发电机组同步相量测量装置调试研究

田爱惠 / 内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司

发电机组同步相量测量装置调试研究

田爱惠 / 内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司

为进一步加强电力系统调度中心对电力系统的动态稳定监测和分析能力，应在重要的变电站和发电厂安装同步相量测量装置，构建电力系统实时动态监测系统，并通过调度中心主站实现对电力系统动态过程的监测和分析。在此系统现场安装调试的过程中，与厂方人员共同发现并解决了一些关键技术问题，因此，希望在这里发表出来，供使用同类系统的其他电厂参考和借鉴。

对时；通道；报警

随着国内电力系统的发展，大区域电网互联是发展的趋势。运行稳定性的破坏是对电网互联运行安全的最大威胁。电网的稳定性分为三种：频率稳定、电压稳定和功角稳定。电网同步相量测量系统的广泛应用解决以上问题。同步相量测量的电力系统网格可以测量电压的相位，关键点的相电流，发电机功角同步相量数据，通过通信网络传输数据到一个监测站，根据相位和振幅的不同点监控主站，在受到系统扰动时确定系统怎样解列、切机及切负荷,避免事故的进一步扩大甚至瓦解。

1.机组对同步相量测量装置的要求和设计方案

托克托发电有限责任公司（以下简称托电）是华北电网的骨干电厂，为适应京津唐地区电力负荷的增长需求，新扩建两台660MW超超临界空冷发电机组，作为全国装机容量最大的电厂，托电对京津唐电网的稳定起着至关重要的作用。因此，需要安装一种可靠性高，通用性强，集成度高，数据符合系统规范的同步相量测量系统（PMU）来为电网调度提供数据支持。在五期工程中托电选用了南瑞继保集团生产的PCS-996同步相量测量系统。PCS-996系列同步相量测量系统主要用于电力系统同步相量测量和输出以及动态过程的记录。PCS-996系列同步相量测量系统由同步相量采集单元（PMU）和数据集中器组成。PMU的核心特征包括基于标准时钟信号的同步相量测量、失去标准时钟信号的守时能力、PMU与PDC或主站之间的实时通信。PDC用于将多个PMU的信息进行汇集，集中向主站上送，并可能具有本地存储相量数据的辅助功能。PMU、PDC与WAMS主站之间的通信应遵循标准通信协议IEEE C37.118-2005。

2.PCS-996 同步相量测量系统介绍

PCS-996 同步相量测量系统主要由以下设备组成：PCS－996B：用于发电厂机组的同步相量测量，可采集和记录发电机内电势、功角和机端电压、电流等电气量相量以及开关量，同时还可以采集和记录励磁电压、电流、转速、调频等 4～20mA 的信号量；PCS－996B 可接入2台机组和2个交流间隔。PCS－996G：数据集中器以光纤直连方式接收来自站内 PCS－996B 的同步相量数据，并进行本地存储，与 WAMS 主站或监控系统通信，实时上送同步相量数。PCS-996G 提供至少 4 个独立网络接口，可实现同时对 8 个以上的主站通信，通过扩展通信插件可实现对多个主站通信的要求。

3.PCS-996系统的结构与安装

PCS-996系统的结构组成1）相量计算功能：1.计算相量的幅值和相角，例如：Ua,Ub,Uc,Ia,Ib,Ic,Eq2.计算模拟量，例如：P，Q，f，df/dt3.监视开关量，例如：保护动作信号，PSS 动作信号具体包括：发电机内电势、功角、定子电压、定子电流、励磁电压、励磁电流和转速信号，接入送出线路的电压、电流量，并接入必要的开关量。实时通信功能：通过 C37.118 规约向 PDC 或主站实时传输相量数据,暂态录波功能：当有电气量或开关量触发时，可触发暂态录波，遵循 COMTRADE1999 标2）数据集中器采用基于 UAPC平台的设计，与 PCS 系列保护装置具有同样的可靠性，区别于其它依赖工控机的方案，它有着更高的可靠性和更灵活的配置，可连接至少 1～8 个 PMU 采集单元以及至少 8 个以上的主站，同时具有 128G 以上的大容量存储设备。3）采集单元与数据集中器之间，PMU 实时数据传输采用光纤直连，与动态数据、暂态数据、事件报文等其它离线数据通信彻底分离，充分保证了 PMU 较高的实时性要求。 GPS 对时采用高精度的 IRIG-B 码，可支持光纤接口和 RS-485 接口两种方式。具有灵活的通讯方式，配有 4 个以上独立的百兆以太网接口和 RS-485 通信接口，以太网口有光纤接口和电口两种模式。设备的现场布置和安装：PCS－996B数据采集系统安装在新建9/10号机组13.7米电子间内，每台机组安装一套数据采集装置及配套的数据通讯系统，并由机组时钟同步信号箱提供系统所需同步信号时钟。PCS－996G数据集中器系统安装于500KV升压站1号网控楼电子间内，两台机组共用一面数据屏。并由网控系统提供GPS或北斗同步时钟信号。系统的工作电源由相应的机组和网控楼直流电源提供，设备的布置充分考虑了工作环境稳定性、电磁环境兼容性以及设备的可维修性。机组与网控之间数据由多模光缆传输。

4.设备的调试中发现的问题和解决方案

设备安装完成后，进入调试阶段。在此期间，在PCS－996B端进行了各种开关量的模拟传动实验，通过各种模拟向量的测试信号，验证了PCS－996B的数据采集功能基本正常。在和网控楼内的PCS－996G数据集中器系统进行通讯实验时，发现了两个问题：1、PCS－996G数据集中器接收PCS－996B数据采集系统上传的数据信号不能锁定，信号存在着较大的数据抖动率(jitter)，丢包率(drop)偏高。我通过多年从事通讯工作的经验，判断光信号衰减过大，接收端光信号电平不足，我们采取了清洁光缆尾纤端面，重新插拔光接收模块的方法，问题始终未能消除。最后根据笔者的建议，更换了另一对备用光纤，故障果然消失了，判断是光缆中间接头熔接不良造成信号衰减偏大，由于PCS－996系统对信号质量要求较高，造成接收端信号强度不能满足系统要求。2、PMU 装置(PCS-996A/B/G)均需要对时，对时方式固定是IRIG-B 码。 装置的对时接口为RS-485方式；当采用光纤B码方式时，需采用RCS-9884 光电转换设备转成RS-485 信号。进入装置的B 码应该是负极性，即用万用表的直流电压档测量显示负值（但其实是上升沿有效）。若极性不正确，可通过跳线选择常有光、常无光方式进行切换。系统联调开始后，开始数据传输正常，但每到整点就会发出时钟同步报警，对于这个故障，厂家也觉得奇怪，因为各项指标数据均未显示异常，但报警始终不能消除。经过多次试验，发现将时钟同步信号切换到北斗系统后，故障消失。经与厂方技术人员共同分析原因是PCS－996系统每小时会与系统各部分进行一次时钟信号对齐。因本系统对时种信号误差要求较高，GPS时钟系统精度受接收系统影响，在一定时间段内出现累计误差，当整点与系统同步时，出现较大偏差触发报警。RCS-9785GPS 时钟可输出多种对时信号（IRIG-B（DC）、PPS、PPM、对时报文），提供多种接口方式（光纤、RS-485、RS-232、空接点）。RCS-9785 GPS 时钟的 IRIG-B（DC）、PPS及 PPM 精度 ≤1us，脉冲前沿时间 ≤50ns，内部的时钟准确度优于 7×10-8。RCS-9785 有 C 和 D 两种型号，RCS-9785C 型和 D型装置在功能配置上有所不同，其中：RCS-9785C 内部集成了一个 GPS 模块，使用两套装置作为两个独立的时钟源，可以实现“双机双网”运行，主备自动切换。RCS-9785D 内部集成了两个 GPS模块，用一套装置即可实现“双机双网”运行，两个 GPS 模块作为两个独立的时钟源，主备自动切换，适合组屏要求紧凑的情况。而北斗系统信号精度更高，累计误差小，从而解决了这一问题。因此，在系统设计时，要把这些附属配套设备也作为系统的一部分通盘考虑，从而提高设备的整体可靠性和运行稳定性。

作为华北电网的骨干电厂，托电五期两台660MW发电机组的投产无疑为华北电网的稳定增添了一份保障。电力系统的稳定已是越来越突出问题。以PMU为基本单元的广域测量系统可以实时地反映全系统动态，是构筑电力系统安全防卫系统的基础。通过对PCS-996同步相量测量系统的安装调试过程中的问题的发现和解决，为机组投产以后的稳定运行和科学调度打下了坚实的基础。使新机组可以更稳定，更经济也更安全的为电网贡献力量。

[1]《基于 S GPS 时钟的电网同步相量测量系统的设计与实现》朱发兰 2014.10

[2]《PCS-996同步相量测量系统说明书》南京南瑞继保电气有限公司 版本：1.02