萬君

（豐滿大壩重建工程建設(shè)局,吉林吉林市132108）

水電廠同步相量測量裝置接入方法

萬君

（豐滿大壩重建工程建設(shè)局,吉林吉林市132108）

同步相量測量裝置（PMU），主要用于電力系統(tǒng)動態(tài)過程的監(jiān)測和分析。其中發(fā)電機內(nèi)電勢和發(fā)電機功角參數(shù)是必要監(jiān)控參數(shù)，該內(nèi)電勢和功角送到WAMS主站用于高級應(yīng)用。文中對已投運水電廠進行新裝PMU裝置改造施工時，鍵相（轉(zhuǎn)速）脈沖信號的接入方法進行分析。

水電廠；同步向量測量裝置（PMU)；鍵相（轉(zhuǎn)速）脈沖

0 引言

為進一步加強電力系統(tǒng)調(diào)度中心對電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定監(jiān)測和分析能力，近幾年重要的變電站和發(fā)電廠均要求安裝同步相量測量裝置（PMU），以便構(gòu)建電力系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（WAMS），并通過調(diào)度中心主站實現(xiàn)對電力系統(tǒng)動態(tài)過程的監(jiān)測和分析[1]。其中發(fā)電機內(nèi)電勢和發(fā)電機功角參數(shù)是必要監(jiān)控參數(shù)。

1 工程概況

PMU裝置可接入火電機組的鍵相脈沖，或水電機組的轉(zhuǎn)速脈沖，用該脈沖計算機械法發(fā)電機內(nèi)電勢和發(fā)電機功角，該內(nèi)電勢和功角送到WAMS主站用于高級應(yīng)用[2]。WAMS應(yīng)用通常要求PMU上送數(shù)據(jù)的周期為10～40 ms級別，從而能實現(xiàn)電網(wǎng)的動態(tài)監(jiān)測。

該工程項目是對已投運多年的某水電廠三期電站側(cè)，2臺140MW機組進行新增同步向量測量裝置（PMU）改造。工程采購了PCS—996B型同步向量測量裝置，原有機組沒有可以輸出轉(zhuǎn)速脈沖的相應(yīng)裝置，在安裝PMU裝置的同時，需對外圍接入信號進行改造施工，以便滿足接入要求。界面接口和配合問題、相關(guān)經(jīng)驗缺乏、現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，也給實施增加了較大難度。

2 實施方案

結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境條件和工期因素，初期設(shè)計方案采用了在機組主軸上安裝鍵相貼片，在主軸旁安裝脈沖傳感器，將轉(zhuǎn)速脈沖信號接入PMU裝置的方式。

2.1 鍵相傳感器安裝方式：

1）在原來支架擴孔攻絲M 18×1.5。

2）在水輪機組主軸對應(yīng)傳感器探頭位置安裝金屬貼片。

3）傳感器安裝：與貼片的安裝間隙為1 mm，傳感器的安裝方向標(biāo)志線向上且機組大軸的中心線垂直。

4）接線：鍵相傳感器（探頭）有一根電纜引出，電纜有三根線，分別是藍線、屏蔽線、白線。藍線：接電源0 V輸出；屏蔽線：接電源-24 V輸出；白線（和藍線）；經(jīng)電纜連接到控制室PMU柜。原理接線見圖1。

圖1 原理接線圖

PMU柜設(shè)備∶PCS—996B接入鍵相脈沖、轉(zhuǎn)速脈沖的端口是同一個，裝置通過“極對數(shù)、齒個數(shù)”定值適應(yīng)這兩種信號，按現(xiàn)場實際輸入機組極對數(shù)28對。功角測量插件NR 1416采集發(fā)電機的機端電壓、鍵相脈沖、轉(zhuǎn)速脈沖，并可輸出兩路4～20 mA的直流信號。兩路鍵相脈沖輸入：高電平小于48 V，低電平小于－48 V；NR 1416插件利用比較器原理，將鍵相脈沖整形為CPU可以測量的TTL電平，為了達到相對較高的測量精度，應(yīng)將比較器閾值設(shè)定在鍵相脈沖的高低電平中間。

2.2 調(diào)試方法

模擬試驗。首先進行了靜態(tài)模擬試驗，利用金屬薄片在傳感器前進行垂直滑動，模擬大軸轉(zhuǎn)動時，鍵相貼片切割探頭過程，此時觀察PMU裝置輸入信號有間斷性變化，證明傳感器接線良好。

實際試驗：現(xiàn)場進行了實際開機試驗，當(dāng)機組從啟動到達額定轉(zhuǎn)速過程中，觀察PMU裝置鍵相脈沖信號機及轉(zhuǎn)速計算值。

2.3 試驗結(jié)果

模擬試驗時用金屬薄片劃過傳感器與大軸之間，有0 V，-18 V，-24 V之間的變化；有間歇性數(shù)值顯示，證明了接線回路良好

實際開機試驗時，測量接入信號線有電平變化，PMU裝置液晶面板無準(zhǔn)確信號顯示。

3 結(jié)果分析

經(jīng)傳感器廠家技術(shù)人員、南瑞PMU技術(shù)人員確認后，現(xiàn)場安裝接線方式準(zhǔn)確；導(dǎo)致信號無法上傳，原因如下：

1）主軸擺動偏差過大：由于豐滿三期機組已運行多年，機組運行工況及軸振動擺度情況較復(fù)雜，大軸最大擺動偏差達0～1.5 cm。導(dǎo)致傳感器與貼片的安裝間隙為1 mm的精度在機組轉(zhuǎn)動后無法滿足。

2）脈沖信號周期不滿足要求：水電機組由水力驅(qū)動，轉(zhuǎn)速慢，因此設(shè)計為有多對極的凸極機。根據(jù)水輪機其額定轉(zhuǎn)速為3 000/N轉(zhuǎn)/分的原理，豐滿三期機組其額定轉(zhuǎn)速為N=107.1轉(zhuǎn)/分，極對數(shù)為P=28對。本機組采用單一貼片，機組每轉(zhuǎn)動一周輸出一個信號，根據(jù)大軸每旋轉(zhuǎn)一周約20 ms×N計算得出，大軸每旋轉(zhuǎn)一周約20×28=156 ms。遠大于鍵相脈沖信號的周期在10～40 ms的級別要求[3]，故不能用于測量發(fā)電機內(nèi)電勢。

綜合上述兩點原因，導(dǎo)致水輪機組采用單一鍵相貼片的方式無法實現(xiàn)機組鍵相（轉(zhuǎn)速）脈沖信號有效上傳，從而無法通過實測得出發(fā)電機內(nèi)電勢和發(fā)電機功角測量。

4 改進措施

根據(jù)失敗原因，為實現(xiàn)發(fā)電機內(nèi)電勢測量，可以在軸上增加與機組極對數(shù)相等的鍵相貼片數(shù)量，或安裝一個齒條(齒數(shù)M與極對數(shù)N相當(dāng))，使大軸每轉(zhuǎn)一大周，輸出M個脈沖，稱為轉(zhuǎn)速脈沖。進而滿足鍵相脈沖信號在10～40 ms級別的周期要求，實現(xiàn)發(fā)電機內(nèi)電勢和發(fā)電機功角測量。

5 結(jié)語

根據(jù)上述改造經(jīng)驗，轉(zhuǎn)速較低的常規(guī)水電機組，采用單一鍵相貼片方式實現(xiàn)同步相量測量裝置PMU鍵相（轉(zhuǎn)速）脈沖接入是不可行的。同時老舊機組主軸震動對信號傳輸也是重要制約條件。

為實現(xiàn)發(fā)電機內(nèi)電勢測量，應(yīng)采用在水輪機主軸上安裝一個齒條(齒數(shù)M與極對數(shù)N相當(dāng))的方式，實現(xiàn)PMU鍵相（轉(zhuǎn)速）脈沖接入。僅以此文為同類機組PMU接入提供參考。

TV737

B

1002－0624（2016）11－0069－02

2016-05-10