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摘要：目前，电网状况日益复杂多元化，发生瞬时故障和突发的情形日益增多，大型火力发电机组的安全稳定运行显得尤为重要。传统模拟式功率变送器虽然具有良好的稳态特性，但是，不具有良好的暂态性能，在系统发生暂态过程时，输出的功率信号不能满足DEH的要求，使汽机保护误动，甚至导致大型发电机组全停，对电网造成很大冲击。由于模拟式功率变送器引发的事故及问题受到越来越多的关注。因此，本文介绍一种具有良好暂态性能的功率变送装置，不论在稳态或者暂态情况下，均能真实、准确、快速地传送功率信号，很好地满足DEH的要求。
关键词：变送器，功率变送装置，暂态，DEH
0引言
近年来，国内大型火力发电机组发生多起由于发电机功率变送器输出的功率信号发生畸变而导致汽机保护误动，有的甚至造成机组全停，严重影响机组的安全运行，对电网产生很大冲击。目前，由电气侧传送到DEH侧的4-20mA功率信号普遍采用模拟式功率变送器，此类变送器在系统稳态时，可提供满足精度要求的功率信号，但当系统发生瞬时故障(如雷击)等情况下，模拟式功率变送器就无法提供准确的功率信号。因此，功率变送器的暂态性能开始引起越来越多的注意【1】。本文旨在介绍一种新型的数字式功率变送装置的原理和功能，既满足稳态精度要求，也能在系统暂态情况下真实、准确、及时地输出功率信号，保证机组稳定运行。
1模拟式功率变送器输出失真引发的事故
近五年来，每年都有因为模拟式功率变送器测量偏差，造成的事故。
事故一：2013年6月，浙江某发电厂3#、4#机组(660MW)，因为出线B相接地，发电机功率变送器输出畸变，引发汽机汽门快控误动，造成3#、4#机组跳闸。
事故二：2014年5月，江苏某发电厂#1、#2机组(660MW)，因为220kV线路出现故障，发电机功率变送器输出畸变，造成1#、2#机组跳闸。
事故三：2015年4月，四川某1000MW机组跳闸，因为出现PT两次侧空开掉，造成了发电机功率输出瞬时为零，汽轮机“功率—负荷不平衡保护”保护动作，引发了省级电网的负荷摆动。
事故四：2015年5月，安徽某电厂3#机组(1000MW)进行168试运行，4#主变空投，发电机功率变送器输出畸变，造成3#机组跳闸。
事故五：2017年5月，宁夏某电厂750kV电网发生单相短路故障，故障发生后，参与热工调节的有功功率变送器暂态失真，提供给DEH一个错误的功率信号导致“功率—负荷不平衡保护”动作，最终机组跳闸。
2模拟式功率变送器介绍
2.1模拟式功率变送器原理
模拟式功率变送器采用时分割乘法原理，将采集的发电机出口电压量和电流量变换成与之线性关系的标准直流电流电压信号，基本原理框图如下图。
图1模拟式功率变送器原理
2.2模拟式功率变送器功能缺陷分析
在电网稳态情况下，模拟式功率变送器能提供满足精度要求的功率信号，但是在暂态工况下，就会有以下缺陷：
（1）时间响应长，功率输出固有延时长（普遍在250ms~300ms），瞬时故障发生时，不能满足DEH快速响应的要求；
（2）抗干扰能力弱，易受干扰，导致输出功率畸变，造成机组不能稳定运行；
（3）暂态特性差，对于系统发生瞬时故障等暂态状况下，输出失真，易造成保护误动，甚至造成跳机事故；
（4）采样可靠性差，只接入一组PT和一组CT，当PT或CT断线时，导致发电机功率测量错误，且没有PT和CT断线报警功能。
（5）缺少对异常状态记录功能及装置自身的故障报警。
3数字式功率变送装置研究
3.1数字式变送装置功能
由于模拟式功率变送器有上述功能缺陷，因此急需要新型的功率变送装置来代替。这要求新型的功率变送装置不仅满足稳态精度要求，而且要具有良好的暂态传变特性，所以新型的变送装置应当满足准确性、及时性和稳定性要求。
新型功率变送装置的原理基于继电保护装置软硬件平台，采用模块化设计，同时采集发电机出口两组电压和两组电流(一组测量级CT和一组保护级CT)【2】，通过微处理器运算，实时输出各种电气量(如电流、电压、有功功率、无功功率、负序电流、功率因数等)。
除了具有测量功能外，装置还具有保护功能。装置可以分析异常工况并发出动作指令。如果测量级CT由于短路中的暂态分量饱和，装置可以自动切换到保护级CT，继续输出真实、准确的数据。装置同时接入两组PT电压，通过比较两组PT电压实时判别PT异常，功率计算采用正常PT的电压，有效防止PT断线导致的功率计算错误。同时，装置可自动起动故障录波，便于分析事故原因。
装置还具有事件记录功能，包括装置自检信息、保护动作信息及各类操作信息，便于查找及分析。
3.2数字式功率变送装置原理设计
数字式功率变送装置利用A/D采样将电压电流模拟信号转换为数字信号，按照科学算法计算出功率等需要的电气量，最后输出4～20mA模拟量至DEH。
3.2.1功率计算
采用全周傅立叶算法计算有功功率和无功功率，当保护级CT的电流大于1.1倍额定电流时，功率计算采用保护级CT电流，否则采用测量级CT电流，这样同时兼顾正常运行和故障情况下的准确测量。
算法具有良好的暂态特性，确保系统短路故障时，功率的准确测量，为发电机有功功率自动调节系统和DCS系统可靠运行创造条件。
功率因数计算公式：
丁爱珍（1991-），女，助理工程师，主要研究方向为发电厂。E-mail：470059270@qq.com