电力系统同步相量测量单元（PMU）应用和维护

莫荣辉

（佛山供电局,广东佛山,528300）

0 引言

随着经济的快速发展，电力需求不断提升，电网已进入“特高压互联、大电网、大电源”的发展阶段。因电网互联而产生的电网稳定运行等问题也日益突出。据了解，通常电网的稳定按性质可分为三种：功角稳定、电压稳定和频率稳定。其中功角稳定是最直接的判断方式和重要参数。其中母线电压相量及发电机功角状况是系统运行的主要状态变量，是监视整个电网及其电气设备稳定运行的主要判据，而为了将相量测量系统子站测量到的实时数据传送到主站，以供分析、监测等功能。同步相量测量单元PMU是电力调度通信实现在线监控与调度的重要测量部件。然而，回顾PMU装置运行情况，却不容乐观，严重影响了电网可靠运行，给电网安全带来了极大风险。我们切实提升PMU装置的稳定性和可靠性，提高电网的动态监视水平，保证电网安全稳定运行。

1 同步相量测量意义和主要功能

同步相量测量单元（子站）PMU（Phasor Measurement Unit）是用于进行同步相量的测量和输出以及进行动态记录的装置。同步测量的意义：使异地信号可以在相同的时间坐标下比较，以标准时间信号作为采样过程的基准，通过对采样数据计算而得的相量称为同步相量。所以我们可以概括描述为同步相量测量单元PMU产生带有时标的遥测量。

同步相量测量单元PMU主要功能：

1）同步采集和相量计算；

2）发电机内电势测量；

3）实时上传数据，支持与多个主站实时通信；

4）稳态循环记录相量、功率、频率等数据；

5）动态短时记录支持多种触发方式；

6）支持数值浏览、波形复现、数据格式转换等。

2 日常巡视和维护

2.1 时钟同步系统的维护

同步相量是一段时间段内的把所有的信号当做采样时的标准，经过把采样的数字进行运算得到的相量叫做同步相量。所以，每个点上的相量相互之间有着固定的一致的相位存在。这就让异地的信号能够在一样的时间上进行对比。我们可以计算出在50Hz的信号，时间误差增加1µs，相位误差增加0.018度，时间误差增加1ms，相位误差增加18度。所以时标的准确性非常重要。我们需要认真维护好同步相量测量单元（子站）PMU的时钟设备，保证同步精度，使异地信号可以在相同的时间坐标下比较。同步时间信号没有或者出现状况的时候，装备可以维系日常的工作。规则需要在丢失同步时间信号一小时之内装备的相交的测算的错误必须在一度之内。装备的时间锁定水平必须要达到下面几点： a、低温开启（停止供电4小时之上、达到半年时间的GPS的主机启动）的时间控制在一分钟之内： b、高温启动（停止供电4小时之内的GPS的主机启动）的时间在半分钟之内； c、重新捕获的时间在一到二秒之内。

时间在一个位置上的体系，维护天线是极为关键的。在南方雨和雷电出现的几率比较大，恶劣的气候时常发生，时间同步体系受到雷电击打的几率就会很大，在我们的日常的维修的工作里发觉GPS时间天线出现问题的机会很大。这一情况出现的具体的原因是由于变电站的GPS的天线组装的不按要求。包括GPS的天线在组装的时候俺的太高，靠近建筑物的防雷装备，没有作对应的防雷保护装置，所以时常会发生雷电破坏GPS的情况，从而致使时间同步体系的性能失败。具体的安装的需要：

2.1.1 GPS接收信号的天线的组装的地方是可以日常接收信号易于以后的使用和修理。一些变电站放在大厦的顶端，进行维修的时候要求爬高，没有栏杆保护，这对于维修工来说是很危险的。

2.1.2 GPS的接收的天线的组装应该使用金属的架子进行稳固，支架也要和地面相连。不可以随便的放在别的物体上，特别是不能安放在避雷设备上，不能使用绷带、电线、胶带进行巩固的不好的状况。当机器进行验收时一定要关注这些问题，立即进行改正。

2.1.3 接收天线安装位置应充分考虑雷击对接收系统的影响：当天线安装位置位于建筑物防雷带内部时，与建筑物防雷带的水平距离应大于2米；当安装位置位于建筑物防雷带外部时，应低于建筑物防雷带2米。

2.1.4 在天线和主干线之间安装防雷设施，禁止雷电经过天线传给主时钟。

GPS时钟天线放在大厦的顶端，风吹日晒，使用的环境很差，经过较长的时间的运作毁坏的地方会比较多，因此我们要加快对天线的更换的速度。目前的所有的天线都是一个完整的整体，它的使用的电缆都是依据天线的长度来精心规划的，不能进行改装，不可以随意的安装别的零部件，要不然就会制约信号的接收效果。想使天线的修理工更加迅速、快捷的对其进行维修，保持日常工作需求，希望在规则内要详细的规定：

1）采用线缆和天线头分别来连接的方式，这样做的效果是单单把天线头换掉，就可以延长使用寿命。

2）一般企业在GPS的安装过程中，应该保证按照一定的要求进行，保障正确的安装顺序和线缆位置。

3）一般会在变电站的安装空间内安装专用的各种附属装备，管道、平台等，同时应该需要考虑使多种程序共用管道的可能。

2.2 对时间同步系统进行维护和检修

GPS的同步系统维护是非常重要的，要经常对GPS的时间同步系统进行维护和检修，隔一段时间就要对它的GPS的时钟系统进行校准，以及误差的校正，依据校准的结果对系统中不能再进行校准的或者是坏掉的进行更换，一般在应用在系统中的检测会用两种方法：

1）第一种方法：对具有记录性能的装置的同步精度进行检测

装置会带有RTU和记录性能，可以对空接点进行不同的动作进行时刻的不同记录。在测试时，首先在仪器上输出个时间检测分脉冲（这个脉冲的时间和仪器的时间是一致的），接着启动被测仪器（被测仪器的时刻是以脉冲作为起始和终止为信号的），对两个时间进行记录，对这个时间进行比较，就能够知道被测仪器的内部时刻同步系统是否精确。

2）第二种方法：测试同步测量单元的同步时间精确性

一般会让同步测量单元中的仪器模拟发生故障，保护装置得以启动，同步装置对时间的精确进行记录，进而与保护仪器的时刻进行比较，就可以得出同步单元中的内部时钟装置是否准确。

通过这两种应用方式，加强变电站电力系统时间同步系统GPS的检查，测试仪可以对现场安装的GPS时钟进行精度测试，通过测试可对整个网络的时钟同步性给出总体评价和故障定位。

2.3 电流互感器CT变比和线路调度双称号的修改维护

在日常的变电站维护中，经常会涉及修改电流互感器CT变比和线路调度双称号，这些数据的修改都必须考虑到同步相量测量单元PMU装置系统的维护，不能遗漏。

2.3.1 子站数据命名规则关系到主站、子站对同一信息对象表示方法的一致性，维护人员要熟悉PMU系统的“信息对象名的命名规则”，正确地修改 。

2.3.2 同步相量测量单元采集电压幅值、电压相角、电流幅值、电流相角、有功、无功、开关量状态、发电机内电势、发电机功角等。特别对电流回路的日常维护需要注意电流互感器CT变比。在工程验收的时候必须明确同步相量测量单元电流回路的前级和后级。同步相量测量单元电流回路建议处于最后，前级可能为测控单元或其他保护装置。我们必须研究好设备的电流回路的蓝图，不能因为前级的工作而影响到同步相量测量单元的数据的准备性。我们工作的流程中必须明确对影响到同步相量测量单元的数据的工作进行管理，制定相关制度。

2.4 日常巡视

为规范相量测量装置（PMU）管理，提高电网动态监测水平，我们有必要对相量测量装置（PMU）进行日常巡视，本文将以北京四方的同步相量测量单元PMU装置巡视为例，提出故障现象关键点和简单的检查处理方法。其他厂家的故障现象关键点和简单的检查测试方法都类似，日常巡视可以参照执行。

2.4.1 北京四方的相量测量装置巡视关键点：

1)同步相量测量单元监测点；

2)装置面板指示灯状态；

3)运行监视界面显示状态；

4)接入量信息确认；

5)通讯、对时状态；

2.4.2 故障现象关键点和简单的检查测试方法

3 同步相量测量单元PMU的作用

提升同步相量测量单元装置的稳定性和可靠性，提高电网的动态监视水平，保证电网安全稳定运行。总体而言同步相量测量单元PMU装置对电网安全监测具有重要意义：

1.同步相量测量单元PMU是电网广域功角与相量测量系统WAMS系统的基础；

2.同步相量测量单元PMU可为电网的安全提供丰富的数据源；

3.正常运行的实时监测数据；

4.小扰动情况下的离线数据记录；

5.大扰动情况下的录波数据记录；

我们可以充分利用同步相量测量单元PMU动态数据的特点，发挥同步相量测量单元PMU的作用：

1）进行快速的故障分析

在同步相量测量单元PMU系统实施以前，对广域范围内的故障事故分析，由于不同地区的时标问题，进行故障分析时，迅速地寻找故障点分析事故原因比较困难，需要投入较大的人力物力。通过PMU实时记录的带有精确时标的波形数据对事故的分析提供有力的保障。同时通过其实时信息，可实现在线判断电网中发生的各种故障以及复杂故障的起源和发生过程，辅助调度员处理故障；给出引起大量报警的根本原因，实现智能告警。

2）对电网的低频振荡进行捕捉

同步测量系统中的PMU设备有一个重要功能便是低频振荡的捕捉功能。传统的系统中具备SCADA分析功能，但是它只能捕捉秒级的低频振荡，很难稳定的捕捉到系统的总振荡状况。但是PMU具备高速获取信息的功能，可以达到每秒发送100HZ的通讯速度。

3）对发电机攻角进行测量

发电机功角是发电机转子内电势与定子端电压或电网参考点母线电压正序相量之间的夹角，是表征电力系统安全稳定运行的重要状态变量之一，是电网扰动、振荡和失稳轨迹的重要记录数据。

4）分析发电机组的动态特性及安全峪度分析

通过PMU装置高速采集的发电机组励磁电压、励磁电流、气门开度信号、AGC控制信号、PSS控制信号等，可分析出发电机组的动态调频特性，进行发电机的安全峪度分析，为分析发电机的动态过程提供依据。监测发电机进相、欠励、过励等运行工况，异常时报警。绘制发电机运行极限图，根据实时测量数据确定发电机的运行点，实时计算发电机运行裕度，在异常运行时告警。

5）构建广域保护系统。

4 结语

电力的特点决定了电网安全的瞬时性、系统性和复杂性。近年来，国外连续发生多起大面积停电事故，对经济社会造成了严重影响，电力运行安全问题不可忽视。同步相量测量单元PMU装置对电网安全监测具有重要意义，我们必须加强日常巡视，认真维护好时钟装置和天线，确保同步相量测量单元PMU装置可靠稳定运行。

[1]中国南方电网同步相量测量装置（PMU）配置和运行管理规定（试行）

[2]电力系统实时动态监测系统技术规范