發電機組同步相量測量裝置調試研究

田愛惠 / 內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司

發電機組同步相量測量裝置調試研究

田愛惠 / 內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司

為進一步加強電力系統調度中心對電力系統的動態穩定監測和分析能力，應在重要的變電站和發電廠安裝同步相量測量裝置，構建電力系統實時動態監測系統，并通過調度中心主站實現對電力系統動態過程的監測和分析。在此系統現場安裝調試的過程中，與廠方人員共同發現并解決了一些關鍵技術問題，因此，希望在這里發表出來，供使用同類系統的其他電廠參考和借鑒。

對時；通道；報警

隨著國內電力系統的發展，大區域電網互聯是發展的趨勢。運行穩定性的破壞是對電網互聯運行安全的最大威脅。電網的穩定性分為三種：頻率穩定、電壓穩定和功角穩定。電網同步相量測量系統的廣泛應用解決以上問題。同步相量測量的電力系統網格可以測量電壓的相位，關鍵點的相電流，發電機功角同步相量數據，通過通信網絡傳輸數據到一個監測站，根據相位和振幅的不同點監控主站，在受到系統擾動時確定系統怎樣解列、切機及切負荷,避免事故的進一步擴大甚至瓦解。

1.機組對同步相量測量裝置的要求和設計方案

托克托發電有限責任公司（以下簡稱托電）是華北電網的骨干電廠，為適應京津唐地區電力負荷的增長需求，新擴建兩臺660MW超超臨界空冷發電機組，作為全國裝機容量最大的電廠，托電對京津唐電網的穩定起著至關重要的作用。因此，需要安裝一種可靠性高，通用性強，集成度高，數據符合系統規范的同步相量測量系統（PMU）來為電網調度提供數據支持。在五期工程中托電選用了南瑞繼保集團生產的PCS-996同步相量測量系統。PCS-996系列同步相量測量系統主要用于電力系統同步相量測量和輸出以及動態過程的記錄。PCS-996系列同步相量測量系統由同步相量采集單元（PMU）和數據集中器組成。PMU的核心特征包括基于標準時鐘信號的同步相量測量、失去標準時鐘信號的守時能力、PMU與PDC或主站之間的實時通信。PDC用于將多個PMU的信息進行匯集，集中向主站上送，并可能具有本地存儲相量數據的輔助功能。PMU、PDC與WAMS主站之間的通信應遵循標準通信協議IEEE C37.118-2005。

2.PCS-996 同步相量測量系統介紹

PCS-996 同步相量測量系統主要由以下設備組成：PCS－996B：用于發電廠機組的同步相量測量，可采集和記錄發電機內電勢、功角和機端電壓、電流等電氣量相量以及開關量，同時還可以采集和記錄勵磁電壓、電流、轉速、調頻等 4～20mA 的信號量；PCS－996B 可接入2臺機組和2個交流間隔。PCS－996G：數據集中器以光纖直連方式接收來自站內 PCS－996B 的同步相量數據，并進行本地存儲，與 WAMS 主站或監控系統通信，實時上送同步相量數。PCS-996G 提供至少 4 個獨立網絡接口，可實現同時對 8 個以上的主站通信，通過擴展通信插件可實現對多個主站通信的要求。

3.PCS-996系統的結構與安裝

PCS-996系統的結構組成1）相量計算功能：1.計算相量的幅值和相角，例如：Ua,Ub,Uc,Ia,Ib,Ic,Eq2.計算模擬量，例如：P，Q，f，df/dt3.監視開關量，例如：保護動作信號，PSS 動作信號具體包括：發電機內電勢、功角、定子電壓、定子電流、勵磁電壓、勵磁電流和轉速信號，接入送出線路的電壓、電流量，并接入必要的開關量。實時通信功能：通過 C37.118 規約向 PDC 或主站實時傳輸相量數據,暫態錄波功能：當有電氣量或開關量觸發時，可觸發暫態錄波，遵循 COMTRADE1999 標2）數據集中器采用基于 UAPC平臺的設計，與 PCS 系列保護裝置具有同樣的可靠性，區別于其它依賴工控機的方案，它有著更高的可靠性和更靈活的配置，可連接至少 1～8 個 PMU 采集單元以及至少 8 個以上的主站，同時具有 128G 以上的大容量存儲設備。3）采集單元與數據集中器之間，PMU 實時數據傳輸采用光纖直連，與動態數據、暫態數據、事件報文等其它離線數據通信徹底分離，充分保證了 PMU 較高的實時性要求。 GPS 對時采用高精度的 IRIG-B 碼，可支持光纖接口和 RS-485 接口兩種方式。具有靈活的通訊方式，配有 4 個以上獨立的百兆以太網接口和 RS-485 通信接口，以太網口有光纖接口和電口兩種模式。設備的現場布置和安裝：PCS－996B數據采集系統安裝在新建9/10號機組13.7米電子間內，每臺機組安裝一套數據采集裝置及配套的數據通訊系統，并由機組時鐘同步信號箱提供系統所需同步信號時鐘。PCS－996G數據集中器系統安裝于500KV升壓站1號網控樓電子間內，兩臺機組共用一面數據屏。并由網控系統提供GPS或北斗同步時鐘信號。系統的工作電源由相應的機組和網控樓直流電源提供，設備的布置充分考慮了工作環境穩定性、電磁環境兼容性以及設備的可維修性。機組與網控之間數據由多模光纜傳輸。

4.設備的調試中發現的問題和解決方案

設備安裝完成后，進入調試階段。在此期間，在PCS－996B端進行了各種開關量的模擬傳動實驗，通過各種模擬向量的測試信號，驗證了PCS－996B的數據采集功能基本正常。在和網控樓內的PCS－996G數據集中器系統進行通訊實驗時，發現了兩個問題：1、PCS－996G數據集中器接收PCS－996B數據采集系統上傳的數據信號不能鎖定，信號存在著較大的數據抖動率(jitter)，丟包率(drop)偏高。我通過多年從事通訊工作的經驗，判斷光信號衰減過大，接收端光信號電平不足，我們采取了清潔光纜尾纖端面，重新插拔光接收模塊的方法，問題始終未能消除。最后根據筆者的建議，更換了另一對備用光纖，故障果然消失了，判斷是光纜中間接頭熔接不良造成信號衰減偏大，由于PCS－996系統對信號質量要求較高，造成接收端信號強度不能滿足系統要求。2、PMU 裝置(PCS-996A/B/G)均需要對時，對時方式固定是IRIG-B 碼。 裝置的對時接口為RS-485方式；當采用光纖B碼方式時，需采用RCS-9884 光電轉換設備轉成RS-485 信號。進入裝置的B 碼應該是負極性，即用萬用表的直流電壓檔測量顯示負值（但其實是上升沿有效）。若極性不正確，可通過跳線選擇常有光、常無光方式進行切換。系統聯調開始后，開始數據傳輸正常，但每到整點就會發出時鐘同步報警，對于這個故障，廠家也覺得奇怪，因為各項指標數據均未顯示異常，但報警始終不能消除。經過多次試驗，發現將時鐘同步信號切換到北斗系統后，故障消失。經與廠方技術人員共同分析原因是PCS－996系統每小時會與系統各部分進行一次時鐘信號對齊。因本系統對時種信號誤差要求較高，GPS時鐘系統精度受接收系統影響，在一定時間段內出現累計誤差，當整點與系統同步時，出現較大偏差觸發報警。RCS-9785GPS 時鐘可輸出多種對時信號（IRIG-B（DC）、PPS、PPM、對時報文），提供多種接口方式（光纖、RS-485、RS-232、空接點）。RCS-9785 GPS 時鐘的 IRIG-B（DC）、PPS及 PPM 精度 ≤1us，脈沖前沿時間 ≤50ns，內部的時鐘準確度優于 7×10-8。RCS-9785 有 C 和 D 兩種型號，RCS-9785C 型和 D型裝置在功能配置上有所不同，其中：RCS-9785C 內部集成了一個 GPS 模塊，使用兩套裝置作為兩個獨立的時鐘源，可以實現“雙機雙網”運行，主備自動切換。RCS-9785D 內部集成了兩個 GPS模塊，用一套裝置即可實現“雙機雙網”運行，兩個 GPS 模塊作為兩個獨立的時鐘源，主備自動切換，適合組屏要求緊湊的情況。而北斗系統信號精度更高，累計誤差小，從而解決了這一問題。因此，在系統設計時，要把這些附屬配套設備也作為系統的一部分通盤考慮，從而提高設備的整體可靠性和運行穩定性。

作為華北電網的骨干電廠，托電五期兩臺660MW發電機組的投產無疑為華北電網的穩定增添了一份保障。電力系統的穩定已是越來越突出問題。以PMU為基本單元的廣域測量系統可以實時地反映全系統動態，是構筑電力系統安全防衛系統的基礎。通過對PCS-996同步相量測量系統的安裝調試過程中的問題的發現和解決，為機組投產以后的穩定運行和科學調度打下了堅實的基礎。使新機組可以更穩定，更經濟也更安全的為電網貢獻力量。

[1]《基于 S GPS 時鐘的電網同步相量測量系統的設計與實現》朱發蘭 2014.10

[2]《PCS-996同步相量測量系統說明書》南京南瑞繼保電氣有限公司 版本：1.02