障特征量自動(dòng)切換參與功率計(jì)算的電流測(cè)量值的測(cè)控裝置進(jìn)行變送器升級(jí)改造；正常運(yùn)行情況下采用測(cè)量級(jí)CT，以保證測(cè)量精度；系統(tǒng)故障情況下采用保護(hù)級(jí)CT，確保在暫態(tài)情況下也能實(shí)時(shí)、真實(shí)地提供準(zhǔn)確的功率信號(hào)，避免輸出功率快速大幅波動(dòng)[3]。

4.2 PT斷線無(wú)法閉鎖導(dǎo)致功率變送器輸出跌落

新型測(cè)控裝置通過(guò)接入雙電源、雙PT、雙CT，可以有效判斷PT斷線、CT斷線，滿足汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)功率測(cè)量的可靠性要求。

4.3 功率變送器動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能較差

新型測(cè)控裝置采用全周傅里葉算法計(jì)算有功功率和無(wú)功功率，算法具有良好的暫態(tài)特性，確保系統(tǒng)短路故障時(shí)功率的準(zhǔn)確測(cè)量。當(dāng)保護(hù)級(jí)CT的電流大于1.1倍額定電流時(shí)，功率計(jì)算采用保護(hù)級(jí)CT電流；否則采用測(cè)量級(jí)CT電流，兼顧正常運(yùn)行和故障情況下的準(zhǔn)確測(cè)量。

5 新型發(fā)電機(jī)智能變送器裝置的應(yīng)用

2016年下半年可門公司利用機(jī)組調(diào)停檢修時(shí)段，在不改變外部回路接線的情況下，對(duì)#1/2機(jī)組原機(jī)組變送器屏進(jìn)行改造。在原機(jī)組變送器屏安裝3套BPT9301發(fā)電機(jī)智能變送裝置（構(gòu)成參與機(jī)組DEH調(diào)節(jié)的三取二邏輯）與2套SLP632A多功能快速變送裝置（作為主變、高廠變、勵(lì)磁變的信號(hào)采集）。截至目前已投運(yùn)半年有余，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，未發(fā)生異常報(bào)警。2017年4月21日福建電網(wǎng)發(fā)生近區(qū)B相接地故障系統(tǒng)沖擊，新舊型號(hào)功率變送器在系統(tǒng)沖擊的表現(xiàn)如圖3—5所示。

圖3 #1機(jī)組故障錄波圖

圖4 #1機(jī)組DCS錄波圖

圖5 新型智能變送器CT切換錄波圖（圖中通道13曲線是功率4～20 mA直流信號(hào)）

從錄波資料可以看出，系統(tǒng)沖擊時(shí)直流分量及各次諧波含量都較大，尤其是直流分量約38%，二次諧波約30%，對(duì)傳統(tǒng)變送器將造成較大的輸出偏差；而新型智能變送器通過(guò)CT切換以及算法優(yōu)化后，實(shí)際輸出僅增加0.5%；以上實(shí)例證明，新型智能變送器的數(shù)據(jù)采集精度完全滿足機(jī)組DEH調(diào)節(jié)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

新型測(cè)控裝置增加自動(dòng)濾波功能，采用測(cè)量級(jí)與保護(hù)級(jí)CT電流自動(dòng)切換，兼顧正常運(yùn)行和故障情況下的準(zhǔn)確測(cè)量；同時(shí)新型測(cè)控裝置的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，大大提高了汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)在外部電力系統(tǒng)暫態(tài)變化過(guò)程中對(duì)發(fā)電機(jī)功率測(cè)量的準(zhǔn)確性。