文一宇

(國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院，重慶401123)

基于RTDS的發(fā)電機(jī)功率變送器錄波性能試驗(yàn)

文一宇

(國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院，重慶401123)

基于RTDS設(shè)計(jì)了發(fā)電機(jī)功率變送器錄波性能試驗(yàn)方案。介紹了現(xiàn)有功率變送器的常規(guī)測(cè)試方法，分析了使用RTDS開展功率變送器錄波性能測(cè)試的必要性。詳細(xì)介紹了一種基于RTDS的功率變送器錄波性能試驗(yàn)方案，包括仿真系統(tǒng)模型、硬件接線。采用該方案對(duì)某型功率變送器進(jìn)行了實(shí)測(cè)，針對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，該方案可作為功率變送器測(cè)試的有效方法。

功率變送器;RTDS;試驗(yàn)方案;故障模塊設(shè)計(jì);錄波

0 引言

現(xiàn)階段大型發(fā)電機(jī)組一般采用有功功率變送器來(lái)測(cè)量機(jī)組實(shí)發(fā)功率，而功率變送器的量測(cè)功率信號(hào)是調(diào)速器控制和保護(hù)［1－2］的重要參數(shù)之一。這就對(duì)功率變送器的錄波性能提出了更高的要求，而投產(chǎn)前的測(cè)試是檢驗(yàn)變送器功能的重要手段。目前國(guó)內(nèi)廠家很少?gòu)碾娋W(wǎng)的角度考慮驗(yàn)證裝置性能，致使對(duì)變送器考察不夠全面。文獻(xiàn)［3］采用繼保測(cè)試儀對(duì)功率變送器性能進(jìn)行測(cè)試，無(wú)法全面考察電網(wǎng)側(cè)多種故障對(duì)其影響。因此開展功率變送器的數(shù)(動(dòng))模試驗(yàn)，模擬實(shí)際電力系統(tǒng)中各種運(yùn)行方式，考核電網(wǎng)側(cè)故障對(duì)功率變送器錄波性能的影響，是十分必要的。

電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器RTDS可通過(guò)通訊接口與外部實(shí)際裝置連接構(gòu)成數(shù)字－物理閉環(huán)回路，是進(jìn)行數(shù)字物理閉環(huán)試驗(yàn)的理想工具。下面提出基于RTDS的發(fā)電機(jī)功率變送器錄波性能測(cè)試試驗(yàn)方案，可考察變送器在電網(wǎng)各工況下的錄波性能，并針對(duì)某型變送器進(jìn)行了實(shí)測(cè)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該方案具有工程應(yīng)用價(jià)值。

1 試驗(yàn)方案

1.1 仿真系統(tǒng)模型

根據(jù)圖1所示的接線方式，基于RSCAD軟件平臺(tái)搭建一臺(tái)220 kV電壓等級(jí)接入的汽輪機(jī)組，通過(guò)一條同桿并架雙回線路與無(wú)窮大電源相連。

其中，發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量為1 200 MVA，機(jī)端額定電壓為15 kV，機(jī)組勵(lì)磁(IEEE Type ST1)、PSS (IEEE Type 2)、調(diào)速(IEEE Type 1)均調(diào)用自RSCAD標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù)。機(jī)端PT變比為150/1，CT變比設(shè)為1 200/1。升壓變壓器變比為15 kV/230 kV，容量1 220 MVA，短路阻抗4%。斷路器在實(shí)驗(yàn)中均設(shè)置在合位。

圖2 故障控制模塊

1.2 故障控制設(shè)計(jì)

圖1所示故障施加位置可根據(jù)需要在模型中進(jìn)行變換。模型中對(duì)故障控制進(jìn)行了優(yōu)化。可根據(jù)需要進(jìn)行單重故障或雙重故障的模擬，并可對(duì)故障觸發(fā)相角、持續(xù)時(shí)間、故障類型及故障相進(jìn)行控制。故障控制邏輯如圖2所示。

模型經(jīng)編譯通過(guò)后，可在RUNTIME模塊中建立控制臺(tái)，通過(guò)控制臺(tái)可以實(shí)時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行施加故障和控制參數(shù)的操作，并對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視。

1.3 試驗(yàn)硬件接線

RSCAD軟件平臺(tái)經(jīng)編譯計(jì)算后，將發(fā)電機(jī)端的PT三相電壓、CT三相電流信號(hào)經(jīng)RTDS的模擬量輸出卡GTAO輸出至功率放大器。功放將信號(hào)放大后同時(shí)輸出至功率變送器和高速數(shù)據(jù)錄波儀。功率變送器再將功率信號(hào)輸出至高速數(shù)據(jù)錄波儀。通過(guò)高速錄波儀分析比對(duì)功放波形與功率變送器信號(hào)是否一致。

所提試驗(yàn)方案中采用便攜式電量記錄分析儀WFLC－VI來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)錄波。由于功率變送器輸出信號(hào)為毫安級(jí)的電流信號(hào)，因此在其功率信號(hào)輸出端口增加一個(gè)電流轉(zhuǎn)電壓環(huán)節(jié)，減少信號(hào)損耗。由此構(gòu)成圖3所示的功率變送器測(cè)試試驗(yàn)系統(tǒng)。

2 裝置的試驗(yàn)測(cè)試

選取某型功率變送器進(jìn)行實(shí)測(cè)。測(cè)試主要針對(duì)在電網(wǎng)發(fā)生各種類型瞬時(shí)故障的情況下，功率變送器錄得波形與實(shí)際機(jī)端功率的區(qū)別。為全面考察變送器的錄波性能，模擬的故障類型包括:單相故障、三相故障及雙重故障，同時(shí)考慮故障持續(xù)時(shí)間、故障類型的影響。試驗(yàn)初始條件下，發(fā)電機(jī)輸出功率為600 MW。

2.1 故障持續(xù)時(shí)間的影響

在圖1所示的線路50%處分別施加三相接地短路，故障持續(xù)時(shí)間分別取0.01 s、0.1 s、0.2 s。

圖3 功率變送器測(cè)試硬件接線

圖4～圖6為錄波波形。其中，P是經(jīng)放大器直接輸出的發(fā)電機(jī)功率信號(hào)，變送器P是從通過(guò)功率變送器輸出量測(cè)功率信號(hào)。

圖4 故障持續(xù)0.01 s時(shí)的測(cè)試結(jié)果

根據(jù)分析，故障持續(xù)時(shí)間對(duì)錄波性能影響較大。圖4中，故障發(fā)生前變送器錄波值與實(shí)際值基本一致。但故障發(fā)生后，變送器波形變化延遲約1個(gè)周波，且濾除了實(shí)際功率首擺的波峰。在其后的變化中，變送器功率與實(shí)際波形有差距，某些時(shí)刻波形呈現(xiàn)與實(shí)際相反的情況。

圖5、圖6中，功率變送器錄波與實(shí)際波形變化趨勢(shì)相似度較高。但變送器波形變化均延遲約1個(gè)周波，且功率首擺波峰被濾除。在功率擺動(dòng)中，變送器波形變化幅度與實(shí)際值相差30～50 MW。

圖5 故障持續(xù)0.1 s時(shí)的測(cè)試結(jié)果

圖6 故障持續(xù)0.2 s時(shí)的測(cè)試結(jié)果

2.2 故障類型的影響

在如2.1節(jié)所述故障點(diǎn)分別為不同故障(包括單一故障和雙重故障)，故障持續(xù)時(shí)間均為0.2 s。由于篇幅有限，此處僅列出兩個(gè)代表性波形進(jìn)行分析。圖7為兩相短路接地(單一故障)情況下的波形，圖8為兩相短路后，間隔0.2 s轉(zhuǎn)為兩相短路接地(雙重故障)后的波形。

圖7 單一故障測(cè)試結(jié)果

根據(jù)結(jié)果可知，在不同故障類型情況下，功率變送器暫態(tài)錄波與實(shí)際波形趨勢(shì)大致接近。但變送器錄波依然存在延遲1個(gè)周波，且首擺波峰被濾除。功率擺動(dòng)中變送器變化幅度與實(shí)際值相差20～50 MW不等。

圖8 雙重故障測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

基于RTDS設(shè)計(jì)了一種發(fā)電機(jī)功率變送器錄波性能測(cè)試方案，用以測(cè)試變送器暫態(tài)錄波特性。所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ涂赡M電網(wǎng)側(cè)發(fā)生單一或雙重組合故障，較為全面地考察電網(wǎng)發(fā)生瞬時(shí)故障時(shí)功率變送器錄波是否準(zhǔn)確。

按照所提出的方案，針對(duì)某型變送器開展了基于RTDS的數(shù)模試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了存在的一些問(wèn)題:

1)變送器穩(wěn)態(tài)錄波與實(shí)際一致，功率發(fā)生波動(dòng)后其錄波延遲約1個(gè)周波，且濾除了首擺波峰。

2)變送器錄波性能受故障持續(xù)時(shí)間影響。前述故障持續(xù)小于0.1 s，變送器波形與實(shí)際差距較大;持續(xù)時(shí)間大于0.1 s波形與實(shí)際在趨勢(shì)上基本一致，但在功率擺動(dòng)過(guò)程中與實(shí)際值差距在20～50 MW之間。

所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案可作為功率變送器測(cè)試的有效方法。

［1］陳元鎖，張明澤.功率變送器故障導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)快速降負(fù)荷的分析及應(yīng)對(duì)措施［J］.燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2011，24(4):56－60.

［2］徐學(xué)琴，郭玉恒，王秀梅，等.調(diào)速器功率變送器測(cè)量偏小導(dǎo)致機(jī)組有功功率波動(dòng)分析［J］.中國(guó)農(nóng)村水利水電，2014(10):176－177.

［3］張寶，楊濤，項(xiàng)謹(jǐn)，等.電網(wǎng)瞬時(shí)故障時(shí)汽輪機(jī)汽門快控誤動(dòng)作原因分析［J］.中國(guó)電力，2014，47(5):25－28，34.

The test scheme for wave recording performance of power transducer is designed based on RTDS.The present situation of common testing methods for power transducer is introduced，and the necessity of wave recording performance test for power transducer with RTDS is analyzed.A test scheme for wave recording performance of power transducer is introduced in detail，including simulation model and hardware connection.The proposed scheme is used to test a certain type of power transducer，and the test results are analyzed.The results show that the proposed scheme is useful in the inspection of power transducer.

power transducer;RTDS;test scheme;design of fault module;wave recording

TM933.3

A

1003－6954(2015)06－0088－03

2015－07－31)

文一宇(1984)，碩士，工程師，從事電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行研究與故障分析。