勵磁涌流引起發(fā)電機功率變送器測量誤差的原因分析及改進措施

李惠　徐小川　于學(xué)偉

[摘要]隨著電力系統(tǒng)自動化程度的提高，發(fā)電廠自動化設(shè)備得到廣泛應(yīng)用。發(fā)電機功率作為其中的一個重要參數(shù)，其可靠性、穩(wěn)定性不但直接影響自動化設(shè)備的運行，而且對發(fā)電機組的安全運行也產(chǎn)生著十分重要的影響。本文闡述了關(guān)于主變壓器投運時產(chǎn)生的勵磁涌流及和應(yīng)涌流對發(fā)電機功率測量的影響及改進方法。從而使變送器在發(fā)生勵磁涌流影響時能更加準確地測量出發(fā)電機功率變化。

[關(guān)鍵詞]發(fā)電機；勵磁涌流；和應(yīng)涌流；功率變送器

引言

功率變送器作為發(fā)電機組的重要測量元件之一，其測量準確性、抗擾動能力及可靠性直接關(guān)系到發(fā)電機組能否穩(wěn)定運行。對于大容量機組如600Mw以上的發(fā)電機組，其DEH系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)的負荷調(diào)節(jié)、控制是根據(jù)發(fā)電機出口的功率測量值和給定的指令值來進行邏輯判斷，從而對水、煤、風(fēng)、汽的入口量進行調(diào)節(jié)，最終實現(xiàn)對機組的負荷調(diào)節(jié)。當(dāng)發(fā)電機出口的有功功率值發(fā)生大的非正常的波動時，可直接導(dǎo)致發(fā)電機的出力發(fā)生大的變化，甚至打閘，DCS系統(tǒng)退出CCS控制模式，AGC、AVCC系統(tǒng)退出自動模式等等。

1勵磁涌流形成的原因及危害

變壓器勵磁涌流是指變壓器全電壓充電或零起升壓時，在其繞組中產(chǎn)生的暫態(tài)電流。產(chǎn)生勵磁涌流的原因是：變壓器投入前鐵芯中的剩余磁通與變壓器投入時工作電壓產(chǎn)生的磁通方向相同時，其總磁通量遠遠超過鐵芯的飽和磁通量，因此產(chǎn)生較大的涌流，其中最大峰值可達到變壓器額定電流的6-8倍。勵磁涌流將在差動回路中引起很大的不平衡電流，可能導(dǎo)致保護的誤動作。通過對勵磁涌流波形的分析，其有以下特點：含有很大的非周期分量，使曲線偏向時間軸的一側(cè)：含有大量的高次諧波，其中二次諧波所占比重最大。勵磁涌流的危害性包括：（1）誘發(fā)鄰近正在運行機組的主變產(chǎn)生和應(yīng)涌流而誤跳閘，造成大面積停電；（2）引起合閘變壓器的繼電保護裝置誤動，使變壓器的投運失?。唬?）造成系統(tǒng)電壓驟升或驟降，影響其它電氣設(shè)備正常工作；（4）勵磁涌流中的非周期分量可能導(dǎo)致測量和保護CT磁路被過度磁化，降低測量精度和繼電保護裝置的正確動作率。

2010年5月21日，中海福建燃機#3機組（395Mw）跳閘，原因是#4主變?nèi)妷簺_擊合閘時致#3發(fā)電機功率變送器輸出發(fā)生畸變。2011年12月24日國華徐州#2機組（1000MW）跳閘，原因是#1機并網(wǎng)瞬間，導(dǎo)致#2發(fā)電機功率變送器輸出發(fā)生畸變。2013年10月21日，大唐呂四電廠#2機組（600Mw）協(xié)調(diào)控制自動退出，原因是東洲變電站（距呂四電廠約40Km）主變空載合閘致#2機功率變送器輸出發(fā)生畸變。

2.勵磁涌流對功率變送器測量的影響

2.1功率變送器測量原理

功率變送器基本都采用時分割乘法器測量原理，時分割乘法器的特點是：測量頻率較低，線性度，一般用于測量精度要求較高的場合。功率變送器的工作原理如圖（1）所示，可見時分割乘法器在整個變送器測量過程中起到至關(guān)重要的作用。時分割乘法器的工作原理是：一個對被測量進行調(diào)寬和調(diào)幅的工作過程，圖（2）是時分割乘法器的工作原理框圖，圖中運算放大器A和電容C1組成積分器，對R1和R2輸入的電流做求和積分，VR+和VR一是兩個基準電壓，開關(guān)S是受比較器控制而同時動作的模擬開關(guān)，積分器輸出的電壓和三角波發(fā)生器產(chǎn)生的三角波電壓經(jīng)過比較器比較，當(dāng)積分器輸出電壓大于三角波的電壓時，開關(guān)S接VR+，反之接VR-，乘法器輸出的E0得到的幅值為±EY的方波經(jīng)低通濾波后的直流成分。

2.2涌流引起的測量誤差

2.2.1高次諧波引起的誤差。

式（9）中I₀和τ分別為衰減的非周期直流分量的幅值和時間常數(shù)，I_h、φ_h為h次諧波分量幅值和初相角，ω為基波信號的角頻率。

由式（9）可以看出直流分量k可使電壓或電流曲線偏向時間軸的一側(cè)，從而導(dǎo)致功率測量值偏離標準值。

3.改進措施

從以上的分析看，發(fā)生涌流時產(chǎn)生的諧波功率及非周期分量產(chǎn)生的功率突變并非發(fā)電機發(fā)出的真實功率，因此傳統(tǒng)的模擬乘法器構(gòu)成的功率變送器在發(fā)生勵磁涌流或和應(yīng)涌流時已經(jīng)無法準確、真實地測量出發(fā)電機實際輸出的功率值。在這種情況下，采用CPU進行數(shù)據(jù)處理的數(shù)字智能型功率變送器就展示出其強大的優(yōu)勢了。由此我們設(shè)計出了一款新的數(shù)字智能型功率變送器RGHD-103，其測量原理如圖3所示，內(nèi)置高速A中轉(zhuǎn)換器及高性能的CPU。變送器對電壓或電流每個周波進行高速采樣，采用點數(shù)為128點，數(shù)字濾波方式，去除高次諧波及非周期分量的影響，計算出當(dāng)前的基波功率值，通過與穩(wěn)態(tài)時的功率測量值對比，CPU可判斷出當(dāng)前系統(tǒng)是否發(fā)生涌流現(xiàn)象，并根據(jù)該機組DEH的調(diào)節(jié)特性，采取相應(yīng)的措施，從而使變送器的輸出更加穩(wěn)定，降低受外界信號突變的干擾影響。

4.結(jié)論

本文通過對勵磁涌流產(chǎn)生的條件、勵磁涌流的分量組成、時分割乘法器的測量原理及產(chǎn)生涌流時諧波分量、非周期分量對功率變送器測量精度的影響進行分析，得出了發(fā)生涌流時機組功率測量不準確的原因，并給出了相應(yīng)的解決方案。RGHD-103型智能功率變送器響應(yīng)速度快、工作穩(wěn)定、抗干擾能力強，既具備常規(guī)功率變送器的高精度又能濾除勵磁涌流或和應(yīng)涌流所產(chǎn)生的暫態(tài)負荷波動，從而提高了DEH協(xié)調(diào)系統(tǒng)的的可靠性及穩(wěn)定性。