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发电机智能变送器装置在发电厂的应用

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 摘 要:以解决传统变送器响应时间长、抗干扰差,且不满足暂态的缺点,采用高性能 32 位处理器平台的智能变送装置,提升抗干扰能力和暂态传变特性,且不受谐波影响,既可以满足发电机综合测量的要求又可以把电网的精准信号提供给热工使用。把模拟式变送器出现的问题从根本上解决了。

 
1 前言
    随着电力系统自动化技术水平的快速提高,并且广泛得应用于发电厂 DCS、DEH、AVC、AGC、一次调频、协调控制等自动化设备中。发电机有功功率及无功功率,作为一个最为重要的参考数据,其可靠、稳定不但直接影响到自动化设备的运行,而且对发电机组及其他设备的稳定运行也起到不可忽略的影响。近几年来,由于系统操作(如发电机组并网、跳闸、变压器空载合闸、电力系统故障等)导致功率变送器输出发生震荡甚至畸变,从而直接导致机组跳闸或自动化装置退出的事故也时有发生。2009 年 10 月 25 日,安徽合肥某 220kV 线路故障,导致附近某电厂 600MW 机组 AGC 自动调频异常动作,机组负荷异波动,最终退出 AGC 自动方式。分析故障该电厂为发变线路组接线,与系统变电所比较近,当系统发生故障,电厂母线电压较大幅度降低,导致功率变送器采样错误,输出给 AGC 的功率值与实际功率严重不符。从录波曲线看,机组功率突然大幅跳水甩负荷,然后导致AGC 误动作,最终退出自动方式。
 
    2011 年 12 月,江苏某电厂 1000WM 机组,因 #1 机组并网瞬间引起 #2 机组定子电流增大约 10%,#2 机组三相有功瞬间波动约 20%,造成三个送 DCS 功率变送器功率信号瞬间波动,DCS 采集到的功率反馈信号瞬间偏差大(三个功率反馈信号两偏差大 25MW),并网时产生的和应涌流导致有功功率变送器严重失真。使锅炉主控切手动。造成跳机事故。2013 年 10 月 21 日,大唐吕四电厂 #2 机组 (600MW)协调控制自动退出,原因是东洲变电站(距吕四电厂约 40km)主变空载合闸致 #2 机功率变送器输出发生畸变。
 
2 变送器目前的现状
    传统发电机变送器,技术水平忍保持在 30 年前。电力行业标准电送器的常数要求 <400ms, 实际在 240ms -400ms 之间,廷时较长,难以满足系统故障快响应的要求,再加上 DEH 本身的通道延迟 , 这就导致保护实际动作的时间延时已经在几百毫秒以上,导致保护动作之后 ,变送器输出还没有消失;抗干扰能力差,对讲机干扰都会致使功率变送器输出发生突变,会导致保护误动跳机事故;暂态特性差,对于电气瞬时故障导致的功率突变(雷击等自然现象引发的单相接地故障及系统震荡,瞬时扰动等), 不能与甩负荷事故做出区别 , 可能导致保护误动;解决不了由于和应涌流中的非周期分量,易导致测量级电流互感器暂态饱和的问题;对于电压、电流二次回路发生的断线故障 ,传统的有功功率变送器也无法采取任何的闭锁措施 , 必然导致功率输出跌落;对异常状态没有记录。对于变送器本身故障 , 没有任何自检告警功能存在抗干扰差,不满暂态,系统扰动功率变送易出现波动,显然不符合现有的国网《国家能源局关于印发 < 防止电力生产事故的二十五项重点要求 > 的通知》(国能安全 {2014}161 号)的要求,同时根据《发电机组并网安全条件及安评》(GB/T28566-2012)强化涉网设备并网运行安全技术管理,提高机组可靠性,有改造的必要性。
 
3 变送器的重要性
    变送器输出送至 DEH、AGC 等控制系统的信号主要用于将发电机当前的电压、电流、有功功率、无功功率数值送至 DEH、AGC 等控制系统,参与 DEH、AGC 等控制系统的逻辑控制。这类信号不止要求变速器的输出满足稳态要求,还需要考虑变送器的暂态特性。综合上所述,可见传统的变送器,不仅是响应时间长、抗干扰差,且不满足暂态。由于传统的变送器没有暂态方面的要求,近年由于传统变送器不满足暂态特性,影响机组稳定运行及跳机事故时有发生。早2005 年华能南京电厂发表在江苏电机工程上的《320MW 超临界机组突然甩负荷事件分析与处理》的论文写的就是传统功率变送失真案例。
 
4 智能变送装置原理
    在正常情况下装置采用测量输入数据计算,发生功率突变时装置采用保护级输入数据进行计算,同时装置具备判断 CT 断线、PT 断线功能;响应时间短在 40ms 之内能满足系统故障快速响应的要求;装置跟系统时钟同步,具有录波功能,可以多路输出。抗干扰能力达到严酷 IV 级,软硬件共同优化,国标要求继电保护装置及安全自动装置的抗干扰能力为严酷 III 级;针对电网出现瞬时故障时,采用切换CT 的方式。装置同时接入一组测量级 CT 和一组保护级 CT,当系统发生扰动时,智能功率变送装置可以通过测量电流的增量,从测量级CT 切换到保护级 CT, 使得测量的功率值和真实的功率值相差不大;当出现和应涌流时,装置能自动检测基波分量中的直流分量的含量,作为切换 CT 的条件,解决了测量级电流互感器暂态饱和的问题。通过软件实现测量级 CT 和保护级 CT 快速无缝自动切换,具有良好的暂态特性,能确保发电机功率自动调节系统和 DCS 系统可靠运行。
 
5 发电机智能变送装置的实际应用
    把原来分散的功能集中在一个屏内,采用高性能 32 位处理器平台的智能变送装置,提升抗干扰能力和暂态传变特性,且不受谐波影响,既可以满足发电机综合测量的要求又可以把电网的精准信号提供给热工使用。
 
    以 #1 的改造具体实施如下:屏内装 BPT9301 发电机智能变送装置三台,用于发电机部分所有的测量信号,并为热工提供三个完全独立的有功功率信号用于调节。优点在于:(1)此装置提供的信号响应快速,响应时间小于 40ms,比传统的变送器快了十倍;(2)采用了全新的结构和技术,本装置的抗干扰能力达到严酷四级;(3)暂态特性好,装置不仅能保证在稳态下的精度,而且能保证在暂态下的可靠性,保证了给热工的信号不失真,不会引起功率的错误波动;(4)采用了双 PT、双 CT 的原理,可以从根本上解决传统变送器缺少二次断线判据的问题;(5)有 GPS 对时,把设备与厂内的时标统一,装置有录波及事件记录功能,可以把异常状态记录下来,为事后分析提供技术支撑;(6)多电气量、多格式输出,双 485 及以太网输出、脉冲信号输出、无源接点信号输出,可以实现全数字化。7、装置具备故障录波功能,能记录发生故障时的电压、电流以及功率波形,可以便于我厂运维人员的事后分析。
 
    我厂改为发电机智能变送装置后有可靠的 PT 断线和 CT 断线判别功能,当发生 PT 断线和 CT 断线时,自动切换到未断线的那一组PT 和 CT,解决了传统功率变送器发生断线后功率失真的问题。装置通过软件实现测量级CT和保护级CT自动切换,具有良好的暂态特性,能确保我厂发电机功率自动调节系统和 DCS 系统可靠运行,可以避免因传变失真而造成的直接及间接的重大经济损失同时装置具备故障录波功能,能记录发生故障时的电压、电流以及功率波形,可以便于我厂运维人员的事后份析。
    改造后的发电机智能变送装置测量可靠、暂态特性好、响应迅速、抗干扰能力强,满足《国家能源局关于印发 < 防止电力生产事故的二十五项重点要求>的通知》(国能安全{2014}161号)要求。满足《发电机组并网安全条件及安评》(GB/T28566-2012)强化涉网设备并网运行安全技术管理,提高机组可靠性,装置解决了测量级电流互感器暂态饱和的问题,确保了机组暂态时的稳定运行。
 
6 结语
    传统功率变送器不仅是响应时间长、抗干扰差,且不满足暂态。因此把传统的模拟式的方案推进到数字式时代,既能提供高精度的稳态功率信号,也具备良好的暂态性能,以满足DEH中所有功能的要求,把模拟式产品出现的问题从根本上解决了。防止电网波动时机组扰动或跳机事故的发生。
 
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