大型汽轮发电机组参与功率调节的变送器电压回路独立的改进研究

余佳翔

摘要：某电厂大型汽轮发电机组参与有功功率调节的三路功率变送器共用PT电压回路，存在设计隐患，当PT（电压互感器）出现一次熔断或者二次断线时会导致机组有功功率异常上涨，机组出现瞬态，甩负荷或跳机。本文针对功率变送器共用PT电压回路的不合理设计，从汽机有功功率调节逻辑上进行了详细研究和影响分析，并结合外部电厂经验和现场回路实际设计情况给出了详细的改进方案，经现场机组实际运行验证，改造后的方案可以有效避免单一故障引起机组功率异常上涨的重大隐患。

关键字： 功率调节；变送器；PT（电压互感器）回路

0.引言

大型汽轮发电机组设置有专门的机组变送器屏柜，通过采集发电机、主变压器、厂用变压器的电压电流量，最终变换成有功功率、无功功率、频率、功率因数、电压、电流等量送至外部系统，用于显示、监控或参与相应调节控制逻辑，提供可靠安全的运行参数，以确保机组安全稳定运行。

为确保机组安全稳定功率运行，针对机组变送器屏送GRE系统（汽机调节系统）参与有功功率调节的三路功率变送器的电压回路存在共用PT电压回路的设计隐患，本文根据汽机功率调节逻辑原理和现场电压回路实际情况，对三路功率变送器的电压回路进行了改进与优化。

1.功率变送器电压回路设计

某电厂机组变送器屏柜中三路发电机有功功率变送器（011MW/004MW/005MW）通过采集发电机机端电压及电流，内部计算出发电机有功功率值，转换成对应的4-20mA信号输出送至GRE汽机调节系统参与汽机主汽门和调门开度的控制，进一步实现对发电机有功功率的调节控制。该三路有功功率变送器的电压信号取自发电机出口两组机端PT，如下图1所示,其中：011MW/004MW电压信号均取自GPA001TU，二者共用一组PT；005MW电压信号取自GPA002TU，单独使用一组PT。

图1 有功功率变送器电压采样结构示意图

2.汽机调节系统对功率信号的采样运算逻辑

三路发电机有功功率变送器输出4-20mA信号送至GRE系统（汽机调节系统）后，GRE系统对三路有功功率信号的采样运算逻辑简要如下：

GRE系统对三路有功功率信号值进行两两比较

1）若三路值均正常，则优先取第一路参与逻辑控制；

2）当三个有功变送器输出值两两偏差大于功率量程1%时，GRE逻辑自动剔除偏差变送器，剩下两个有功变送器取输出大值参与GRE逻辑运算；

3）当两个变送器同时出现异常（GRE系统逻辑接收变送器输出3.5mA以下判断为坏点，3.5mA以上为好点），若异常输出值大于3.5mA且与第三个正常变送器偏差大于功率量程1%时，GRE逻辑将正常变送器剔除，GRE使用异常变送器输出值进行调节；

4）当两个变送器同时出现异常（GRE系统逻辑接收变送器输出3.5mA以下判断为坏点，3.5mA以上为好点），若异常输出值小于3.5mA时，GRE逻辑认为此两路相同的异常输出值为坏点，GRE使用第三个正常变送器输出值进行调节。

根据上述汽机功率调节的运算逻辑，结合三路有功功率变送器的电压回路结构（011MW/004MW共用一组PT，005MW单独使用一组PT），

当共用组的PT出现一次熔断或者二次断线时， 011MW/004MW的输出功率值相同且均低于真实功率值005MW，根据GRE的控制逻辑，正常变送器 005MW 由于与011MW/004MW偏差过大（大于功率量程的1%）将被剔除，GRE使用异常变送器011MW/004MW 的输出值进行调节，此时参与GRE 调节的发电机功率值与当前机组真实功率不符，且小于当前机组功率设定值，导致汽机调门开度增大、发电机有功功率瞬间大幅增大，机组功率异常上涨，发电机出现瞬态。

3.改造方案

GPA001TU（发电机出口PT）、GPA002TU（发电机出口PT）、GPA004TU（主变低压侧PT）各有一组测量绕组，且目前其二次接线均已引入机组变送器屏KKO002AR柜内。GPA011MW、GPA004MW均取自GPA001TU，改造方案将GPA004MW的电压采集端由GPA001TU改为GPA004TU，使之与GPA011MW电压回路相互独立。改造示意图如图2所示：

 

图2 改造示意图

因回路变动，考虑因素如下：

（1）GPA004TU变比及准确度：

GPA004TU测量绕组变比为，准确度为0.2级，与GPA001TU测量绕组的变比及准确度相同，满足要求。

（2）GPA004TU容量：

目前主变低压侧PT （GPA004TU）测量绕组已接有的负荷加上改造后新增GPA004MW，经保守计算，总负荷负载约为10VA，小于GPA004TU总容量45VA，总容量满足要求。

（3）GPA004TU电压偏差：

根据GRE系统的采样逻辑，当GPA011MW、GPA004MW、GPA005MW三个功率变送器两两偏差大于功率量程的1%，系统对偏差变送器数值予以剔除。需保证改造后GPA011MW与GPA004MW测量功率偏差小于该范围。参考机组满功率运行数据，分别取机端PT及主变低压侧PT电压进行功率计算，1/2号机组三相功率偏差分别约为5.2MW及5.4MW，均小于10.8MW，电压数据可靠，故修改GPA004MW电压回路后，GPA004MW输出偏差在允许范围内，对GRE系统逻辑无影响。

现场GPA001TU及GPA004TU测量绕组二次接线均已引至机组变送器屏KKO002AR柜内端子排。改造前，GPA004MW的A/B/C三相电压（004MW-2/5/8）取自机端PT（GPA001TU），对应柜内端子排为102BN；改造后，对接线进行调整，GPA004MW三相电压改为取自主变低压侧PT（GPA004TU），对应柜内端子排为302BN,其中2a、4a、6a为302BN配合GPA004MW的接入新增的端子。调整前后端子排图见如图3。

图3 电压回路调整前后端子排图

4.改造效果

改造后，经机组实际长期功率运行验证效果良好，有效避免了PT（电压互感器）出现一次熔断或者二次断线的单一故障时会导致机组有功功率异常上涨，机组出现瞬态、甩负荷或跳机的重大风险隐患。

5.结束语

本文针对大型汽轮发电机组参与有功功率调节的三路功率变送器共用电压回路的设计隐患，从汽机功率调节逻辑原理上进行了风险隐患分析，并给出了改进方案及改造后的验证效果，对大型汽轮发电机组功率调节用变送器的设计及运维可提供一定的借鉴意义。

参考文献

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