摘 要：以解決傳統(tǒng)變送器響應(yīng)時間長、抗干擾差，且不滿足暫態(tài)的缺點，采用高性能 32 位處理器平臺的智能變送裝置，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)電機綜合測量的要求又可以把電網(wǎng)的精準信號提供給熱工使用。把模擬式變送器出現(xiàn)的問題從根本上解決了。
1 前言
隨著電力系統(tǒng)自動化技術(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)控制等自動化設(shè)備中。發(fā)電機有功功率及無功功率，作為一個最為重要的參考數(shù)據(jù)，其可靠、穩(wěn)定不但直接影響到自動化設(shè)備的運行，而且對發(fā)電機組及其他設(shè)備的穩(wěn)定運行也起到不可忽略的影響。近幾年來，由于系統(tǒng)操作（如發(fā)電機組并網(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)致機組跳閘或自動化裝置退出的事故也時有發(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 機組 AGC 自動調(diào)頻異常動作，機組負荷異波動，最終退出 AGC 自動方式。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誤，輸出給 AGC 的功率值與實際功率嚴重不符。從錄波曲線看，機組功率突然大幅跳水甩負荷，然后導(dǎo)致AGC 誤動作，最終退出自動方式。
2011 年 12 月，西安某電廠 1000WM 機組，因 #1 機組并網(wǎng)瞬間引起 #2 機組定子電流增大約 10%，#2 機組三相有功瞬間波動約 20%，造成三個送 DCS 功率變送器功率信號瞬間波動，DCS 采集到的功率反饋信號瞬間偏差大（三個功率反饋信號兩偏差大 25MW），并網(wǎng)時產(chǎn)生的和應(yīng)涌流導(dǎo)致有功功率變送器嚴重失真。使鍋爐主控切手動。造成跳機事故。2013 年 10 月 21 日，大唐呂四電廠 #2 機組 (600MW)協(xié)調(diào)控制自動退出，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)電機變送器，技術(shù)水平忍保持在 30 年前。電力行業(yè)標準電送器的常數(shù)要求 <400ms, 實際在 240ms -400ms 之間，廷時較長，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)致保護實際動作的時間延時已經(jīng)在幾百毫秒以上，導(dǎo)致保護動作之后 ，變送器輸出還沒有消失；抗干擾能力差，對講機干擾都會致使功率變送器輸出發(fā)生突變，會導(dǎo)致保護誤動跳機事故；暫態(tài)特性差，對于電氣瞬時故障導(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，瞬時擾動等）, 不能與甩負荷事故做出區(qū)別 , 可能導(dǎo)致保護誤動；解決不了由于和應(yīng)涌流中的非周期分量，易導(dǎo)致測量級電流互感器暫態(tài)飽和的問題；對于電壓、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法采取任何的閉鎖措施 , 必然導(dǎo)致功率輸出跌落；對異常狀態(tài)沒有記錄。對于變送器本身故障 , 沒有任何自檢告警功能存在抗干擾差，不滿暫態(tài)，系統(tǒng)擾動功率變送易出現(xiàn)波動，顯然不符合現(xiàn)有的國網(wǎng)《國家能源局關(guān)于印發(fā) < 防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求 > 的通知》（國能安全 {2014}161 號）的要求，同時根據(jù)《發(fā)電機組并網(wǎng)安全條件及安評》（GB/T28566-2012）強化涉網(wǎng)設(shè)備并網(wǎng)運行安全技術(shù)管理，提高機組可靠性，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)的信號主要用于將發(fā)電機當前的電壓、電流、有功功率、無功功率數(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，可見傳統(tǒng)的變送器，不僅是響應(yīng)時間長、抗干擾差，且不滿足暫態(tài)。由于傳統(tǒng)的變送器沒有暫態(tài)方面的要求，近年由于傳統(tǒng)變送器不滿足暫態(tài)特性，影響機組穩(wěn)定運行及跳機事故時有發(fā)生。早2005 年華能南京電廠發(fā)表在西安電機工程上的《320MW 超臨界機組突然甩負荷事件分析與處理》的論文寫的就是傳統(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量輸入數(shù)據(jù)計算，發(fā)生功率突變時裝置采用保護級輸入數(shù)據(jù)進行計算，同時裝置具備判斷 CT 斷線、PT 斷線功能；響應(yīng)時間短在 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)時鐘同步，具有錄波功能，可以多路輸出。抗干擾能力達到嚴酷 IV 級，軟硬件共同優(yōu)化，國標要求繼電保護裝置及安全自動裝置的抗干擾能力為嚴酷 III 級；針對電網(wǎng)出現(xiàn)瞬時故障時，采用切換CT 的方式。裝置同時接入一組測量級 CT 和一組保護級 CT，當系統(tǒng)發(fā)生擾動時，智能功率變送裝置可以通過測量電流的增量，從測量級CT 切換到保護級 CT, 使得測量的功率值和真實的功率值相差不大；當出現(xiàn)和應(yīng)涌流時，裝置能自動檢測基波分量中的直流分量的含量，作為切換 CT 的條件，解決了測量級電流互感器暫態(tài)飽和的問題。通過軟件實現(xiàn)測量級 CT 和保護級 CT 快速無縫自動切換，具有良好的暫態(tài)特性，能確保發(fā)電機功率自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)和 DCS 系統(tǒng)可靠運行。
5 發(fā)電機智能變送裝置的實際應(yīng)用
把原來分散的功能集中在一個屏內(nèi)，采用高性能 32 位處理器平臺的智能變送裝置，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)電機綜合測量的要求又可以把電網(wǎng)的精準信號提供給熱工使用。
以 #1 的改造具體實施如下：屏內(nèi)裝 BPT9301 發(fā)電機智能變送裝置三臺，用于發(fā)電機部分所有的測量信號，并為熱工提供三個完全獨立的有功功率信號用于調(diào)節(jié)。優(yōu)點在于：（1）此裝置提供的信號響應(yīng)快速，響應(yīng)時間小于 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到嚴酷四級；（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不失真，不會引起功率的錯誤波動；（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)的問題；（5）有 GPS 對時，把設(shè)備與廠內(nèi)的時標統(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，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、脈沖信號輸出、無源接點信號輸出，可以實現(xiàn)全數(shù)字化。7、裝置具備故障錄波功能，能記錄發(fā)生故障時的電壓、電流以及功率波形，可以便于我廠運維人員的事后分析。
我廠改為發(fā)電機智能變送裝置后有可靠的 PT 斷線和 CT 斷線判別功能，當發(fā)生 PT 斷線和 CT 斷線時，自動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題。裝置通過軟件實現(xiàn)測量級CT和保護級CT自動切換，具有良好的暫態(tài)特性，能確保我廠發(fā)電機功率自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)和 DCS 系統(tǒng)可靠運行，可以避免因傳變失真而造成的直接及間接的重大經(jīng)濟損失同時裝置具備故障錄波功能，能記錄發(fā)生故障時的電壓、電流以及功率波形，可以便于我廠運維人員的事后份析。
改造后的發(fā)電機智能變送裝置測量可靠、暫態(tài)特性好、響應(yīng)迅速、抗干擾能力強，滿足《國家能源局關(guān)于印發(fā) < 防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求>的通知》（國能安全{2014}161號）要求。滿足《發(fā)電機組并網(wǎng)安全條件及安評》（GB/T28566-2012）強化涉網(wǎng)設(shè)備并網(wǎng)運行安全技術(shù)管理，提高機組可靠性，裝置解決了測量級電流互感器暫態(tài)飽和的問題，確保了機組暫態(tài)時的穩(wěn)定運行。
6 結(jié)語
傳統(tǒng)功率變送器不僅是響應(yīng)時間長、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到數(shù)字式時代，既能提供高精度的穩(wěn)態(tài)功率信號，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)的問題從根本上解決了。防止電網(wǎng)波動時機組擾動或跳機事故的發(fā)生。
