發(fā)電廠智能電力變送裝置應(yīng)用分析

劉 杰

（山西京玉發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 朔州037000）

0 引言

發(fā)電廠廣泛采用傳統(tǒng)變送器進(jìn)行電力信號變送，因其信號傳變功能單一，使得每臺發(fā)電機(jī)組使用變送器的數(shù)量特別多，變送器屏內(nèi)二次回路接線復(fù)雜，維護(hù)工作量大，設(shè)備可靠性不高。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了智能變送裝置，裝置集成度高，接線簡單，可靠性強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)變送器的所有功能，智能變送裝置替代傳統(tǒng)變送器是未來電力信號傳變的發(fā)展趨勢。

1 電力變送器的作用

電力變送器是一種將電力系統(tǒng)中的電流、電壓、頻率、功率等電氣參數(shù)，經(jīng)隔離變送，轉(zhuǎn)變成線性的直流模擬信號的裝置。發(fā)電機(jī)組變送器將電流互感器CT（current transformer）輸出的電流二次值信號和電壓互感器PT（potential transformer）輸出的電壓二次值信號轉(zhuǎn)變成直流4～20 mA信號，并計(jì)算和輸出發(fā)電機(jī)有功功率、無功功率等信號，傳送給機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和分布式控制系統(tǒng)DCS（distributed control system），作為發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)的反饋信號參與發(fā)電機(jī)組的自動控制。

2 傳統(tǒng)電力變送器的特點(diǎn)

傳統(tǒng)變送器通過變送芯片實(shí)現(xiàn)單臺變送器單輸出形式的信號傳變，各控制系統(tǒng)有1路電氣信號輸入就需要設(shè)置1臺變送器，變送器類型有電流變送器、電壓變送器、有功功率變送器、無功功率變送器、頻率變送器等。如發(fā)電機(jī)有功功率變送器輸出有功功率信號給汽輪機(jī)控制系統(tǒng)、機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)，作為這些系統(tǒng)的反饋信號。控制系統(tǒng)輸入的每個電氣信號都需要不同的變送器來提供，且控制系統(tǒng)對輸入信號有較高的可靠性要求，各系統(tǒng)都是接入3路有功功率信號。為滿足以上要求，每臺發(fā)電機(jī)組使用的有功功率變送器往往有10多臺，再加上其他功能的變送器，變送器屏中變送器數(shù)量共有30多臺。

每臺變送器有電流、電壓、電源和輸出回路，且為單回路，沒有備用通道，接入同一CT二次回路的變送器都是串聯(lián)的，對于發(fā)電機(jī)有功功率變送器來說，若電流回路某一相出現(xiàn)開路故障，所有變送器輸出值都將變?yōu)檎_值的2/3，機(jī)組功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)將產(chǎn)生較大波動；若電流回路N線開路，所有變送器輸出值都將變?yōu)?，可能導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)的嚴(yán)重后果。變送器屏的供電電源一般有2路或3路電源，屏內(nèi)同一功能和輸出到同一控制系統(tǒng)的變送器都是接到不同的電源中，若1路電源故障，至少有1臺變送器能夠正常工作。輸出到控制系統(tǒng)的3路信號有1路或2路故障，控制系統(tǒng)則做邏輯調(diào)整，比如收到3路信號取中間值，收到2路信號取平均值，收到1路信號直接取當(dāng)前數(shù)值，通過類似的邏輯調(diào)整，最終可保證機(jī)組控制系統(tǒng)收到正確的調(diào)節(jié)信號。

由于傳統(tǒng)變送器使用數(shù)量多，其電流回路串聯(lián)連接，電壓回路和電源回路并聯(lián)連接，二次接線復(fù)雜，每次停機(jī)檢修都要仔細(xì)檢查二次回路，防止出現(xiàn)回路開路故障。變送器運(yùn)行中出現(xiàn)故障時，自身無顯示和報(bào)警，只能根據(jù)DCS系統(tǒng)輸入側(cè)電氣信號的異常倒查變送器屏，通過二次回路和變送器編號鎖定是哪臺變送器故障，再逐一排查是電源、電流、電壓回路還是變送器自身故障，故障查找比較費(fèi)事。運(yùn)行中更換變送器時，二次回路拆接線和短封電流都存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

傳統(tǒng)變送器接入測量級CT二次回路，出現(xiàn)電力系統(tǒng)故障時，測量級CT易飽和，導(dǎo)致變送器輸出失真，可能影響控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。近年來，已經(jīng)發(fā)生了多起由于發(fā)電機(jī)功率變送器輸出功率信號畸變導(dǎo)致汽機(jī)保護(hù)誤動，甚至造成機(jī)組停機(jī)的事件，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]?？傊瑐鹘y(tǒng)變送器使用數(shù)量多，接線復(fù)雜，維護(hù)工作量大，嚴(yán)重依靠DCS邏輯調(diào)整，設(shè)備可靠性不足。

3 智能電力變送裝置應(yīng)用分析

3.1 智能電力變送裝置的特點(diǎn)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力信號變送成為發(fā)展趨勢。智能變送裝置采用計(jì)算機(jī)芯片控制，裝置接入發(fā)電機(jī)兩組機(jī)端二次電壓、兩組機(jī)端二次電流（保護(hù)5P20級和測量0.2級）、機(jī)端零序電壓和零序電流進(jìn)行采樣，由裝置計(jì)算發(fā)電機(jī)有功功率、無功功率、功率因數(shù)、負(fù)序電流、頻率、各相相電壓和相間電壓、負(fù)序電壓、零序電壓、各相電流、零序電流，分別以直流4～20 mA電流形式輸出給汽輪機(jī)控制系統(tǒng)、機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)。智能變送裝置與微機(jī)繼電保護(hù)裝置的原理和構(gòu)成類似，具有CT斷線、PT斷線監(jiān)測功能，響應(yīng)時間滿足系統(tǒng)故障快速響應(yīng)的要求，可接入廠內(nèi)全球定位系統(tǒng)GPS（global position system）對時系統(tǒng)，具有錄波功能和多路輸出功能，且每個輸出通道可以自定義輸出，具有靈活的擴(kuò)展能力[2-3]。

3.2 智能變送裝置相較傳統(tǒng)變送器的優(yōu)點(diǎn)

智能變送裝置的電流、電壓、電源均是兩路輸入，自動切換，裝置可以同時輸出多路不同的信號，如單臺發(fā)電機(jī)變送裝置可以輸出多個發(fā)電機(jī)電流、電壓、頻率、有功功率、無功功率信號，這樣1臺智能變送裝置就可以替代多臺傳統(tǒng)變送器，減少了屏柜內(nèi)變送器的數(shù)量。采用智能變送裝置后，1臺機(jī)組變送器屏可由原來的30多臺變送器減少到6臺智能變送裝置，且簡化了屏內(nèi)接線，方便了設(shè)備檢修維護(hù)。

機(jī)組使用智能變送裝置的數(shù)量可根據(jù)其輸出的控制系統(tǒng)來選擇，比如汽輪機(jī)控制系統(tǒng)、機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)各需要3路發(fā)電機(jī)有功功率信號，可以選擇3臺智能發(fā)電機(jī)變送裝置，每臺裝置各輸出3路有功功率信號給上述控制系統(tǒng)，這樣各控制系統(tǒng)接收的輸入信號都是取自不同的變送裝置，是不同源的信號，提高了控制系統(tǒng)信號源的可靠性，并且各控制系統(tǒng)原有接線和邏輯不需要做任何改動。由于每臺變送裝置的電流、電壓、電源都是雙回路，若某一回路發(fā)生故障可自動切換到另一正?；芈饭ぷ鳎挥绊懺O(shè)備運(yùn)行，設(shè)備故障率大大降低，提高了變送裝置輸出信號的可靠性，降低了變送設(shè)備對DCS邏輯調(diào)整的依賴。

智能變送裝置可以滿足暫態(tài)特性和變送精度要求，裝置同時接入一組測量級CT和一組保護(hù)級CT回路（如圖1所示），在正常工況下裝置采用測量級數(shù)據(jù)計(jì)算，發(fā)生功率突變時裝置切換至保護(hù)級數(shù)據(jù)計(jì)算。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生瞬時故障時，裝置自動從測量級CT切換到保護(hù)級CT，由于保護(hù)級CT不易飽和，所以能使測量的功率值接近真實(shí)的功率值。當(dāng)出現(xiàn)和應(yīng)涌流時，裝置自動檢測基波分量中直流分量的含量并作為CT切換條件，解決了由于測量級CT暫態(tài)飽和導(dǎo)致變送器輸出失真的問題。智能變送裝置實(shí)現(xiàn)了測量級CT和保護(hù)級CT的自動切換，具有良好的暫態(tài)特性，確保發(fā)電機(jī)功率自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

圖1 智能變送裝置接入兩組CT回路圖

智能變送裝置集成了采樣測量、變送輸出、通信和對時功能，不僅擁有人機(jī)界面，方便現(xiàn)場維護(hù)人員實(shí)時查看運(yùn)行參數(shù)，還具備信號的實(shí)時監(jiān)視與報(bào)警功能。報(bào)警信號有裝置電源失電、PT斷線、CT斷線等，設(shè)備出現(xiàn)故障后能夠第一時間鎖定故障范圍，給維護(hù)人員排查故障提供幫助。裝置具有故障錄波功能，能記錄故障時的電壓、電流、頻率以及功率波形，可以導(dǎo)出故障錄波數(shù)據(jù)，便于故障分析。

4 結(jié)束語

智能變送裝置把微機(jī)繼電保護(hù)裝置里計(jì)算機(jī)控制、數(shù)字算法、人機(jī)界面、故障記錄等功能應(yīng)用到電力變送裝置上，將傳統(tǒng)變送器數(shù)字化、集成化、智能化，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)變送器的不足，簡化了外部接線，提高了設(shè)備可靠性，值得在發(fā)電企業(yè)推廣使用。