500kV某變電站功角測量裝置頻率跳邊故障分析

摘 要：電力系統中功角穩定性、電壓穩定性、頻率動態變化及其穩定性是互相誘發互相關聯的。發電機及各個線路潮流的功角實時狀態是系統運行的最重要狀態變量，也是系統能否穩定運行的標志。因此實時監測發電機及線路潮流的功角參數，是電力系統穩定控制的關鍵。文章以500kV某變電站功角測量裝置進行升級改造后，在調試過程中發現頻率曲線有規律跳變，通過各種軟件測試發現故障并且消除了缺陷。

關鍵詞：同步相量測量；功角；GPS

1 概述

電力系統中頻率動態變化及其穩定性、電壓穩定性、功角穩定性并不是各自孤立的現象，而是相互誘發和相互聯系的統一物理現象的不同側面，它們之間的關聯又受到網絡結構和運行狀態的影響。這其中母線的電壓相量及發電機的功角狀況是電力系統運行的主要狀態變量，是電網系統能否穩定運行的標志。

測量得到的功角信息具有重要作用，不僅被用于電網運行過程中對穩定狀態的分析，尤其是在故障條件下的動態安全分析，使調控人員可以實時地了解系統的安全穩定程度，必要時采取強制措施進行預防控制，如切機、甩負荷、投電氣制動等手段，以防止系統失穩。

2 問題分析與解決

500kV某變電站功角測量裝置（PMU）進行升級改造，新裝置安裝完畢后進行調試工作，發現上送調度的頻率曲線總是有規律的發生跳變，全站5個PMU采集裝置上送調度的頻率竟然在同一時刻發生跳變，從49.972Hz跌落到49.566Hz，持續幾十毫秒后恢復到正常頻率49.972Hz。該現象每2分鐘出現一次。

2.1 數據分析

（1）查看PDC存儲的動態記錄文件，發現確實發生了某一時刻全站PMU頻率發生跳變，如圖1所示。

（2）查看PMU的錄波數據，確定PMU原始采樣值出現頻率越下限現象，如圖2所示。通過現場資料收集，初步懷疑PMU或時鐘裝置出現異常。

（3）拔對時信號。為了驗證是否由時鐘導致頻率跳變，將220kV小室的PMU1裝置外部時鐘信號拔掉（使其按照內部時鐘守時進行采集及計算），其余小室的PMU裝置（PMU2～PMU6），仍然通過外部時鐘校時，此時，PMU1的頻率正常未發生跳變，PMU2～PMU6在同一時刻發生頻率跳變現象。通過上述三個數據分析及驗證，基本定位問題出在時鐘信號上。

2.2 工程驗證

開放PMU中的異常打印信息，經研發核實確認，每隔2分鐘左右，外部時鐘輸入會出現連續兩個B碼脈沖比1秒慢1毫秒左右。即時鐘同步裝置每隔2分鐘出現1次1毫秒左右的時間跳變。（后時鐘同步生產廠家確認，辛集變時鐘同步裝置輸出的B碼脈沖確實存在不均勻現象。）

此時，為了保證與B碼同步，同時又不引起大的時間跳變，PMU內部對本地時鐘及采樣脈沖進行微調。由于短期內需要調整的時間幅度相對較大（1毫秒），采樣脈沖跟隨本地時鐘進行調整，導致PMU計算的頻率出現了明顯跳變。

2.3 解決方案

結合現場實驗數據及GPS設備反饋信息，得出的結論為：時鐘同步裝置輸出的對時脈沖出現了較大的跳變（1毫秒左右），使得PMU對采樣脈沖進行微調，最終導致PMU計算出的頻率出現跳變。

現立刻對時鐘同步裝置進行檢測，修復B碼脈沖輸出跳變問題。經檢測發現GPS兩臺主鐘中的一臺在給從時鐘下發對時信號時，發生有規律的信號抖動，因為PMU是接受的GPS的B碼對時方式，故判斷為主時鐘的B生成板卡發生故障。主時鐘裝置斷電后進行板卡更換。更換完畢后裝置上電，監測PMU頻率曲線發現跳變現象消失，裝置恢復正常性能，可以繼續監測功角相量動態情況。

3 結束語

相量測量裝置（PMU）用于進行同步相量的測量和輸出，以及對此進行動態記錄的裝置，PMU的核心特征是基于標準時鐘下的同步相量測量，失去標準時鐘時應具有一定的守時能力，PMU與主站能夠實時通信并遵循有關通信協議。因此標準的時鐘源對于PMU的正常工作的意義重大。

功角測量裝置不僅能用于調控中心的集中監視和控制，還能用于分散的就地監視和控制，以提高狀態估計的可靠性。在實現電力系統的實時自動控制方面，可以解決系統的穩定問題。因此實時測量發電機和各條線路的功角及母線電壓相量，將是電力系統穩定監視和控制的關鍵。通過基于GPS實時相量測量，可以實時得到電網的狀態量，即可以得到實際系統精確模型的歷史數據和當前軌跡，由于相角涉及到電力系統的監視、控制和保護等諸多領域，故實時相量測量的實現，對全網潮流的實時監測具有重要的意義。

參考文獻

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