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      發(fā)電機(jī)功率變送系統(tǒng)優(yōu)化分析

      2019-06-11 18:50:34路海麗
      科學(xué)與財富 2019年9期
      關(guān)鍵詞:發(fā)電機(jī)

      摘 要:在電力系統(tǒng)自動化程度日益提高的同時,發(fā)電機(jī)功率作為重要參數(shù)之一,在在機(jī)組MCS、DEH、ECS等自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用更為廣泛。機(jī)組控制系統(tǒng)采集到的發(fā)電機(jī)功率數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性,不僅影響到設(shè)備的穩(wěn)定運行,對機(jī)組的安全也是重要的考驗。將傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)功率變送器與智能變送裝置在可靠性、數(shù)據(jù)精度、響應(yīng)時間等方面進(jìn)行對比分析,剖析傳統(tǒng)功率變送器存在的問題及優(yōu)化的必要性。在發(fā)現(xiàn)電廠普遍存在的問題后,某電廠三期1X1000MW機(jī)組功率變送系統(tǒng)在裝置升級、電源優(yōu)化、接入回路等方面進(jìn)行了系統(tǒng)化實施。提高在同等工況下,功率信號傳輸?shù)姆€(wěn)定及暫態(tài)性能,防止因功率波動出現(xiàn)汽門誤動情況發(fā)生。

      關(guān)鍵詞:發(fā)電機(jī) DEH控制系統(tǒng);MCS模擬量控制系統(tǒng);功率變送器;發(fā)電機(jī)智能變送裝置

      引 言:某電廠5臺發(fā)電機(jī)的功率變送系統(tǒng)普遍采用的是傳統(tǒng)的模擬式功率變送器,利用采集發(fā)電機(jī)的電壓電流量產(chǎn)生模擬量功率信號。有功功率變送器的信號一般送至MCS、DEH和ECS等系統(tǒng)應(yīng)用。其中ECS將功率信號作用于后臺的監(jiān)控顯示,DEH和MCS將有功功率信號作用于機(jī)組測量和控制調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)依據(jù)。

      目前的功率變送器在輸出精度、響應(yīng)時間等大部分方面能夠滿足系統(tǒng)的要求。但發(fā)電機(jī)地電流電壓中存在多次諧波分量、直流諧波分量及非周期分量,可能會引起發(fā)電機(jī)功率的畸變,最終會導(dǎo)致變送器輸出信號與實際功率變化值不符,引起DEH系統(tǒng)中的汽門誤動事故,給機(jī)組的安全穩(wěn)定運行帶來不良影響。

      目前常用的解決方法就是用某一型號的功率變送器去替換現(xiàn)已投運的變送器,但通過對不同型號的功率變送器進(jìn)行暫態(tài)性能的對比試驗,也很難得出某一型號功率變送器的性能優(yōu)于其他型號功率變送器的結(jié)論,也不能避免系統(tǒng)故障時發(fā)電機(jī)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)不正確動作引起的發(fā)電機(jī)功率異常大幅度波動。

      鑒于此,最佳途徑是將傳統(tǒng)的模擬功率變送器更換為新型智能功率變送裝置,保證功率信號傳輸?shù)姆€(wěn)定及暫態(tài)性能,防止出現(xiàn)汽門誤動、系統(tǒng)波動等情況。

      1 具體實施步驟及附圖

      1.1 改造前功率變送器的原理圖:

      備注:U21、U22、U23為機(jī)組三個單相有功功率變送器。

      1.2 改造后的智能功率變送裝置的原理圖如下:

      1.3 功率變送系統(tǒng)優(yōu)化后的分析

      將傳統(tǒng)的功率變送器改為發(fā)電機(jī)智能變送裝置的輸入回路的電流電壓回路由原來的單路測量8TA和2TV,改為一組測量8TA和一組保護(hù)7TA,2TV和3TV同時輸入裝置,同時在線運行,可以在裝置檢測到測量TA在直流分量、二次諧波、高次諧波、零序分量方面出現(xiàn)波動時,自動無擾切換至保護(hù)TA,通過自動濾波功能,優(yōu)化輸出數(shù)據(jù)變化曲線,避免出現(xiàn)波形畸變。

      輸出回路由原來的單路功率輸出,每個裝置增加至8個輸出通道,輸出精度更高,并且每個通道可以根據(jù)運行需要,設(shè)置為有功功率、無功功率、電流、電壓、功率因數(shù)、頻率等多種模擬分量,可以根據(jù)需要進(jìn)行自主設(shè)定,滿足多種形式的需要。

      某電廠5號機(jī)采用的三臺裝置并聯(lián)運行方式,給三臺裝置同時接入GPS對時裝置。這樣既可以滿足機(jī)組DEH、MCS系統(tǒng)對于機(jī)組數(shù)據(jù)“三取中”的要求,也可在發(fā)生異常時統(tǒng)一時間分別對三個裝置根據(jù)波形對比DCS歷史趨勢,進(jìn)行數(shù)據(jù)分析

      2 功率變送系統(tǒng)優(yōu)化前后技術(shù)對比分析

      2.1 現(xiàn)有技術(shù)缺點

      原來的數(shù)字變送器采用的接入一路測量TA,在這組測量TA發(fā)生波動時會產(chǎn)生高次諧波,送至DCS、DEH、MCS時的模擬量輸出(4~20mA量)發(fā)生畸變,當(dāng)協(xié)調(diào)控制設(shè)定值與實際功率偏差達(dá)到設(shè)定值(50MW)時,可能引起汽門誤動,機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)會自動退出。

      2.2 解決的技術(shù)問題

      2.2.1 解決了測量級TA易飽和的問題。常用的變送器使用的測量級TA易飽和,而保護(hù)級TA不易飽和。新安裝的智能變送裝置采用測量級TA和保護(hù)級TA同時運行,可選擇能自動實現(xiàn)測量級 TA 和保護(hù)級TA 自動切換,這樣在發(fā)生涌流現(xiàn)象或電氣故障的瞬間,測量TA會出現(xiàn)波動或質(zhì)量下降,經(jīng)裝置判斷后自動切換到保護(hù)級TA,避免因測量TA波動引起輸出功率的快速大幅波動,大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性。

      2.2.2 解決了常用變送器抗干擾能力差得問題。常用的變送器抗干擾能力差,國內(nèi)有多個電廠因干擾原因造成跳機(jī)事故。新安裝的智能變送裝置具有自動濾波的功能,在發(fā)生電氣故障或電氣操作時,可以自動濾除諧波分量,避免出現(xiàn)畸變。

      2.2.3 解決了常用變送器時間常數(shù)太大的問題。常用的變送器時間常數(shù)在240ms--400ms之間,加上DEH、MCS通道本身的延時,導(dǎo)致保護(hù)動作時間在幾百毫秒以上,難以滿足系統(tǒng)快速反應(yīng)的要求。當(dāng)功率變送器輸入值發(fā)生快速變化時,輸出值會發(fā)生畸變,國內(nèi)多個電廠曾因功率變送器輸出發(fā)生畸變,造成汽輪機(jī)汽門誤動。新安裝的微機(jī)型智能變送裝置能夠顯著提高抗干擾能力。新裝置的響應(yīng)時間在40ms以內(nèi)可有效解決普通的功率變送器相應(yīng)時間長的問題,滿足系統(tǒng)故障快速響應(yīng)的要求。

      2.2.4 解決了二次斷線引起功率失真的問題。常用的功率變送器只有一組TV和TA,當(dāng)TA或者TV斷線時,傳統(tǒng)的功率變送器無法采取任何閉鎖措施,必然導(dǎo)致功率輸出跌落。新安裝的智能變送裝置采用的是兩組不同繞組的TV兩個不同繞組的TA,當(dāng)任何一組TA或者TV二次回路斷線時,都能自動切換到另外一組未斷線的TA或者TV運行,不會對輸出功率造成任何影響,解決了傳統(tǒng)功率變送器在發(fā)生斷線后功率失真的問題。

      2.3 新技術(shù)主要的創(chuàng)新點

      2.3.1 采用2路TA和雙TV同時輸入。新安裝的發(fā)電機(jī)智能變送裝置分別接入2組獨立的發(fā)電機(jī)機(jī)端TV繞組、1組保護(hù)級機(jī)端TA繞組、1組測量級機(jī)端TA繞組。通過裝置自身判別,保證輸出穩(wěn)定的參數(shù),確保機(jī)組DEH、MCS調(diào)節(jié)系統(tǒng)可靠運行。

      2.3.2 實現(xiàn)測量TA和保護(hù)TA的自動切換,具有良好的暫態(tài)性能。在正常運行情況下,變送裝置采用測量級TA電流計算,保證0.2級的測量精度。當(dāng)發(fā)生區(qū)外故障或涌流時,變送裝置采用保護(hù)級TA電流進(jìn)行計算,解決系統(tǒng)故障情況下的暫態(tài)特性問題。

      2.3.3 ?裝置具備靈敏檢測功能,滿足高可靠性。由于同時接入了兩組TA和兩組TV,變送裝置可以靈敏檢測TV和TA斷線,單一TV或TA斷線不會影響變送裝置輸出,滿足功率變送高可靠性的要求。

      2.3.4 裝置具有打印、對時、通訊和動作報告(跳閘報告、自檢報告和變位報告)記錄功能,還可以對發(fā)生故障時的電壓、電流和功率波形進(jìn)行錄波記錄,方便后續(xù)進(jìn)行分析。

      2.3.5 多臺裝置同時接入GPS時鐘系統(tǒng),對時統(tǒng)一,方便在發(fā)生故障時,對照時間記錄、故障記錄、錄波數(shù)據(jù)等進(jìn)行綜合分析。

      2.3.6 作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要參數(shù),大大提高了機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可靠性,為機(jī)組的長周期運行提供了保障。

      2.3.7 智能變送裝置同時接入一路交流電源,一路直流電源,構(gòu)成雙電源供電,裝置運行的可靠性和穩(wěn)定性更高。

      3 安全經(jīng)濟(jì)效益結(jié)論分析

      1、設(shè)備運行一年多以來,隨機(jī)調(diào)取裝置的兩次切換記錄波形進(jìn)行分析。調(diào)取2017年02月26日06時31分20秒發(fā)電機(jī)智能變送裝置發(fā)生測量CT與保護(hù)CT切換啟動裝置錄波,錄波波形如下:

      從上圖中可以看出,在T1時刻,C相電流的二次諧波大于裝置的啟動值,而且B相電流變小。功率變化如下圖:

      上圖中紫色的曲線為使用測量電流計算出來的功率曲線,綠色的曲線為發(fā)電機(jī)智能變送裝置切換到保護(hù)電流后輸出的功率曲線。從圖中可以看出,發(fā)電機(jī)智能變送裝置的功率輸出改善了很多。改善后的功率二次值變化范圍(382.32W~395.32W),折算到功率二次值的變化范圍(619.36MW~640.42MW),功率一次值變化最大值是21.06MW。

      如果不接保護(hù)電流的話,測量電流的功率二次值變化范圍(374.86W~398.77W),折算到功率一次值的變化范圍(607.26MW~645.99MW),功率一次值最大值波動可達(dá)38.73MW,優(yōu)化后的功率波動值范圍減小了17.47MW。

      從上圖調(diào)取的2017年02月26日06時31分至32分的歷史趨勢可以看出,智能變送裝置經(jīng)過自動濾波和TA切換后,輸出的功率信號曲線光滑,并無出現(xiàn)畸波。

      2、調(diào)取2018年05月04日18時49分37秒發(fā)電機(jī)智能變送裝置測量CT與保護(hù)CT切換啟動錄波,錄波波形如下:

      從圖中可以看出,在T1時刻,測量電流的C相電流一嚴(yán)重畸變。功率變化如下圖:

      圖中紫色的曲線為使用 測量電流計算出來的功率曲線,綠色的曲線為發(fā)電機(jī)智能變送裝置切換到保護(hù)電流后輸出的功率曲線。從圖中可以看出,發(fā)電機(jī)智能變送裝置的功率輸出改善了很多。改善后的功率二次值的變化范圍(601.32W~637.98W),折算到功率一次值的變化范圍(974.14MW~1033.53MW),功率一次值最大值波動可達(dá)59.39MW。

      如果不接保護(hù)電流的話,功率二次值的變化范圍(542.686W~617.005W),折算到功率一次值的變化范圍(879.15MW~999.55MW),功率一次值最大值波動可達(dá)120.4MW,優(yōu)化后的功率波動值范圍減小了61.01MW。

      從上圖調(diào)取2018年05月04日18時49分至50分的DCS歷史趨勢,發(fā)現(xiàn)智能變送裝置經(jīng)過自動濾波和TA切換后,輸出的功率信號曲線光滑,與裝置優(yōu)化后曲線一致,并無出現(xiàn)畸波。

      3、由此上述分析可見,在系統(tǒng)存在擾動狀態(tài)下,智能變送裝置有功功率等數(shù)據(jù)輸出能夠無擾從測量TA切換至保護(hù)TA,采用當(dāng)前的保護(hù)電流計算發(fā)電機(jī)有功功率能更好的躲避系統(tǒng)擾動的影響,避免波形出現(xiàn)畸變。

      同時,5號機(jī)組功率變送系統(tǒng)優(yōu)化完成以來,三個發(fā)電機(jī)智能變送裝置送至DEH和MCS的三個有功功率運行穩(wěn)定性一直很高,沒有出現(xiàn)因為智能變送裝置輸送功率不穩(wěn)定原因?qū)е抡{(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)生波動的情況。

      結(jié)束語:

      目前行業(yè)內(nèi)大部分電廠普遍使用的普通功率變送器的可靠性可以滿足日常系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)視的需求,但是隨著機(jī)組容量在不斷增大、電網(wǎng)要求不斷提高,系統(tǒng)穩(wěn)定性要求不斷提高,用于機(jī)組DEH、MCS等控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)中使用卻不能越來越高的穩(wěn)定性和精度要求。

      通過優(yōu)化后的發(fā)電機(jī)功率變送系統(tǒng)在某電廠5號機(jī)組運行情況來看,其先進(jìn)的技術(shù)水平得到驗證,特別是數(shù)據(jù)輸出的穩(wěn)定性和可靠性大大提高。既給接下來的設(shè)備改造提供了技術(shù)支持,同時發(fā)電行業(yè)設(shè)備的可靠性提高方面又進(jìn)了一步。

      電廠設(shè)備需要連續(xù)、可靠運行的設(shè)備很多,吸收借鑒優(yōu)秀的設(shè)計理念,對設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置,對廠家來說將帶來巨大的效益,對電廠設(shè)備管理人員來說也是技術(shù)上的巨大進(jìn)步。

      參考文獻(xiàn):

      [1]楊濤,黃曉明,宣佳卓. 火電機(jī)組有功功率變送器暫態(tài)性能分析[J]. 繼電保護(hù)原理及控制技術(shù)的研究與探討(發(fā)電側(cè)),2014:360-364.

      [2]南京保合太和電力科技有限公司. BPT9301型發(fā)電機(jī)智能變送器裝置使用說明書,2013.

      作者簡介:

      路海麗 (1989- )女,助理工程師,從事火力發(fā)電廠電氣二次設(shè)備管理工作.

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