水电厂同步相量测量装置接入方法

万君

（丰满大坝重建工程建设局,吉林吉林市132108）

水电厂同步相量测量装置接入方法

万君

（丰满大坝重建工程建设局,吉林吉林市132108）

同步相量测量装置（PMU），主要用于电力系统动态过程的监测和分析。其中发电机内电势和发电机功角参数是必要监控参数，该内电势和功角送到WAMS主站用于高级应用。文中对已投运水电厂进行新装PMU装置改造施工时，键相（转速）脉冲信号的接入方法进行分析。

水电厂；同步向量测量装置（PMU)；键相（转速）脉冲

0 引言

为进一步加强电力系统调度中心对电力系统的动态稳定监测和分析能力，近几年重要的变电站和发电厂均要求安装同步相量测量装置（PMU），以便构建电力系统实时动态监测系统（WAMS），并通过调度中心主站实现对电力系统动态过程的监测和分析[1]。其中发电机内电势和发电机功角参数是必要监控参数。

1 工程概况

PMU装置可接入火电机组的键相脉冲，或水电机组的转速脉冲，用该脉冲计算机械法发电机内电势和发电机功角，该内电势和功角送到WAMS主站用于高级应用[2]。WAMS应用通常要求PMU上送数据的周期为10～40 ms级别，从而能实现电网的动态监测。

该工程项目是对已投运多年的某水电厂三期电站侧，2台140MW机组进行新增同步向量测量装置（PMU）改造。工程采购了PCS—996B型同步向量测量装置，原有机组没有可以输出转速脉冲的相应装置，在安装PMU装置的同时，需对外围接入信号进行改造施工，以便满足接入要求。界面接口和配合问题、相关经验缺乏、现场环境复杂，也给实施增加了较大难度。

2 实施方案

结合现场环境条件和工期因素，初期设计方案采用了在机组主轴上安装键相贴片，在主轴旁安装脉冲传感器，将转速脉冲信号接入PMU装置的方式。

2.1 键相传感器安装方式：

1）在原来支架扩孔攻丝M 18×1.5。

2）在水轮机组主轴对应传感器探头位置安装金属贴片。

3）传感器安装：与贴片的安装间隙为1 mm，传感器的安装方向标志线向上且机组大轴的中心线垂直。

4）接线：键相传感器（探头）有一根电缆引出，电缆有三根线，分别是蓝线、屏蔽线、白线。蓝线：接电源0 V输出；屏蔽线：接电源-24 V输出；白线（和蓝线）；经电缆连接到控制室PMU柜。原理接线见图1。

图1 原理接线图

PMU柜设备∶PCS—996B接入键相脉冲、转速脉冲的端口是同一个，装置通过“极对数、齿个数”定值适应这两种信号，按现场实际输入机组极对数28对。功角测量插件NR 1416采集发电机的机端电压、键相脉冲、转速脉冲，并可输出两路4～20 mA的直流信号。两路键相脉冲输入：高电平小于48 V，低电平小于－48 V；NR 1416插件利用比较器原理，将键相脉冲整形为CPU可以测量的TTL电平，为了达到相对较高的测量精度，应将比较器阈值设定在键相脉冲的高低电平中间。

2.2 调试方法

模拟试验。首先进行了静态模拟试验，利用金属薄片在传感器前进行垂直滑动，模拟大轴转动时，键相贴片切割探头过程，此时观察PMU装置输入信号有间断性变化，证明传感器接线良好。

实际试验：现场进行了实际开机试验，当机组从启动到达额定转速过程中，观察PMU装置键相脉冲信号机及转速计算值。

2.3 试验结果

模拟试验时用金属薄片划过传感器与大轴之间，有0 V，-18 V，-24 V之间的变化；有间歇性数值显示，证明了接线回路良好

实际开机试验时，测量接入信号线有电平变化，PMU装置液晶面板无准确信号显示。

3 结果分析

经传感器厂家技术人员、南瑞PMU技术人员确认后，现场安装接线方式准确；导致信号无法上传，原因如下：

1）主轴摆动偏差过大：由于丰满三期机组已运行多年，机组运行工况及轴振动摆度情况较复杂，大轴最大摆动偏差达0～1.5 cm。导致传感器与贴片的安装间隙为1 mm的精度在机组转动后无法满足。

2）脉冲信号周期不满足要求：水电机组由水力驱动，转速慢，因此设计为有多对极的凸极机。根据水轮机其额定转速为3 000/N转/分的原理，丰满三期机组其额定转速为N=107.1转/分，极对数为P=28对。本机组采用单一贴片，机组每转动一周输出一个信号，根据大轴每旋转一周约20 ms×N计算得出，大轴每旋转一周约20×28=156 ms。远大于键相脉冲信号的周期在10～40 ms的级别要求[3]，故不能用于测量发电机内电势。

综合上述两点原因，导致水轮机组采用单一键相贴片的方式无法实现机组键相（转速）脉冲信号有效上传，从而无法通过实测得出发电机内电势和发电机功角测量。

4 改进措施

根据失败原因，为实现发电机内电势测量，可以在轴上增加与机组极对数相等的键相贴片数量，或安装一个齿条(齿数M与极对数N相当)，使大轴每转一大周，输出M个脉冲，称为转速脉冲。进而满足键相脉冲信号在10～40 ms级别的周期要求，实现发电机内电势和发电机功角测量。

5 结语

根据上述改造经验，转速较低的常规水电机组，采用单一键相贴片方式实现同步相量测量装置PMU键相（转速）脉冲接入是不可行的。同时老旧机组主轴震动对信号传输也是重要制约条件。

为实现发电机内电势测量，应采用在水轮机主轴上安装一个齿条(齿数M与极对数N相当)的方式，实现PMU键相（转速）脉冲接入。仅以此文为同类机组PMU接入提供参考。

TV737

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1002－0624（2016）11－0069－02

2016-05-10