发电机有功功率智能变送装置的制作方法

本发明涉及发电机组的单元机组协调控制系统，特别涉及一种发电机有功功率智能变送装置。

背景技术：

单元机组协调控制系统是协调机组各个生产环节的能量及质量的全面控制，主要起到稳定机组运行，提升机组经济性及安全性的作用。单元机组的实发功率与电网负荷要求是否一致反映了机组与外部电网之间能量供求的平衡关系，是机组协调控制系统中的一个重要组成部分。现代大型发电机组一般都采用有功功率变送器来测量机组的实发功率，这无疑就给参与机组协调控制的有功功率变送器本身的质量、回路的可靠性提出了更高的要求。

为了保证机组实发功率信号的稳定性和可靠性，大多数发电厂一般都采用三个有功功率变送器来测量机组的实发功率，取三个变送器输出的中值作为最终测量值来参与机组的协调控制，但是仅此这样是不够的，近年来就发生了好几起由于功率变送器本身的特性不好或者回路出现故障而发生的异常事件，所以在参与协调控制的有功功率变送器本身及回路上做一些改进和优化是非常必要的。

目前所采用的三个有功功率变送器来测量机组的实发功率，取三个变送器输出的中值作为最终测量值来参与机组的协调控制方案，存在以下几项问题：

1、当系统其他变压器空载合闸产生和应涌流或系统区外短路故障时，将使机组测量级CT二次侧产生大量高次谐波，导致机组参与协调的有功功率变送器无法准确反映发电机有功功率的实时变化，有可能导致机组切除协调。

2、三块有功功率变送器共用一组电流互感器、一组电压互感器的二次绕组。当发生PT断线或CT断线，以及出现PT二次接线松动或小空开掉闸的情况时，三块变送器输出功率突变，影响机组协调控制系统的正常运行，严重时还会造成机组掉闸，且无断线报警功能。

3、电流回路在有功功率变送器本身电流端子上与电流变送器、无功功率变送器、功率因数变送器等串联；电压回路在有功功率变送器本身电压端子上与电压变送器、无功功率变送器、功率因数变送器、频率变送器并联。当参与机组协调控制的有功功率变送器电流或电压回路存在故障或要更换某个变送器时，会影响所有变送器的正常工作，很不利于消缺工作的正常开展。

4、三块有功功率变送器均只有一路电源，且为同一路电源，取自机组UPS。当此电源回路出现故障时，所有变送器都将无法正常工作，后果不堪设想。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种发电机有功功率智能变送装置，同时在相关电流、电压和电源等二次回路上进行优化，大大提高了机组协调控制系统的可靠性和稳定性，保证了机组的安全稳定运行。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种发电机有功功率智能变送装置；所述智能变送装置的电压取自电压互感器二次不同绕组，各变送器的电压回路分别在端子排处并接；端子排上的每个电压端（Ua；Ub；Uc；Un）各自以并接的多个线路分别输出，对应连接至各个变送器上的相应电压端；

所述智能变送装置的电流取自两组不同的电流互感器；智能变送装置的电流回路，通过串接其中任意一个变送器的电流通道，使电流经由端子排上每个第一电流端（Ia；Ib；Ic）下属的第一接点，对应向当前串接的变送器上的相应第一电流端流入，再从当前串接的变送器上的相应第二电流端（Ia’ ；Ib’ ；Ic’）流出，回到端子排上相应第一电流端下属的第二接点，继续通过端子排上相应第一电流端下属与第二接点相连接的第三接点，串接另一个变送器的电流通道，以此类推串接所有变送器的电流通道；

其中，在端子排处相互并接的第二电流端，各自与端子排处相应的第一电流端下属的第四接点分别连接。

优选地，所述智能变送装置中参与协调控制的三个有功功率变送器，各自采用双路独立电源供电；

所述智能变送装置的电源回路中，端子排处的任意一个电源端（L；N）以并接的多个线路分别输出，对应连接至各个有功功率变送器的相应电源端。

优选地，所述智能变送装置接入两组不同的电压互感器以采样发电机机端电压，以及接入保护级和测量级的电流互感器以采样机端电流。

优选地，所述智能变送装置设置有采样切换单元，在正常运行或故障切除时提供驱使智能变送装置从测量级的电流互感器进行电流采样的控制信号，在变压器空载合闸或区外短路故障时提供驱使智能变送装置从保护级的电流互感器进行电流采样的控制信号。

优选地，所述智能变送装置将其计算得到的发电机有功功率表示为4-20mA的电流信号，并输出所述电流信号至发电机功率自动调节系统或DCS系统。

优选地，所述智能变送装置具有四路输出通道，以及输出通道的故障切换单元。

优选地，所述智能变送装置具有断线切换单元及断线切换告警单元；

所述断线切换单元在两组电压互感器中的一组断线时，切换为以未断线的另一组电压互感器运行，以及在保护级和测量级的电流互感器中的一个断线时，切换为以未断线的另一个电流互感器运行。

优选地，所述智能变送装置具有装置异常告警回路及装置失电告警回路，向与之连接的DCS系统发送告警信号。

优选地，所述智能变送装置具有装置GPS对时回路，提供准确的装置时间、报文及录波时间坐标。

与现有技术相比，本发明的发电机有功功率智能变送装置，其优点在于：

1）正常运行时，本发明的装置由测量级CT采样，精度高。当变压器空载合闸或区外短路故障时，由测量级CT自动切换为保护级CT运行，保证真实反映实际功率变化，确保机组协调控制系统稳定可靠。当故障切除后，装置会自动切换回测量级CT，保证正常运行中的准确测量。

2）本发明的装置具有可靠的PT断线和CT断线判别功能。当发生PT或CT断线时，自动切换到未断线的另一组PT和CT，解决了传统功率变送器发生断线后功率失真的问题。同时可以向后台送出相关报警点，方便运行人员及时发现异常。

3） 本发明的装置控制功能动作过程透明化，信息记录完备，提供了完备的事故追忆信息。具备故障录波功能，能记录发生故障时的电压、电流以及功率波形。

4）本发明的装置具备双路电源和四路输出通道，当一路电源发生故障时，也不影响变送器的正常运行；当一路输出通道损坏，可更换到另外一路输出。装置具有失电报警功能，大大提高了设备的可靠性。

5）本发明的装置增设有装置异常告警和装置失电告警回路，发送告警信号给DSC，供运行人员监测。并且，增设有装置GPS对时回路，使装置时间准确，报文及录波时间坐标准确，方便异常故障分析。

附图说明

图1为适用本发明后，模拟线路三相接地瞬时故障时，发电机的实际功率波形示意图。

图2为适用本发明后，模拟线路三相接地瞬时故障时，智能功率变送装置的功率输出波形。

图3为智能变送装置的回路优化之前的接线示意图。

图4为本发明所述智能变送装置的回路优化之后的接线示意图。

图5为本发明所述智能变送装置的通道接线图。

具体实施方式

本发明提供一种发电机有功功率智能变送装置，该装置接入发电机机端电压（不同的两组PT），机端电流（保护级和测量级）进行采样，经装置计算出发电机的有功功率，以4-20mA电流输出，供发电机功率自动调节系统和DCS系统（分散控制系统）使用。

当系统其他变压器空载合闸产生和应涌流或系统区外短路故障时，将使机组测量级CT二次侧产生大量高次谐波，导致机组参与协调的有功功率变送器无法准确反映发电机有功功率的实时变化，有可能导致机组切除协调。而由于保护级CT暂态特性较好，响应速度快，采样精度高，抗干扰能力强，可真实反映实际功率变化。

因此，在正常运行时，本发明的功率变送装置由测量级CT采样，精度高。而当变压器空载合闸或区外短路故障时，该功率变送装置由测量级CT自动切换为保护级CT运行，以保证真实反映实际功率变化，确保机组协调控制系统稳定可靠。当故障切除后，装置会自动切换回测量级CT，保证正常运行中的准确测量。

图1为模拟线路三相接地瞬时故障时，发电机的实际功率波形。图1中标尺T所在位置为故障发生的时刻，三相电压降低，三相电流增大，最后一条曲线所示的输出有功功率大幅降低，接近于零。当故障切除后，线路重合闸成功，电压、电流、有功功率恢复正常。

图2为模拟线路三相接地瞬时故障时，智能功率变送装置的功率输出波形。可见，故障发生过程中，变送器输出的功率波形几乎与实际功率的变化趋势一致，证明该变送器确实能够在故障时真实、准确反映发电机有功功率的实时变化，没有失真，不会导致机组切除协调。

本发明的装置具有可靠的PT断线和CT断线判别功能。当发生PT或CT断线时，自动切换到未断线的另一组PT（电压互感器）和CT（电流互感器），解决了传统功率变送器发生断线后功率失真的问题。同时可以向后台送出有关PT切换的报警点，并记录报告，方便运行人员及时发现异常。

图5是本发明所述智能变送装置的通道接线图，配备了电压端Ua1/Ub1/Uc1/Un1，Ua2/Ub2/Uc2/Un2；保护级电流端Ia/Ib/Ic，Ia’ /Ib’ /Ic’；测试级电流端mIa/mIb/mIc，mIa’/mIb’/mIc’。并且，装置配备双路电源和四路输出通道；当一路电源发生故障时，也不影响变送器的正常运行；当一路输出通道损坏，可更换到另外一路输出。装置具有失电报警功能，大大提高了设备的可靠性。此外，还配有PT断线、CT断线、装置闭锁、装置报警等相应端口，具体参见图5的示例，不一一赘述。

配合参见图3、图4所示，本发明所述新型智能变送装置的回路优化，包含：

1）电压回路优化。有功功率变送器的电压取自电压互感器二次不同绕组，同时为了方便日常的消缺工作，电压变送器、频率变送器、有功功率变送器等设备的电压回路均在端子排并接，以保证各个变送器的电压回路相对独立，消缺时不影响其它变送器的正常工作。如，第一组电压回路中，端子排的Ua端以并接的两路输出，分别接至变送器P1和P2的Ua1端（不同于原先使端子排处Ua端的一路接至P1的Ua端，再从P1的Ua端接至P2的Ua端的接线方案）；Ub、Uc、Un端与P1和P2的Ub1、Uc1、Un1端的接线情况类似。并且，通过端子排处另外一组Ua/Ub/Uc/Un端，与P1及P2处的Ua2/Ub2/Uc2/Un2端接线的第二组电压回路，也可通过上述类推。

2）电流回路优化。电流互感器二次严禁开路，对于大型机组来说，发电机出口的电流互感器变比都很大，倘若存在CT二次开路的现象，必须要降负荷或者停机处理。因此，为了方便日常的消缺工作，电流回路经过一个变送器之后都必须回端子排，然后再从端子排引出接至另外一块变送器，以保证各个变送器的电流回路独立。当一块变送器出现故障时，从端子排短接此变送器的电流回路即可，不影响其它变送器的正常运行，既安全又方便。

如，第一组电流回路中，端子排处Ia端的第一接点，先接至P1的Ia端，再从P1的Ia’端接回到端子排处Ia端的第二接点，再从端子排处与第二接点相连接的Ia端的第三接点接至P2的Ia端，再从P2的Ia’端接回到端子排处Ia端的第四接点（不同于原先端子排处Ia端只有一个接点，且直接从P1的Ia’端接至P2的Ia端的接线方案）；Ib、Ib’、Ic、Ic’端的接线情况类似。端子排处Ia、Ib、Ic端各自的第四接点，对应地连接至端子排处的Ia’、Ib’、Ic’端；端子排处的Ia’、Ib’、Ic’端相互连接。通过端子排处另一组Ia/Ib/Ic/Ia’ /Ib’ /Ic’端，与P1及P2处的mIa/mIb/mIc/mIa’/mIb’/mIc’端接线的第二组电流回路，也可通过上述类推。

3）电源回路优化。参与协调控制的三块有功功率变送器均采用双路独立电源供电，且都在端子排并接，这样也有利于日常消缺工作的顺利、安全开展。如，第一组电源回路中，本发明中端子排的L端以并接的两路输出，分别接至P1和P2的L1端（不同于原先使端子排处L端的一路接至P1的L端，再从P1的L端接至P2的L端的接线方案）；N端与P1、P2的N1端接线情况类似。并且，通过端子排处另一组L/N端，与P1及P2处的L2/N2端接线的第二组电源回路，也可通过上述类推。

在应用本发明的新型智能变送装置时，应注意参与机组协调控制的有功功率变送器电流回路、电压回路和电源回路进行优化之后，需在相应的回路上进行直阻测试、绝缘测试和采样检查之后才能正式投运，避免回路接线错误而造成PT短路或CT开路，且在设备投运后要加强回路的监视。

采用所述发电机智能变送装置时，还应详细校验变送器的误差精度，检验装置的各项切换功能、报警功能和对时功能，并与DCS后台核对各参数和通道正确后才可以正式投运。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。