CN101403917B - 一种机网动态参数综合测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力系统参数测量技术领域中的一种机网动态参数综合测量装置。技术方案是，该装置包括彩色触摸屏主机箱、多功能插件机箱、后台系统软件和远方管理系统四个部分；其中，彩色触摸屏主机箱与多功能插件机箱通过数据光纤相连，放置在电厂现场；后台系统软件运行在电厂电子间或控制中心的PC机上，通过电厂内部局域网与彩色触摸屏主机箱和多功能插件机箱相连；远方管理系统运行在远端电力系统控制中心，通过电力系统通讯网或拨号电话网与彩色触摸屏主机箱相连。本发明提供的机网动态参数综合测量装置，综合考虑汽轮机或水轮机、发电机和电网之间的动态耦合特性，全面监测机网之间相关动态参数，为研究电力系统机网协调运行奠定基础。

Description

一种机网动态参数综合测量装置

技术领域

本发明属于电力系统参数测量技术领域，尤其涉及一种机网动态参数综合测量装置。

背景技术

电力系统是否能够安全稳定的运行是关系到国家安全和人民生活的重大问题。电力系统在运行中，经常可能受到各种自然和人为的扰动，有的扰动幅值不大或很快衰减，对系统运行影响不大；有些扰动可能引起严重后果，造成系统稳定性破坏、设备损坏或导致大面积停电。电力系统受到小扰动后，若考虑到调节器及元件的动态，并分析它在暂态过程后能否趋于或接近原来的稳定工况运行的问题称作动态稳定分析。电力系统的安全稳定运行监测以及电力系统动态安全稳定分析一直是电力系统相关技术部门研究的重要内容。传统电力系统安全稳定运行监测是以数据采集与监视控制系统SCADA和能量管理信息系统EMS及相关的应用软件为代表的调度监控系统，实质上是在潮流水平上的电力系统稳态行为监控系统，对于电力系统的动态安全稳定运行是无法监测记录。目前，电力系统主要采用相角测量装置(PMU)监测电力系统动态参数，但其不足在于监测量单一，涵盖范围小，仅包括电力系统中发电机电网侧的电气参数，忽略了发电厂汽轮机、发电机与电网动态过程中的耦合特性，往往造成对某些电力系统动态过程的机理认识不清，影响电力系统稳定控制措施的确定和实施。综合考虑机网动态过程的耦合特性，并可与电网侧PMU采集数据结合使用的机网动态参数测量装置，国内外还没有研究。现代电力系统中发电机组容量不断增大，发电机组动态对电力系统稳定的影响日益增强。发电厂汽轮机、发电机和电网是相互作用、紧密耦合的整体，机网运行参数的综合监测对电力系统安全稳定非常重要。我国现已经完成了“厂网分开”改革，发电厂和电网两方都要求对各类故障原因有一个明确的界定，确定到底是发电厂还是电网所导致的，通过机网动态参数的实时监测分析，能很好地判明机网运行中事故的真正原因。本发明的机网动态参数综合测量装置，就是在这种背景中产生的。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前电力系统只能监测发电机电网侧的电气参数，忽略了发电厂汽轮机、发电机与电网动态过程中的耦合特性，从而导致对某些电力系统动态过程的机理认识不清，影响电力系统稳定控制措施的确定和实施的缺陷，提出一种机网动态参数综合测量装置。

本发明的技术方案是，一种机网动态参数综合测量装置，其特征是所述装置包括彩色触摸屏主机箱、多功能插件机箱、后台系统软件和远方管理系统四个部分；其中，彩色触摸屏主机箱与多功能插件机箱通过数据光纤相连，放置在电厂现场；后台系统软件运行在电厂电子间或控制中心的PC机上，通过电厂内部局域网与彩色触摸屏主机箱和多功能插件机箱相连；远方管理系统运行在远端电力系统控制中心，通过电力系统通讯网或拨号电话网与彩色触摸屏主机箱相连。

所述彩色触摸屏主机箱内部包括保护板、系统管理板、数据采集板、GPS时间板，多功能插件以及各种外围I/O接口；实现故障判断、现场机网动态参数的采集、处理、管理及数据通过电力系统通讯网或拨号电话网的上传。

所述多功能插件机箱内部包括交流输入插件、开关量输入插件和逻辑输出插件；实现现场机网动态参数的预处理。

所述后台系统软件，以LINUX操作系统为平台，软件界面上的操作支持汉字输入。

所述远方管理系统通过管理工作站或运行方式工作站，对机网动态参数综合测量装置进行远方操作和管理。

所述机网动态参数包括汽轮机热力参数、调速系统参数、转子机械参数和发电机电气参数。

所述汽轮机热力参数包括汽轮机调节级压力、高压缸排汽压力和再热器出口压力。

所述调速系统参数包括阀位指令、高压缸调节阀开度、中压缸调节阀开度和油动机行程。

所述转子机械参数包括转子首尾两端测速齿脉冲、转速和转子键相信号。

所述发电机电气参数包括发电机出口三相电压和电流、励磁电压和电流、有功和无功功率以及电网频率。

本发明提供的一种机网动态参数综合测量装置，综合考虑汽轮机(或水轮机)、发电机和电网之间的动态耦合特性，全面监测机网之间相关动态参数，并在数据上引入GPS卫星同步时钟标签，方便与电网相角测量装置(PMU)所采集数据结合使用；为研究发电机组与电网间的动态耦合特性积累了第一手资料，为研究电力系统机网协调运行奠定基础。

附图说明

图1为机网动态参数综合测量装置面板布置示意图。

图2为机网动态参数综合测量装置硬件原理示意图。

图3为机网动态参数综合测量装置模拟量记录格式。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

首先，根据发电厂实际情况，与发电厂技术工作人员一起安装机网动态参数综合测量装置。测量数据包括高、中、低压缸蒸汽压力，发电机出口三相电压、电流，励磁电压和电流，转速和键相。蒸汽压力分别取自调节级后压力，再热器出口压力和中压缸排汽压力。发电机出口三相电流电压取自继电保护专用电流电压信号或仪表专用电流电压信号。由于CT开路和PT短路不但会造成继电保护误动作，而且会对设备或人身造成严重伤害，所以此项工作一定要与电厂继电专工仔细协商，建议采用仪表专用电流电压信号。励磁电压电流取自相应变送器。转速信号来自机头安装的测速齿轮，通过汽轮机自带位移传感器获得测速齿轮脉冲，也可以直接从发电厂数字电液调节系统DEH(Digital Electric Hydraulic Control System)系统引出。同样，键相信号来自机头的键相标识，可以直接从DEH系统引出。

机网动态参数综合测量装置安放于发电厂集控运行室电子间，各项测量数据通过电缆线传到机网动态参数综合测量装置内。安装过程需要明确信号的来源，电缆走线和电缆两头接线的分工，保证接线工艺以及设备良好的运行状况。图1为机网动态参数综合测量装置面板示意图，包括彩色触摸屏主机箱和多功能插件机箱。用户可以通过触摸屏实现人机互动，主机箱则是机网动态参数综合测量装置的核心计算部分。所有装置安装在一个标准机柜内。机柜为全封闭结构，在机柜前边设有密封玻璃门，以减少灰尘污染。装置的进出线由柜底进出，所有引线通过机柜内端子排转接。

图2为机网动态参数综合测量装置硬件原理示意图。图2中，彩色触摸屏主机箱内部配有：

 

序号	板件型号	数量	功能
				1	管理板	1	装置的数据存储、对外通讯单元
2	保护板	1	整个装置的核心处理单元，通过双口RAM与

 

			多种智能插件进行数据交互，同时实现故障判断、录波、打印等功能
				3	采集板	1	用于模拟信号采集和处理功能，通过双口RAM向保护板发送实时数据
4	电源	1	用于装置内各板卡的供电

多功能插件机箱内部配有：

 

序号	板件型号	数量	功能
				1	交流输入插件	3	用于将输入交流模拟量变换成AD可采集的低压信号
2	逻辑输出插件	2	用于将内部逻辑信号输出送至保护板
				3	开关量输入插件	2	用于将开关量信号，进行处理并将信号传送给采集板

1)信号输入由交流插件及开关量板组成，可将交流电压、交流电流、开关信号等，通过各种变送器变换为电压值送到智能采集板。

2)智能采集板用硬件方式采集模拟量变换器输出的信号，将模拟信号转化为数字信号，实时传送到保护板。

3)GPS板是为采样数据提供绝对时间。同时采集鉴相脉冲、和转速信号。此板采用内置GPS模块，也支持外部RS232/分脉冲对时方式。

4)保护板通过双口RAM收集各采集板的数据，进行故障判断，与触摸屏通讯，进行在线监视。

5)嵌入式管理板主要完成录波数据文件的存储和管理，通过串口或以太网与其它计算机进行通信，对本装置进行定值文件和配置文件远方管理和录波数据的上载等功能。

本装置采用双6U一体化结构设计。上层为触摸屏、智能采集板、GPS板，嵌入式管理板以及装置的供电电源，下层为模拟量变换器、开关量输入及逻辑开出。

装置安装好，可以开始对机网动态参数进行采集。机网动态参数综合测量装置，以功率、电压、直流量以及转子扭振为起动判据；当电力系统受到扰动时，迅速自动启动录波，直接记录下发电厂汽轮机及其调速系统、发电机及其励磁系统以及电网的动态参数变化。主要包括：

a)电压越高限启动、电压越低限启动、电压突变量启动

b)电流越高限启动、电流突变量启动

c)有功功率突变、无功功率突变

d)直流量越高限启动、直流量越低限启动、直流突变量启动

e)扭振突变量启动

同时，还包括传动启动和远方启动。传动启动是在记录仪运行界面中，启动录波，连续做五次，应能可靠启动，用于试验和调试。远方启动是装置接收到来自远传信道的起动命令后，开始录波。

机网动态参数综合测量装置的记录格式采用固定统一的方式。图3为机网动态参数综合测量装置模拟量记录格式，图3中，模拟量记录的时间、方式及采样频率，主要包括两段录波数据。

A段：系统扰动前的数据，长度可由用户设定，最长为30s，记录频率为50Hz，连续采样。

B段：系统扰动期间的数据，长度可由用户设定，最长为360s，记录频率为50Hz、连续采样。

启动记录，符合启动条件中的任一条件则自动启动记录，由S点开始，按A-B时序顺序记录。

后台系统软件运行在管理机上，实现数据记录、与调度端通信、当地监控和装置定值设置。直接在触摸屏操作，其主要功能分析如下：

(1)查看装置当前状态：装置的运行情况，如无法运行会有出错显示，当前GPS寻找到卫星的数目，并显示GPS时间。

(2)定值设定：不同页面进行系统配置设定、交流电压量、电流量设定、直流量设定以及扭振信号设定。

(3)事件记录：在事故情况下机网动态参数的实时数据记录。

(4)整组试验：用于手动启动录波试验。

本系统软件界面上的操作键均为汉字显示，且无需其它设定，边操作边学习更便于掌握。

机网动态参数综合测量装置远方管理系统，完成机网动态参数综合测量装置的远方数据连接，并管理机网动态参数综合测量装置的定值资料。远方管理系统功能分析如下：

(1)查看远方录波文件：把机网动态参数综合测量装置的磁盘上当前所有的记录文件名目录传输过来，供浏览、选择传送或删除。

(2)删除远方录波文件：文件目录收到后，可以选择要删除的某个或某些文件。

(3)上载远方录波文件：收到文件目录后，选择希望获取的数据上传，也可以选择全部文件上传。

(4)被中断文件续传：传输意外或人工中断后，用该功能可以从中断点续传最后一个被中断的文件。

(5)远方对时：主站给机网参数综合测量装置授时，用来统一各测量装置时钟。

(6)远方手动录波：用来检验测量装置的记录能力是否正常，查看记录数据的正确性。

(7)远方系统复位：测量装置收到此命令后，自动复位重新引导。

(8)实时数据监视：在短时间隔内，测量装置定时发送各通道信息、告警信息等数据，使管理人员能在远方监视测量装置的运行状态和通道情况。

(9)上载系统文件：把测量装置的配置文件、定值文件上传给主站。

(10)下传系统文件：把更新过的定值参数传给测量装置。此后再远方复位，即可使新定值生效。这一功能具备访问控制，须输入操作口令。

(11)远方通讯复位：使当前连接恢复一个干净的状态。

(12)串口通讯仿真：开发人员可对串口通讯进行仿真。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种机网动态参数综合测量装置，其特征是所述装置包括彩色触摸屏主机箱、多功能插件机箱、后台系统软件和远方管理系统四个部分；其中，彩色触摸屏主机箱与多功能插件机箱通过数据光纤相连，放置在电厂现场；后台系统软件运行在电厂电子间或控制中心的PC机上，通过电厂内部局域网与彩色触摸屏主机箱和多功能插件机箱相连；远方管理系统运行在远端电力系统控制中心，通过电力系统通讯网或拨号电话网与彩色触摸屏主机箱相连；

所述彩色触摸屏主机箱内部包括保护板、系统管理板、数据采集板、GPS时间板以及各种外围I/O接口；实现故障判断、现场机网动态参数的采集、处理、管理及数据通过电力系统通讯网或拨号电话网的上传；

所述多功能插件机箱内部包括交流输入插件、开关量输入插件和逻辑输出插件；实现现场机网动态参数的预处理；

所述机网动态参数包括汽轮机热力参数、调速系统参数、转子机械参数和发电机电气参数。

2.根据权利要求1所述的一种机网动态参数综合测量装置，其特征是所述后台系统软件，以LINUX操作系统为平台，软件界面上的操作支持汉字输入。

3.根据权利要求1所述的一种机网动态参数综合测量装置，其特征是所述远方管理系统通过管理工作站或运行方式工作站，对机网动态参数综合测量装置进行远方操作和管理。

4.根据权利要求1所述的一种机网动态参数综合测量装置，其特征是所述汽轮机热力参数包括汽轮机调节级压力、高压缸排汽压力和再热器出口压力。

5.根据权利要求1所述的一种机网动态参数综合测量装置，其特征是所述调速系统参数包括阀位指令、高压缸调节阀开度、中压缸调节阀开度和油动机行程。

6.根据权利要求1所述的一种机网动态参数综合测量装置，其特征是所述转子机械参数包括转子首尾两端测速齿脉冲、转速和转子键相信号。

7.根据权利要求1所述的一种机网动态参数综合测量装置，其特征是所述发电机电气参数包括发电机出口三相电压和电流、励磁电压和电流、有功和无功功率以及电网频率。

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