发电厂智能电力变送装置应用分析

刘 杰

（山西京玉发电有限责任公司，山西 朔州037000）

0 引言

发电厂广泛采用传统变送器进行电力信号变送，因其信号传变功能单一，使得每台发电机组使用变送器的数量特别多，变送器屏内二次回路接线复杂，维护工作量大，设备可靠性不高。近年来，随着计算机技术和数字技术的发展，出现了智能变送装置，装置集成度高，接线简单，可靠性强，能够实现传统变送器的所有功能，智能变送装置替代传统变送器是未来电力信号传变的发展趋势。

1 电力变送器的作用

电力变送器是一种将电力系统中的电流、电压、频率、功率等电气参数，经隔离变送，转变成线性的直流模拟信号的装置。发电机组变送器将电流互感器CT（current transformer）输出的电流二次值信号和电压互感器PT（potential transformer）输出的电压二次值信号转变成直流4～20 mA信号，并计算和输出发电机有功功率、无功功率等信号，传送给机组协调控制系统和分布式控制系统DCS（distributed control system），作为发电机调节的反馈信号参与发电机组的自动控制。

2 传统电力变送器的特点

传统变送器通过变送芯片实现单台变送器单输出形式的信号传变，各控制系统有1路电气信号输入就需要设置1台变送器，变送器类型有电流变送器、电压变送器、有功功率变送器、无功功率变送器、频率变送器等。如发电机有功功率变送器输出有功功率信号给汽轮机控制系统、机组协调控制系统和DCS系统，作为这些系统的反馈信号。控制系统输入的每个电气信号都需要不同的变送器来提供，且控制系统对输入信号有较高的可靠性要求，各系统都是接入3路有功功率信号。为满足以上要求，每台发电机组使用的有功功率变送器往往有10多台，再加上其他功能的变送器，变送器屏中变送器数量共有30多台。

每台变送器有电流、电压、电源和输出回路，且为单回路，没有备用通道，接入同一CT二次回路的变送器都是串联的，对于发电机有功功率变送器来说，若电流回路某一相出现开路故障，所有变送器输出值都将变为正确值的2/3，机组功率调节系统将产生较大波动；若电流回路N线开路，所有变送器输出值都将变为0，可能导致机组停机的严重后果。变送器屏的供电电源一般有2路或3路电源，屏内同一功能和输出到同一控制系统的变送器都是接到不同的电源中，若1路电源故障，至少有1台变送器能够正常工作。输出到控制系统的3路信号有1路或2路故障，控制系统则做逻辑调整，比如收到3路信号取中间值，收到2路信号取平均值，收到1路信号直接取当前数值，通过类似的逻辑调整，最终可保证机组控制系统收到正确的调节信号。

由于传统变送器使用数量多，其电流回路串联连接，电压回路和电源回路并联连接，二次接线复杂，每次停机检修都要仔细检查二次回路，防止出现回路开路故障。变送器运行中出现故障时，自身无显示和报警，只能根据DCS系统输入侧电气信号的异常倒查变送器屏，通过二次回路和变送器编号锁定是哪台变送器故障，再逐一排查是电源、电流、电压回路还是变送器自身故障，故障查找比较费事。运行中更换变送器时，二次回路拆接线和短封电流都存在较大风险。

传统变送器接入测量级CT二次回路，出现电力系统故障时，测量级CT易饱和，导致变送器输出失真，可能影响控制系统的调节。近年来，已经发生了多起由于发电机功率变送器输出功率信号畸变导致汽机保护误动，甚至造成机组停机的事件，严重影响机组的安全稳定运行[1]。总之，传统变送器使用数量多，接线复杂，维护工作量大，严重依靠DCS逻辑调整，设备可靠性不足。

3 智能电力变送装置应用分析

3.1 智能电力变送装置的特点

随着科学技术的发展，用计算机技术和数字技术实现电力信号变送成为发展趋势。智能变送装置采用计算机芯片控制，装置接入发电机两组机端二次电压、两组机端二次电流（保护5P20级和测量0.2级）、机端零序电压和零序电流进行采样，由装置计算发电机有功功率、无功功率、功率因数、负序电流、频率、各相相电压和相间电压、负序电压、零序电压、各相电流、零序电流，分别以直流4～20 mA电流形式输出给汽轮机控制系统、机组协调控制系统和DCS系统。智能变送装置与微机继电保护装置的原理和构成类似，具有CT断线、PT断线监测功能，响应时间满足系统故障快速响应的要求，可接入厂内全球定位系统GPS（global position system）对时系统，具有录波功能和多路输出功能，且每个输出通道可以自定义输出，具有灵活的扩展能力[2-3]。

3.2 智能变送装置相较传统变送器的优点

智能变送装置的电流、电压、电源均是两路输入，自动切换，装置可以同时输出多路不同的信号，如单台发电机变送装置可以输出多个发电机电流、电压、频率、有功功率、无功功率信号，这样1台智能变送装置就可以替代多台传统变送器，减少了屏柜内变送器的数量。采用智能变送装置后，1台机组变送器屏可由原来的30多台变送器减少到6台智能变送装置，且简化了屏内接线，方便了设备检修维护。

机组使用智能变送装置的数量可根据其输出的控制系统来选择，比如汽轮机控制系统、机组协调控制系统、DCS系统各需要3路发电机有功功率信号，可以选择3台智能发电机变送装置，每台装置各输出3路有功功率信号给上述控制系统，这样各控制系统接收的输入信号都是取自不同的变送装置，是不同源的信号，提高了控制系统信号源的可靠性，并且各控制系统原有接线和逻辑不需要做任何改动。由于每台变送装置的电流、电压、电源都是双回路，若某一回路发生故障可自动切换到另一正常回路工作，不影响设备运行，设备故障率大大降低，提高了变送装置输出信号的可靠性，降低了变送设备对DCS逻辑调整的依赖。

智能变送装置可以满足暂态特性和变送精度要求，装置同时接入一组测量级CT和一组保护级CT回路（如图1所示），在正常工况下装置采用测量级数据计算，发生功率突变时装置切换至保护级数据计算。当系统发生瞬时故障时，装置自动从测量级CT切换到保护级CT，由于保护级CT不易饱和，所以能使测量的功率值接近真实的功率值。当出现和应涌流时，装置自动检测基波分量中直流分量的含量并作为CT切换条件，解决了由于测量级CT暂态饱和导致变送器输出失真的问题。智能变送装置实现了测量级CT和保护级CT的自动切换，具有良好的暂态特性，确保发电机功率自动调节系统和DCS系统可靠运行。

图1 智能变送装置接入两组CT回路图

智能变送装置集成了采样测量、变送输出、通信和对时功能，不仅拥有人机界面，方便现场维护人员实时查看运行参数，还具备信号的实时监视与报警功能。报警信号有装置电源失电、PT断线、CT断线等，设备出现故障后能够第一时间锁定故障范围，给维护人员排查故障提供帮助。装置具有故障录波功能，能记录故障时的电压、电流、频率以及功率波形，可以导出故障录波数据，便于故障分析。

4 结束语

智能变送装置把微机继电保护装置里计算机控制、数字算法、人机界面、故障记录等功能应用到电力变送装置上，将传统变送器数字化、集成化、智能化，弥补了传统变送器的不足，简化了外部接线，提高了设备可靠性，值得在发电企业推广使用。