智能电量变送器在火力发电厂的应用与分析

安福旺 　李志忠 　陈浩

摘 要：本文对常规电量变送器和智能电量变送器的工作原理分别进行了介绍，通过一起现场案例，重点分析了在发电机测量电流互感器二次电流出现异常情况下，由于智能电量变送器输入侧接入了测量电流和保护电流，在输入量异常的情况下，输入侧电流通道进行了无扰动切换，因而输出量无变化，而常规电量变送器仅有单一输入，因此当输入量发生变化时，变送器的输出量波动较大，经过比较发现智能电量变送器较常规电量变送器输出更稳定更可靠，同时具备对时、通信和录波功能，更适用于发电厂DCS和DEH控制系统。

关键词：智能电量变送器；传动电量变送器；发电机有功功率；失真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.140

0 引言

目前大部分火力发电厂发电机组使用的发电机有功功率变送器均为常规变送器，将被测电量参数（如电流、电压、功率、频率、功率因数等信号）转换成直流电流、直流电压并隔离输出模拟信号或数字信号送至DCS，以用于DCS系统对汽轮机、发电机的控制和监测，一旦出现电流互感器或电压互感器二次回路断线、虚接、系统发生瞬时性故障、测量电流互感器饱和都将造成变送器输出失真，不能正确地反映电气一次系统的真实状态，一方面会造成运行人员对运行设备的错误判断，另一方面如果变送器参与汽轮机组的调节，可能造成汽轮机组的误调节，导致保护动作，使发电机组停机，造成严重的损失，为了避免以上事件的发生，对重要的电量变送器，尤其是参与DCS和DEH电功率调节的发电机有功功率采用了智能型电量变送器。在电流互感器二次回路异常的情况下，通过比较常规电量变送器和智能电量变送器的输出，发现智能型电量变送器输出平稳，无波动，有效地解决了电流互感器或电压互感器二次回路出现异常导致输出失真的问题。

1 普通有功功率变送器的工作原理

电量变送器是一种将被测电量（交流电压、电流、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、频率、相位、功率因数、直流电压、电流等）转换成按线性比例直流电流或电压输出（电能脉冲输出）的测量仪表，有功功率变送器是将三相交流输入信号经三相隔离采样电路后，形成三相电流、三相电压信号的共地跟踪电压信号，在单片机控制下由A/D转换器对其进行多点同步采样，采样得到的数据由DSP器件按电工原理计算出被测信号的三相有功功率（数字量），再经D/A转换器把代表三相功率的数字信号转换为模拟量，由定标放大器放大、定标后，形成直流电压输出VZ；VZ输出经专用厚膜集成V/I变换器后形成4～20mA直流电流输出。

2 智能有功功率变送器的工作原理

智能变送装置接入发电机机端电压和机端电流（保護级和测量级）进行采样，采用全周傅立叶算法计算有功功率，平时正常运行自动选用测量级CT，当保护级CT 的电流大于1.1 倍额定电流时或发生CT断线时，功率计算自动切换至保护级CT 电流，兼顾正常运行和异常情况下的准确测量，装置具有良好的暂态特性，确保系统短路故障或二次回异常时，功率的准确测量，装置计算出发电机的有功功率，分别以4～20mA 电流输出，供发电机功率自动调节系统和DCS 系统使用，同时该装置具有对时、通信、报警和事件记录功能，提高了发电机有功功率自动调节系统和DCS系统可靠性。

3 常规有功功率变送器与智能有功功率变送器的比较与分析

某发电厂运行人员发现DCS系统所接收到的发电机有功功率变小，导致汽轮机调门开大，发生了功率不平衡的现象，而DEH接受到的发电机有功功率未发生波动，通过调取DCS历史曲线（如图1）发现发电机测量用电流互感器B相二次电流突然间断性地减小，引起发电机有功功率间断性减小，进一步检查图纸发现送至DCS发电机有功功率使用了常规有功功率变送器，用于DCS协调运算；而送DEH的发电机有功功率使用了智能有功功率变送器将值，用于DEH功率负荷不平衡保护。

由于常规有功功率变送器仅接入一组发电机测量电流互感器，因而在发生B相二次电流波动时，变送器输出值随着波动；进一步调取智能变送器内的录波图（如图2，紫色的曲线为使用测量电流计算出来的功率曲线，绿色的曲线为智能变送器切换到保护电流后输出的功率曲线），发现智能变送器由于接入了测量电流和保护电流，当B相测量电流减小后，智能变送器将测量电流瞬时切换至了保护电流，实现了发电机有功功率无波动，提高了设备的可靠性。

4 结论

随着电子产品智能化的提高，为智能化电量变送器的应用提供了坚实的基础，在一些重要的应用领域，尤其是在发电厂的控制系统，传统的电量变送器已不能胜任特殊工况下的应用，通过对一起现场案例的分析，不难发现，智能变送器进行较常规有功功率变送器有明显的优势，不仅能够在系统暂态故障和电流二次回路出现异常的情况下保证运行，而且能够对事故数据进行记录，便于事故后的分析，但是由于智能电量变送器较常规电量变送器价格昂贵，因此，未得到很好地推广和应用，作为发电厂的生产人员，为了保证发电机组的安全运行，在重要的控制系统如DCS和DEH中应安装和使用智能电量变送器，以确保在系统暂态故障和电流二次回路出现异常的情况下，控制系统能安全、稳定地工作。