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淺談勵(lì)磁涌流對(duì)功率變送器的影響
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淺談勵(lì)磁涌流對(duì)功率變送器的影響

時(shí)間:2018-01-16 11:01:53

 摘要: 在發(fā)電機(jī)功率監(jiān)控系統(tǒng)中,廣泛采用了功率變送器來監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)機(jī)端和負(fù)載端的功率。而發(fā)電機(jī)組的外圍線路故障、內(nèi)部故障和主變?nèi)珘簺_擊等會(huì)引起勵(lì)磁涌流干擾信號(hào),繼而影響功率變送器的功率測(cè)量。本文提出傳統(tǒng)功率變送器因勵(lì)磁涌流產(chǎn)生輸出信號(hào)變化的原因。vVy壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
1 背景
        發(fā)電機(jī)是現(xiàn)代生產(chǎn)活動(dòng)中的重要設(shè)備。為保證發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行,在發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中,廣泛采用功率變送器來測(cè)量發(fā)電機(jī)機(jī)端和負(fù)載端的功率,以供監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理并采取適當(dāng)?shù)目刂。因此功率變送器輸出信?hào)的正確與穩(wěn)定對(duì)于發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行有著重要意義。
 
        近幾年來,各地電廠在進(jìn)行對(duì)主變?nèi)珘簺_擊等操作,或者外圍線路發(fā)生故障、投切超大負(fù)荷時(shí),陸續(xù)出現(xiàn)鄰近發(fā)電機(jī)組的功率振蕩甚至跳機(jī)等故障。
 
        案例一:華能浙江某電廠共 4 臺(tái) 1000MW 機(jī)組。2009 年 8 月 15 日 16 時(shí)左右,#1、#2、#3 機(jī)組正在運(yùn)行,三個(gè)機(jī)組負(fù)荷分別是 680MW、640MW、630MW。之后當(dāng)?shù)赝蝗怀霈F(xiàn)雷暴天氣,16 時(shí) 21 分,各機(jī)組 DCS 系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警,500kV 玉嶺 5430 線地衣、二套分相電流差動(dòng)保護(hù)及后備距離 I 段保護(hù)動(dòng)作,玉嶺 5430 線 B 相接地故障報(bào)警,5012、5013 開關(guān) B 相跳閘,之后重合閘成功,B 相瞬時(shí)接地電流#大達(dá) 20510A,持續(xù)時(shí)間約 50ms。在故障起始至開關(guān)重合閘期間,#1 機(jī)組有功負(fù)荷由 685MW 瞬間降至-30MW,然后回升至618MW。#2 機(jī)組有功負(fù)荷由646MW 瞬間降至 35.9MW,然后回升至 540MW。
 
        對(duì)現(xiàn)場功率變送器備品測(cè)試時(shí),在輸入平衡的三相電壓、電流信號(hào)時(shí),結(jié)果符合要求。而用故障時(shí)的錄波測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試時(shí),變送器兩組輸出信號(hào)分別在故障初期存在突增和突降現(xiàn)象,說明功率變送器在 B 相接地故障導(dǎo)致出現(xiàn)涌流時(shí)的測(cè)量存在問題。功率變送器的這一測(cè)量問題可能是該事件的原因之一。
 
        案例二、福建某燃?xì)獍l(fā)電廠跳機(jī)事件。
        事件經(jīng)過:2010 年 5 月 21 日晚 7 時(shí)左右,福建某燃?xì)獍l(fā)電廠 #4 機(jī)組在對(duì)主變?nèi)珘簺_擊時(shí),正在滿負(fù)荷運(yùn)行的 #3 機(jī)組出現(xiàn)功率超限報(bào)警,引起 #3 機(jī)組保護(hù)動(dòng)作而跳機(jī)。
 
        事件分析與結(jié)論:事后檢查當(dāng)時(shí)的 TCS 功率記錄曲線,發(fā)現(xiàn)在跳機(jī)瞬間 #3 機(jī)組反應(yīng)到 TCS 邏輯控制系統(tǒng)的有功功率測(cè)量值達(dá) 625MW,已超出量程上限。而該機(jī)組跳機(jī)前各主要參數(shù)均未出現(xiàn)異常。#終認(rèn)為,跳機(jī)是因?yàn)?#4機(jī)組對(duì)主變?nèi)珘簺_擊時(shí),產(chǎn)生了較大的勵(lì)磁涌流,對(duì)電氣二次回路造成較大干擾,使功率變送器測(cè)量產(chǎn)生較大突變。根據(jù)數(shù)據(jù)記錄,當(dāng)時(shí)這種瞬間突變使 #3 機(jī)組的功率變送器輸出達(dá)到 625MW,而 TCS 邏輯控制系統(tǒng)中沒有信號(hào)質(zhì)量的判斷邏輯,于是 TCS 系統(tǒng)誤判為 #3 機(jī)組功率超限,#終造成了 #3 機(jī)組跳機(jī)。
京科電廠在運(yùn)行期間當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),DCS 顯示機(jī)組負(fù)荷從 210MW 瞬間上升至 240MW,發(fā)電機(jī)負(fù)序電流增加至 900A,雖然沒有造成機(jī)組解列,但隱患一直存在。事后檢查電氣設(shè)備均無異常,結(jié)合故障錄波器綜合分析,系統(tǒng)沖擊引起的勵(lì)磁涌流對(duì)變送器影響所致。
 
2 原因查找及處理方法
        在電廠大型機(jī)組并網(wǎng)或外圍線路出現(xiàn)故障時(shí),會(huì)產(chǎn)生較大瞬間勵(lì)磁涌流?梢源_定,這些情況會(huì)對(duì)電氣二次回路產(chǎn)生較大干擾,使電廠其它正常運(yùn)行的機(jī)組功率變送器因檢測(cè)到一定的諧波功率而發(fā)生突變,使干擾進(jìn)一步被放大了。那么,為什么這種突變會(huì)被常規(guī)模擬變送器放大呢,這就要從常規(guī)模擬式功率變送器的原理來具體分析。以我廠發(fā)變組變送器屏使用的功率變送器型號(hào)為例,型號(hào)為為 FPW-201,采用常規(guī)純模擬電路設(shè)計(jì),本文簡稱常規(guī)功率變送器。
 
        三相功率變送器按接方式,可分為三相三線(三相二元件)和三相四線(三相三元件)兩類。其測(cè)量原理是相同的,僅是接線方式不同。三相功率變送器實(shí)際上是把兩個(gè)(二元件)或三個(gè)(三元件)單相功率變送器的測(cè)量相加,從而得到三相總功率;驹砜驁D如圖 1。
 
        圖 1 中的時(shí)分割乘法器電路原理如圖 2 所示。在時(shí)分割乘法器中,如圖 3 所示,待測(cè) 50Hz 電壓(圖3 紫色正弦曲線) 與高頻 1000Hz 三角波(圖 3 綠色三角線)經(jīng)過比較器產(chǎn)生矩形脈沖(PWM 脈寬調(diào)制),每個(gè)脈沖的寬度代表某一時(shí)刻電壓的幅值。
 
        圖 3 中可見,正弦波的#低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈寬寬度#小,正弦波的#高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈寬寬度#大,一個(gè)正弦波被分割成 20 個(gè)脈沖波;這個(gè)調(diào)制出來的脈沖輸出去切割電流波形,即用電壓變換后的脈沖寬度,去切割這段脈沖寬度里的電流波形,再經(jīng)過 RC 電路積分得到的面積(如圖 3 紅色陰影部分,每段脈沖小于 1ms),就是我們所要測(cè)量的功率值。這個(gè)功率值是機(jī)組功率調(diào)整的基礎(chǔ)。
 
        圖 4 中,下面的藍(lán)色波形代表現(xiàn)場的電流,上面的黃色曲線是功率變送器的功率輸出。從圖 4 中可以看到,當(dāng)瞬間涌流發(fā)生后,電流信號(hào)及變送器輸出均發(fā)生了劇烈的振蕩。
 
        結(jié)合功率變送器的原理,在模擬電路 RC 積分回路中,當(dāng)輸入為階躍信號(hào)(近視于方波)時(shí),對(duì)應(yīng)的輸出稱為階躍響應(yīng),其 RC 充放電的電壓、電流變化規(guī)律取決于電路結(jié)構(gòu)和電路參數(shù)。在一次涌流的影響下,變送器時(shí)分割乘法器中的電壓脈沖寬度沒有變化,但這段寬度里(小于1ms)導(dǎo)通的電流幅值特別大,而且出現(xiàn)涌流時(shí)產(chǎn)生了大量諧波功率,這些影響造成那一小段時(shí)間里的功率大增,功率變送器模擬量輸出也相應(yīng)突增(圖 4 黃色曲線波動(dòng)更大)。
 
        如圖 5 所示,紅色陰影部分在某幾個(gè)地方的幅度增大了,其面積表示的功率也成倍增加,盡管當(dāng)時(shí)該機(jī)組實(shí)際基波功率并沒有那么大。
 
3 整改措施
        ①聯(lián)系相關(guān) DEH 設(shè)備廠家對(duì)熱工 DEH 邏輯及控制參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的梳理與完善。
        ②功率變送器輸出信號(hào)增加濾波環(huán)節(jié)。
        ③增加變送器的抗勵(lì)磁涌流的能力。
 
        在理想的一定頻率的方波信號(hào)作用下,通過調(diào)整電路參數(shù),可以使電路工作在臨界阻尼狀態(tài)(理想狀態(tài))。這種狀態(tài)下,不僅輸出的波形平坦,而且響應(yīng)時(shí)間也較短。然而,現(xiàn)場實(shí)際的情況很復(fù)雜,當(dāng)有涌流沖擊時(shí),其信號(hào)的頻率成分中夾帶著很多不同次數(shù)的諧波量,無法保證電路始終工作在臨界阻尼狀態(tài),而大多工作在欠阻尼狀態(tài)。而如果使電路工作在過阻尼狀態(tài),則電路的響應(yīng)時(shí)間又會(huì)很長。變送器的guojia標(biāo)準(zhǔn)及鑒定規(guī)程中要求響應(yīng)時(shí)間小于400ms,而且其基本誤差試驗(yàn)也是要求在穩(wěn)定的參比條件下進(jìn)行。
 
        采用微處理器技術(shù),通過數(shù)字技術(shù)來實(shí)現(xiàn)功率計(jì)算。功率測(cè)量值是對(duì)電壓、電流直接進(jìn)行交流采樣得到的數(shù)字量直接相乘后得到,不存在 RC 積分電路的階躍響應(yīng)問題。而且在芯片編程的軟件算法中,利用程序判斷剔除短暫的異常突變信號(hào),再將測(cè)量到的功率數(shù)值做窗型滑動(dòng)濾波,使得變送器的輸出更加穩(wěn)定。
 
4 結(jié)束語
        由于瞬間勵(lì)磁涌流對(duì)電氣二次回路產(chǎn)生較大干擾,使電廠其它正常運(yùn)行的機(jī)組功率變送器因檢測(cè)到一定的諧波功率而發(fā)生突變。通過采用數(shù)字式功率變送器,提高變送器的線性度和準(zhǔn)確度高,增強(qiáng)抗干擾性。
 
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