基于RTDS的發電機功率變送器錄波性能試驗

文一宇

(國網重慶市電力公司電力科學研究院，重慶401123)

基于RTDS的發電機功率變送器錄波性能試驗

文一宇

(國網重慶市電力公司電力科學研究院，重慶401123)

基于RTDS設計了發電機功率變送器錄波性能試驗方案。介紹了現有功率變送器的常規測試方法，分析了使用RTDS開展功率變送器錄波性能測試的必要性。詳細介紹了一種基于RTDS的功率變送器錄波性能試驗方案，包括仿真系統模型、硬件接線。采用該方案對某型功率變送器進行了實測，針對試驗結果進行了分析。試驗結果表明，該方案可作為功率變送器測試的有效方法。

功率變送器;RTDS;試驗方案;故障模塊設計;錄波

0 引言

現階段大型發電機組一般采用有功功率變送器來測量機組實發功率，而功率變送器的量測功率信號是調速器控制和保護［1－2］的重要參數之一。這就對功率變送器的錄波性能提出了更高的要求，而投產前的測試是檢驗變送器功能的重要手段。目前國內廠家很少從電網的角度考慮驗證裝置性能，致使對變送器考察不夠全面。文獻［3］采用繼保測試儀對功率變送器性能進行測試，無法全面考察電網側多種故障對其影響。因此開展功率變送器的數(動)模試驗，模擬實際電力系統中各種運行方式，考核電網側故障對功率變送器錄波性能的影響，是十分必要的。

電力系統實時數字仿真器RTDS可通過通訊接口與外部實際裝置連接構成數字－物理閉環回路，是進行數字物理閉環試驗的理想工具。下面提出基于RTDS的發電機功率變送器錄波性能測試試驗方案，可考察變送器在電網各工況下的錄波性能，并針對某型變送器進行了實測試驗。試驗結果表明，該方案具有工程應用價值。

1 試驗方案

1.1 仿真系統模型

根據圖1所示的接線方式，基于RSCAD軟件平臺搭建一臺220 kV電壓等級接入的汽輪機組，通過一條同桿并架雙回線路與無窮大電源相連。

其中，發電機裝機容量為1 200 MVA，機端額定電壓為15 kV，機組勵磁(IEEE Type ST1)、PSS (IEEE Type 2)、調速(IEEE Type 1)均調用自RSCAD標準模型庫。機端PT變比為150/1，CT變比設為1 200/1。升壓變壓器變比為15 kV/230 kV，容量1 220 MVA，短路阻抗4%。斷路器在實驗中均設置在合位。

圖2 故障控制模塊

1.2 故障控制設計

圖1所示故障施加位置可根據需要在模型中進行變換。模型中對故障控制進行了優化。可根據需要進行單重故障或雙重故障的模擬，并可對故障觸發相角、持續時間、故障類型及故障相進行控制。故障控制邏輯如圖2所示。

模型經編譯通過后，可在RUNTIME模塊中建立控制臺，通過控制臺可以實時對系統進行施加故障和控制參數的操作，并對系統實時數據進行監視。

1.3 試驗硬件接線

RSCAD軟件平臺經編譯計算后，將發電機端的PT三相電壓、CT三相電流信號經RTDS的模擬量輸出卡GTAO輸出至功率放大器。功放將信號放大后同時輸出至功率變送器和高速數據錄波儀。功率變送器再將功率信號輸出至高速數據錄波儀。通過高速錄波儀分析比對功放波形與功率變送器信號是否一致。

所提試驗方案中采用便攜式電量記錄分析儀WFLC－VI來進行數據錄波。由于功率變送器輸出信號為毫安級的電流信號，因此在其功率信號輸出端口增加一個電流轉電壓環節，減少信號損耗。由此構成圖3所示的功率變送器測試試驗系統。

2 裝置的試驗測試

選取某型功率變送器進行實測。測試主要針對在電網發生各種類型瞬時故障的情況下，功率變送器錄得波形與實際機端功率的區別。為全面考察變送器的錄波性能，模擬的故障類型包括:單相故障、三相故障及雙重故障，同時考慮故障持續時間、故障類型的影響。試驗初始條件下，發電機輸出功率為600 MW。

2.1 故障持續時間的影響

在圖1所示的線路50%處分別施加三相接地短路，故障持續時間分別取0.01 s、0.1 s、0.2 s。

圖3 功率變送器測試硬件接線

圖4～圖6為錄波波形。其中，P是經放大器直接輸出的發電機功率信號，變送器P是從通過功率變送器輸出量測功率信號。

圖4 故障持續0.01 s時的測試結果

根據分析，故障持續時間對錄波性能影響較大。圖4中，故障發生前變送器錄波值與實際值基本一致。但故障發生后，變送器波形變化延遲約1個周波，且濾除了實際功率首擺的波峰。在其后的變化中，變送器功率與實際波形有差距，某些時刻波形呈現與實際相反的情況。

圖5、圖6中，功率變送器錄波與實際波形變化趨勢相似度較高。但變送器波形變化均延遲約1個周波，且功率首擺波峰被濾除。在功率擺動中，變送器波形變化幅度與實際值相差30～50 MW。

圖5 故障持續0.1 s時的測試結果

圖6 故障持續0.2 s時的測試結果

2.2 故障類型的影響

在如2.1節所述故障點分別為不同故障(包括單一故障和雙重故障)，故障持續時間均為0.2 s。由于篇幅有限，此處僅列出兩個代表性波形進行分析。圖7為兩相短路接地(單一故障)情況下的波形，圖8為兩相短路后，間隔0.2 s轉為兩相短路接地(雙重故障)后的波形。

圖7 單一故障測試結果

根據結果可知，在不同故障類型情況下，功率變送器暫態錄波與實際波形趨勢大致接近。但變送器錄波依然存在延遲1個周波，且首擺波峰被濾除。功率擺動中變送器變化幅度與實際值相差20～50 MW不等。

圖8 雙重故障測試結果

3 結論

基于RTDS設計了一種發電機功率變送器錄波性能測試方案，用以測試變送器暫態錄波特性。所設計的試驗模型可模擬電網側發生單一或雙重組合故障，較為全面地考察電網發生瞬時故障時功率變送器錄波是否準確。

按照所提出的方案，針對某型變送器開展了基于RTDS的數模試驗，發現了存在的一些問題:

1)變送器穩態錄波與實際一致，功率發生波動后其錄波延遲約1個周波，且濾除了首擺波峰。

2)變送器錄波性能受故障持續時間影響。前述故障持續小于0.1 s，變送器波形與實際差距較大;持續時間大于0.1 s波形與實際在趨勢上基本一致，但在功率擺動過程中與實際值差距在20～50 MW之間。

所設計的試驗方案可作為功率變送器測試的有效方法。

［1］陳元鎖，張明澤.功率變送器故障導致燃氣輪機快速降負荷的分析及應對措施［J］.燃氣輪機技術，2011，24(4):56－60.

［2］徐學琴，郭玉恒，王秀梅，等.調速器功率變送器測量偏小導致機組有功功率波動分析［J］.中國農村水利水電，2014(10):176－177.

［3］張寶，楊濤，項謹，等.電網瞬時故障時汽輪機汽門快控誤動作原因分析［J］.中國電力，2014，47(5):25－28，34.

The test scheme for wave recording performance of power transducer is designed based on RTDS.The present situation of common testing methods for power transducer is introduced，and the necessity of wave recording performance test for power transducer with RTDS is analyzed.A test scheme for wave recording performance of power transducer is introduced in detail，including simulation model and hardware connection.The proposed scheme is used to test a certain type of power transducer，and the test results are analyzed.The results show that the proposed scheme is useful in the inspection of power transducer.

power transducer;RTDS;test scheme;design of fault module;wave recording

TM933.3

A

1003－6954(2015)06－0088－03

2015－07－31)

文一宇(1984)，碩士，工程師，從事電力系統穩定運行研究與故障分析。