500kV某變電站功角測(cè)量裝置頻率跳邊故障分析

摘 要：電力系統(tǒng)中功角穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性、頻率動(dòng)態(tài)變化及其穩(wěn)定性是互相誘發(fā)互相關(guān)聯(lián)的。發(fā)電機(jī)及各個(gè)線路潮流的功角實(shí)時(shí)狀態(tài)是系統(tǒng)運(yùn)行的最重要狀態(tài)變量，也是系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行的標(biāo)志。因此實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)及線路潮流的功角參數(shù)，是電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的關(guān)鍵。文章以500kV某變電站功角測(cè)量裝置進(jìn)行升級(jí)改造后，在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)頻率曲線有規(guī)律跳變，通過(guò)各種軟件測(cè)試發(fā)現(xiàn)故障并且消除了缺陷。

關(guān)鍵詞：同步相量測(cè)量；功角；GPS

1 概述

電力系統(tǒng)中頻率動(dòng)態(tài)變化及其穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性、功角穩(wěn)定性并不是各自孤立的現(xiàn)象，而是相互誘發(fā)和相互聯(lián)系的統(tǒng)一物理現(xiàn)象的不同側(cè)面，它們之間的關(guān)聯(lián)又受到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)的影響。這其中母線的電壓相量及發(fā)電機(jī)的功角狀況是電力系統(tǒng)運(yùn)行的主要狀態(tài)變量，是電網(wǎng)系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行的標(biāo)志。

測(cè)量得到的功角信息具有重要作用，不僅被用于電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)的分析，尤其是在故障條件下的動(dòng)態(tài)安全分析，使調(diào)控人員可以實(shí)時(shí)地了解系統(tǒng)的安全穩(wěn)定程度，必要時(shí)采取強(qiáng)制措施進(jìn)行預(yù)防控制，如切機(jī)、甩負(fù)荷、投電氣制動(dòng)等手段，以防止系統(tǒng)失穩(wěn)。

2 問(wèn)題分析與解決

500kV某變電站功角測(cè)量裝置（PMU）進(jìn)行升級(jí)改造，新裝置安裝完畢后進(jìn)行調(diào)試工作，發(fā)現(xiàn)上送調(diào)度的頻率曲線總是有規(guī)律的發(fā)生跳變，全站5個(gè)PMU采集裝置上送調(diào)度的頻率竟然在同一時(shí)刻發(fā)生跳變，從49.972Hz跌落到49.566Hz，持續(xù)幾十毫秒后恢復(fù)到正常頻率49.972Hz。該現(xiàn)象每2分鐘出現(xiàn)一次。

2.1 數(shù)據(jù)分析

（1）查看PDC存儲(chǔ)的動(dòng)態(tài)記錄文件，發(fā)現(xiàn)確實(shí)發(fā)生了某一時(shí)刻全站PMU頻率發(fā)生跳變，如圖1所示。

（2）查看PMU的錄波數(shù)據(jù)，確定PMU原始采樣值出現(xiàn)頻率越下限現(xiàn)象，如圖2所示。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)資料收集，初步懷疑PMU或時(shí)鐘裝置出現(xiàn)異常。

（3）拔對(duì)時(shí)信號(hào)。為了驗(yàn)證是否由時(shí)鐘導(dǎo)致頻率跳變，將220kV小室的PMU1裝置外部時(shí)鐘信號(hào)拔掉（使其按照內(nèi)部時(shí)鐘守時(shí)進(jìn)行采集及計(jì)算），其余小室的PMU裝置（PMU2～PMU6），仍然通過(guò)外部時(shí)鐘校時(shí)，此時(shí)，PMU1的頻率正常未發(fā)生跳變，PMU2～PMU6在同一時(shí)刻發(fā)生頻率跳變現(xiàn)象。通過(guò)上述三個(gè)數(shù)據(jù)分析及驗(yàn)證，基本定位問(wèn)題出在時(shí)鐘信號(hào)上。

2.2 工程驗(yàn)證

開(kāi)放PMU中的異常打印信息，經(jīng)研發(fā)核實(shí)確認(rèn)，每隔2分鐘左右，外部時(shí)鐘輸入會(huì)出現(xiàn)連續(xù)兩個(gè)B碼脈沖比1秒慢1毫秒左右。即時(shí)鐘同步裝置每隔2分鐘出現(xiàn)1次1毫秒左右的時(shí)間跳變。（后時(shí)鐘同步生產(chǎn)廠家確認(rèn)，辛集變時(shí)鐘同步裝置輸出的B碼脈沖確實(shí)存在不均勻現(xiàn)象。）

此時(shí)，為了保證與B碼同步，同時(shí)又不引起大的時(shí)間跳變，PMU內(nèi)部對(duì)本地時(shí)鐘及采樣脈沖進(jìn)行微調(diào)。由于短期內(nèi)需要調(diào)整的時(shí)間幅度相對(duì)較大（1毫秒），采樣脈沖跟隨本地時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致PMU計(jì)算的頻率出現(xiàn)了明顯跳變。

2.3 解決方案

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及GPS設(shè)備反饋信息，得出的結(jié)論為：時(shí)鐘同步裝置輸出的對(duì)時(shí)脈沖出現(xiàn)了較大的跳變（1毫秒左右），使得PMU對(duì)采樣脈沖進(jìn)行微調(diào)，最終導(dǎo)致PMU計(jì)算出的頻率出現(xiàn)跳變。

現(xiàn)立刻對(duì)時(shí)鐘同步裝置進(jìn)行檢測(cè)，修復(fù)B碼脈沖輸出跳變問(wèn)題。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)GPS兩臺(tái)主鐘中的一臺(tái)在給從時(shí)鐘下發(fā)對(duì)時(shí)信號(hào)時(shí)，發(fā)生有規(guī)律的信號(hào)抖動(dòng)，因?yàn)镻MU是接受的GPS的B碼對(duì)時(shí)方式，故判斷為主時(shí)鐘的B生成板卡發(fā)生故障。主時(shí)鐘裝置斷電后進(jìn)行板卡更換。更換完畢后裝置上電，監(jiān)測(cè)PMU頻率曲線發(fā)現(xiàn)跳變現(xiàn)象消失，裝置恢復(fù)正常性能，可以繼續(xù)監(jiān)測(cè)功角相量動(dòng)態(tài)情況。

3 結(jié)束語(yǔ)

相量測(cè)量裝置（PMU）用于進(jìn)行同步相量的測(cè)量和輸出，以及對(duì)此進(jìn)行動(dòng)態(tài)記錄的裝置，PMU的核心特征是基于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘下的同步相量測(cè)量，失去標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘時(shí)應(yīng)具有一定的守時(shí)能力，PMU與主站能夠?qū)崟r(shí)通信并遵循有關(guān)通信協(xié)議。因此標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)鐘源對(duì)于PMU的正常工作的意義重大。

功角測(cè)量裝置不僅能用于調(diào)控中心的集中監(jiān)視和控制，還能用于分散的就地監(jiān)視和控制，以提高狀態(tài)估計(jì)的可靠性。在實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)自動(dòng)控制方面，可以解決系統(tǒng)的穩(wěn)定問(wèn)題。因此實(shí)時(shí)測(cè)量發(fā)電機(jī)和各條線路的功角及母線電壓相量，將是電力系統(tǒng)穩(wěn)定監(jiān)視和控制的關(guān)鍵。通過(guò)基于GPS實(shí)時(shí)相量測(cè)量，可以實(shí)時(shí)得到電網(wǎng)的狀態(tài)量，即可以得到實(shí)際系統(tǒng)精確模型的歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前軌跡，由于相角涉及到電力系統(tǒng)的監(jiān)視、控制和保護(hù)等諸多領(lǐng)域，故實(shí)時(shí)相量測(cè)量的實(shí)現(xiàn)，對(duì)全網(wǎng)潮流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)具有重要的意義。

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