田愛惠 / 內(nèi)蒙古大唐國(guó)際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司

發(fā)電機(jī)組同步相量測(cè)量裝置調(diào)試研究

田愛惠 / 內(nèi)蒙古大唐國(guó)際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司

為進(jìn)一步加強(qiáng)電力系統(tǒng)調(diào)度中心對(duì)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定監(jiān)測(cè)和分析能力，應(yīng)在重要的變電站和發(fā)電廠安裝同步相量測(cè)量裝置，構(gòu)建電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并通過調(diào)度中心主站實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程的監(jiān)測(cè)和分析。在此系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試的過程中，與廠方人員共同發(fā)現(xiàn)并解決了一些關(guān)鍵技術(shù)問題，因此，希望在這里發(fā)表出來(lái)，供使用同類系統(tǒng)的其他電廠參考和借鑒。

對(duì)時(shí)；通道；報(bào)警

隨著國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)的發(fā)展，大區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)是發(fā)展的趨勢(shì)。運(yùn)行穩(wěn)定性的破壞是對(duì)電網(wǎng)互聯(lián)運(yùn)行安全的最大威脅。電網(wǎng)的穩(wěn)定性分為三種：頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和功角穩(wěn)定。電網(wǎng)同步相量測(cè)量系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用解決以上問題。同步相量測(cè)量的電力系統(tǒng)網(wǎng)格可以測(cè)量電壓的相位，關(guān)鍵點(diǎn)的相電流，發(fā)電機(jī)功角同步相量數(shù)據(jù)，通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)到一個(gè)監(jiān)測(cè)站，根據(jù)相位和振幅的不同點(diǎn)監(jiān)控主站，在受到系統(tǒng)擾動(dòng)時(shí)確定系統(tǒng)怎樣解列、切機(jī)及切負(fù)荷,避免事故的進(jìn)一步擴(kuò)大甚至瓦解。

1.機(jī)組對(duì)同步相量測(cè)量裝置的要求和設(shè)計(jì)方案

托克托發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱托電）是華北電網(wǎng)的骨干電廠，為適應(yīng)京津唐地區(qū)電力負(fù)荷的增長(zhǎng)需求，新擴(kuò)建兩臺(tái)660MW超超臨界空冷發(fā)電機(jī)組，作為全國(guó)裝機(jī)容量最大的電廠，托電對(duì)京津唐電網(wǎng)的穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。因此，需要安裝一種可靠性高，通用性強(qiáng)，集成度高，數(shù)據(jù)符合系統(tǒng)規(guī)范的同步相量測(cè)量系統(tǒng)（PMU）來(lái)為電網(wǎng)調(diào)度提供數(shù)據(jù)支持。在五期工程中托電選用了南瑞繼保集團(tuán)生產(chǎn)的PCS-996同步相量測(cè)量系統(tǒng)。PCS-996系列同步相量測(cè)量系統(tǒng)主要用于電力系統(tǒng)同步相量測(cè)量和輸出以及動(dòng)態(tài)過程的記錄。PCS-996系列同步相量測(cè)量系統(tǒng)由同步相量采集單元（PMU）和數(shù)據(jù)集中器組成。PMU的核心特征包括基于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的同步相量測(cè)量、失去標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的守時(shí)能力、PMU與PDC或主站之間的實(shí)時(shí)通信。PDC用于將多個(gè)PMU的信息進(jìn)行匯集，集中向主站上送，并可能具有本地存儲(chǔ)相量數(shù)據(jù)的輔助功能。PMU、PDC與WAMS主站之間的通信應(yīng)遵循標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議IEEE C37.118-2005。

2.PCS-996 同步相量測(cè)量系統(tǒng)介紹

PCS-996 同步相量測(cè)量系統(tǒng)主要由以下設(shè)備組成：PCS－996B：用于發(fā)電廠機(jī)組的同步相量測(cè)量，可采集和記錄發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)、功角和機(jī)端電壓、電流等電氣量相量以及開關(guān)量，同時(shí)還可以采集和記錄勵(lì)磁電壓、電流、轉(zhuǎn)速、調(diào)頻等 4～20mA 的信號(hào)量；PCS－996B 可接入2臺(tái)機(jī)組和2個(gè)交流間隔。PCS－996G：數(shù)據(jù)集中器以光纖直連方式接收來(lái)自站內(nèi) PCS－996B 的同步相量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行本地存儲(chǔ)，與 WAMS 主站或監(jiān)控系統(tǒng)通信，實(shí)時(shí)上送同步相量數(shù)。PCS-996G 提供至少 4 個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)接口，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì) 8 個(gè)以上的主站通信，通過擴(kuò)展通信插件可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)主站通信的要求。

3.PCS-996系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與安裝

PCS-996系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1）相量計(jì)算功能：1.計(jì)算相量的幅值和相角，例如：Ua,Ub,Uc,Ia,Ib,Ic,Eq2.計(jì)算模擬量，例如：P，Q，f，df/dt3.監(jiān)視開關(guān)量，例如：保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，PSS 動(dòng)作信號(hào)具體包括：發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)、功角、定子電壓、定子電流、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)速信號(hào)，接入送出線路的電壓、電流量，并接入必要的開關(guān)量。實(shí)時(shí)通信功能：通過 C37.118 規(guī)約向 PDC 或主站實(shí)時(shí)傳輸相量數(shù)據(jù),暫態(tài)錄波功能：當(dāng)有電氣量或開關(guān)量觸發(fā)時(shí)，可觸發(fā)暫態(tài)錄波，遵循 COMTRADE1999 標(biāo)2）數(shù)據(jù)集中器采用基于 UAPC平臺(tái)的設(shè)計(jì)，與 PCS 系列保護(hù)裝置具有同樣的可靠性，區(qū)別于其它依賴工控機(jī)的方案，它有著更高的可靠性和更靈活的配置，可連接至少 1～8 個(gè) PMU 采集單元以及至少 8 個(gè)以上的主站，同時(shí)具有 128G 以上的大容量存儲(chǔ)設(shè)備。3）采集單元與數(shù)據(jù)集中器之間，PMU 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸采用光纖直連，與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、暫態(tài)數(shù)據(jù)、事件報(bào)文等其它離線數(shù)據(jù)通信徹底分離，充分保證了 PMU 較高的實(shí)時(shí)性要求。 GPS 對(duì)時(shí)采用高精度的 IRIG-B 碼，可支持光纖接口和 RS-485 接口兩種方式。具有靈活的通訊方式，配有 4 個(gè)以上獨(dú)立的百兆以太網(wǎng)接口和 RS-485 通信接口，以太網(wǎng)口有光纖接口和電口兩種模式。設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)布置和安裝：PCS－996B數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)安裝在新建9/10號(hào)機(jī)組13.7米電子間內(nèi)，每臺(tái)機(jī)組安裝一套數(shù)據(jù)采集裝置及配套的數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)，并由機(jī)組時(shí)鐘同步信號(hào)箱提供系統(tǒng)所需同步信號(hào)時(shí)鐘。PCS－996G數(shù)據(jù)集中器系統(tǒng)安裝于500KV升壓站1號(hào)網(wǎng)控樓電子間內(nèi)，兩臺(tái)機(jī)組共用一面數(shù)據(jù)屏。并由網(wǎng)控系統(tǒng)提供GPS或北斗同步時(shí)鐘信號(hào)。系統(tǒng)的工作電源由相應(yīng)的機(jī)組和網(wǎng)控樓直流電源提供，設(shè)備的布置充分考慮了工作環(huán)境穩(wěn)定性、電磁環(huán)境兼容性以及設(shè)備的可維修性。機(jī)組與網(wǎng)控之間數(shù)據(jù)由多模光纜傳輸。

4.設(shè)備的調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題和解決方案

設(shè)備安裝完成后，進(jìn)入調(diào)試階段。在此期間，在PCS－996B端進(jìn)行了各種開關(guān)量的模擬傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)，通過各種模擬向量的測(cè)試信號(hào)，驗(yàn)證了PCS－996B的數(shù)據(jù)采集功能基本正常。在和網(wǎng)控樓內(nèi)的PCS－996G數(shù)據(jù)集中器系統(tǒng)進(jìn)行通訊實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)問題：1、PCS－996G數(shù)據(jù)集中器接收PCS－996B數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)信號(hào)不能鎖定，信號(hào)存在著較大的數(shù)據(jù)抖動(dòng)率(jitter)，丟包率(drop)偏高。我通過多年從事通訊工作的經(jīng)驗(yàn)，判斷光信號(hào)衰減過大，接收端光信號(hào)電平不足，我們采取了清潔光纜尾纖端面，重新插拔光接收模塊的方法，問題始終未能消除。最后根據(jù)筆者的建議，更換了另一對(duì)備用光纖，故障果然消失了，判斷是光纜中間接頭熔接不良造成信號(hào)衰減偏大，由于PCS－996系統(tǒng)對(duì)信號(hào)質(zhì)量要求較高，造成接收端信號(hào)強(qiáng)度不能滿足系統(tǒng)要求。2、PMU 裝置(PCS-996A/B/G)均需要對(duì)時(shí)，對(duì)時(shí)方式固定是IRIG-B 碼。 裝置的對(duì)時(shí)接口為RS-485方式；當(dāng)采用光纖B碼方式時(shí)，需采用RCS-9884 光電轉(zhuǎn)換設(shè)備轉(zhuǎn)成RS-485 信號(hào)。進(jìn)入裝置的B 碼應(yīng)該是負(fù)極性，即用萬(wàn)用表的直流電壓檔測(cè)量顯示負(fù)值（但其實(shí)是上升沿有效）。若極性不正確，可通過跳線選擇常有光、常無(wú)光方式進(jìn)行切換。系統(tǒng)聯(lián)調(diào)開始后，開始數(shù)據(jù)傳輸正常，但每到整點(diǎn)就會(huì)發(fā)出時(shí)鐘同步報(bào)警，對(duì)于這個(gè)故障，廠家也覺得奇怪，因?yàn)楦黜?xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)均未顯示異常，但報(bào)警始終不能消除。經(jīng)過多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)將時(shí)鐘同步信號(hào)切換到北斗系統(tǒng)后，故障消失。經(jīng)與廠方技術(shù)人員共同分析原因是PCS－996系統(tǒng)每小時(shí)會(huì)與系統(tǒng)各部分進(jìn)行一次時(shí)鐘信號(hào)對(duì)齊。因本系統(tǒng)對(duì)時(shí)種信號(hào)誤差要求較高，GPS時(shí)鐘系統(tǒng)精度受接收系統(tǒng)影響，在一定時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)累計(jì)誤差，當(dāng)整點(diǎn)與系統(tǒng)同步時(shí)，出現(xiàn)較大偏差觸發(fā)報(bào)警。RCS-9785GPS 時(shí)鐘可輸出多種對(duì)時(shí)信號(hào)（IRIG-B（DC）、PPS、PPM、對(duì)時(shí)報(bào)文），提供多種接口方式（光纖、RS-485、RS-232、空接點(diǎn)）。RCS-9785 GPS 時(shí)鐘的 IRIG-B（DC）、PPS及 PPM 精度 ≤1us，脈沖前沿時(shí)間 ≤50ns，內(nèi)部的時(shí)鐘準(zhǔn)確度優(yōu)于 7×10-8。RCS-9785 有 C 和 D 兩種型號(hào)，RCS-9785C 型和 D型裝置在功能配置上有所不同，其中：RCS-9785C 內(nèi)部集成了一個(gè) GPS 模塊，使用兩套裝置作為兩個(gè)獨(dú)立的時(shí)鐘源，可以實(shí)現(xiàn)“雙機(jī)雙網(wǎng)”運(yùn)行，主備自動(dòng)切換。RCS-9785D 內(nèi)部集成了兩個(gè) GPS模塊，用一套裝置即可實(shí)現(xiàn)“雙機(jī)雙網(wǎng)”運(yùn)行，兩個(gè) GPS 模塊作為兩個(gè)獨(dú)立的時(shí)鐘源，主備自動(dòng)切換，適合組屏要求緊湊的情況。而北斗系統(tǒng)信號(hào)精度更高，累計(jì)誤差小，從而解決了這一問題。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要把這些附屬配套設(shè)備也作為系統(tǒng)的一部分通盤考慮，從而提高設(shè)備的整體可靠性和運(yùn)行穩(wěn)定性。

作為華北電網(wǎng)的骨干電廠，托電五期兩臺(tái)660MW發(fā)電機(jī)組的投產(chǎn)無(wú)疑為華北電網(wǎng)的穩(wěn)定增添了一份保障。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定已是越來(lái)越突出問題。以PMU為基本單元的廣域測(cè)量系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)地反映全系統(tǒng)動(dòng)態(tài)，是構(gòu)筑電力系統(tǒng)安全防衛(wèi)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。通過對(duì)PCS-996同步相量測(cè)量系統(tǒng)的安裝調(diào)試過程中的問題的發(fā)現(xiàn)和解決，為機(jī)組投產(chǎn)以后的穩(wěn)定運(yùn)行和科學(xué)調(diào)度打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。使新機(jī)組可以更穩(wěn)定，更經(jīng)濟(jì)也更安全的為電網(wǎng)貢獻(xiàn)力量。

[1]《基于 S GPS 時(shí)鐘的電網(wǎng)同步相量測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》朱發(fā)蘭 2014.10

[2]《PCS-996同步相量測(cè)量系統(tǒng)說明書》南京南瑞繼保電氣有限公司 版本：1.02