挂治电厂3号机组并网瞬间监控系统报有功变送器通道故障原因分析及处理

挂治电厂3号机组并网瞬间监控系统报有功变送器通道故障原因分析及处理

付向涛王清云

付向涛王清云

（挂治水电厂贵州锦屏556700）

摘要：本文介绍了挂治电厂3号机组并网瞬间监控系统报有功变送器通道故障的具体情况，并且针对该异常故障进行问题研究分析，提出处理措施，最终实现了机组并网瞬间的稳定性和可靠性。

关键词：有功变送器；同期装置；频差；处理措施

1、挂治电厂概况

挂治水电站位于贵州省黔东南苗族侗族自治州锦屏县境内，为沅水梯级规划的第三级，工程以发电为主，兼有改善航运条件等综合利用效益，属低水头河床式径流电站，安装3台单机容量50MW的轴流转桨式机组。电站保证出力42.5MW，多年平均年发电量4.021亿kW·h，装机年利用小时数2681h。220kV开关站为室内GIS设备，采用一回220kV线路输出，并入湖南电网。

2、挂治电厂有功变送器及自动准同期装置介绍

挂治电厂3号机装有2块机组有功变送器，其中一块位于现地控制单元柜内，用于调速器开度模式下机组的功率测量，另外一块位于调速器电气柜内，用于调速器功率模式下机组的功率测量。目前，挂治电厂调速器采用开度调节模式。2块变送器均为单向，量程为0～86.6MW，变送器将PT和CT值计算并转换为4～20mA量后送至监控系统模拟量输入模块，2块有功变送器的电压量取自同一PT柜的同一组线圈，电流量则取自不同的CT柜。当现地控制单元模拟量输入模块的采集量在4～20mA范围以外时，就会出现有功变送器通道故障的告警。

挂治电厂采用江苏国瑞自动化WX-98G/X自动准同期装置，整定参数如下：

允许压差TCB±5V，GCB±3V；

允许频差±0.2Hz；

允许相角差±10°。

3、故障现象描述

2018年5月12日09：55：41、2018年5月14日06：54：33和2018年6月15日09：49：17，即3号机组开机并网时，上位机均发出有功功率（调速器）、有功功率（变送器）通道故障动作告警，并瞬时复归，机组开机并网顺利，并网后功率调节正常，机组运行工况正常。

4、原因分析

（1）由于并网瞬间两个有功变送器同时报通道故障，基本上可以排除功率变送器本身的问题以及监控系统模拟量输入模块通道的问题。根据电厂以往情况及专业人员以往经验，两个变送器同时故障或PLC两个I/O通道同时故障的可能性极小。

（2）两个有功变送器的PT取自同一电压互感器线圈，所以不能排除PT故障的可能性。但是此线圈还用于其他系统，譬如保护柜及励磁调节柜均，但是上述系统并未出现类似的告警信息，所以也基本可以排除PT故障的可能性。

（3）挂治电厂有功变送器为单向，即只能采集到正向有功功率，若变送器采集值不在正常范围，则监控系统模拟量输入模块的采集量可能在4-20mA范围以外，此时监控系统会报通道故障。所以设想，监控系统报通道故障，很可能是因为有功变送器实际采集值超出了量程，比如出现机组并网瞬间从系统吸收有功功率现象。接下来需要借助PMU装置并网时的参量加以判断。

（4）将PMU装置内1号、2号及3号机组近期共六次并网时的数据导出并列表如下：

开机并网波形规律分析

机组号并网时间并网前系统频率并网前机组频率并网瞬间频率差负功率最大值负功率最大值出现时间（并网后ms）

分析发现：3台机组在并网瞬间存在正负功率的振荡，并网瞬间机组为较小的正功率，后逐渐变为负功率，负功率最大值一般出现在并网后200ms，然后逐渐减小直至为正功率，后又出现负功率，反复2-3次，直至为正功率。且负功率最大值与机组并网前与系统的频率差有关，频差越大，负功率最大值也越大。#1、2机组最大负功率较小，#3机组最大负功率最大，6月15日开机时负向功率为-13MW，当负向功率较大时超过功率变送器量程下限，可能引起通道故障告警。

我们知道，当发电机频率小于系统频率时，发电机的机端电压相位迟后系统电压，在允许相位角范围内合闸时，冲击电流与机端电压夹角大于90°，该电流有功分量和机端电压反方向，所以此时发电机从系统吸收有功功率，加重了电网的负担，对电网的稳定性不利，所以应尽量避免并网时频差过大。

（5）3号机组调速器改造后调试时自动准同期装置真假同期记录数据如下：

项目内容频率（HZ）电压（V）相位差（度）

系统侧待并侧差值系统侧待并侧差值

TCB假同期50.0249.940.08102.9104.01.1356.5

TCB真同期49.9650.020.06102.9104.51.62.7

GCB假同期50.0249.960.06101.3103.11.8356.6

GCB真同期50.0449.850.19101.5103.11.6352.5

从表中可以看出，挂治电厂3号机检修调试时亦存在并网频差大的问题。挂治电厂3号机检修时进行了调速器系统改造，而改造前上述有功变送器告警从未出现，专业人员认为是调速器调节特性改变而引起并网频差偏大。

（6）查阅3号机调速器改造后空载试验数据得知，3号机空载转速首次波峰值约为50.3Hz，且整体空摆幅度较改造前偏大，并随着空载态时间的延长逐步趋于稳定，也就是说调速器频率模式下调节幅度偏大，这种情况是并网频差偏大的原因。所以3号机相比改造前及1、2号机，同期前频率调节幅度较大，机组偶尔会出现同期频差较大的情况，但不会超过自动准同期装置最大允许频差-0.2Hz~0.2Hz。

5、处理措施

（1）避开在空载态前期较大频率空摆幅度下同期并网，方法是优化监控系统程序，在启动同期装置程序段中的空载态后加延时10s，即空载态到后10s再启动同期装置。方法如下：

（下转第199页）

将自准同期装置的合闸允许频差由-0.2Hz~0.2Hz改为-0.15Hz~0.15Hz，将合闸允许相位差由10度修改为8度。这样可以尽量减少同期并网时待并侧与系统侧电压相位与频率偏差，增强并网瞬间机组及电网的稳定性。方法如下：

（3）最有效的方法是待3号机组检修，优化调速器调节参数，尤其是空摆特性，适当减少转速超调量，避免频差过大时机组同期，因为调速器的频率调节特性总归要优于自动准同期装置。

6、结束语

挂治电厂3号机组自调速器改造以来，开机并网瞬间，偶尔报机组有功变送器通道故障，是因为并网瞬间频差较大导致机组从系统吸收大量有功，导致有功变送器采集值越下限。调速器改造后频率模式下调节幅度较改造前大。上述两个因素导致机组并网瞬间偶尔出现频差较大情况，若当机组频率低于系统侧频率且偏差较大时自准同期装置发出合闸命令，就会导致机组从系统吸收大量有功。挂治电厂为此采取了有效措施进行预防和监视，同时为今后类似的故障处理积累了宝贵经验。

参考文献：

[1]王崇.发电机并网初期逆功率保护动作的原因分析[J].内蒙古科技与经济，2015，17，84-84

作者简介：

付向涛（1990—），男，助理工程师，从事水电厂水电自动装置检修工作。

王清云（1989—），男，助理工程师，从事电力系统设备维护检修工作。