摘要：随着大机组，超高压电网的形成，频率反应了电力系统中有功功率供需平衡的基本状态。电力系统运行频率偏离额定值过多，会给电力用户带来不利影响，而受影响最大的，当首推发电厂本身，当供电频率下降时，从而使发电机的输出电功率减少，更加剧了供需间的不平衡，进一步促使频率下降甚至造成发电厂全停。
关键词：供需平衡；频率；运行频率；供电频率
1设备概况
某大型水电厂监控系统母线频率测点显示值，由频率变送器直接从母线电压互感器测量绕组采样，经过转换变为（4-20）mA信号输出至LCU柜内I/O卡件，再经由通信传至主控室后台主机经过组态后在后台显示器上显示。主要测量及转换设备“频率变送器”安装在500kV开关站LCU#2柜。频率变送器选用的是浙江函普电力科技有限公司生产的FPF型，量程为（45-55）Hz、（30-600）V，输出范围为直流电流（4-20）mA信号，准确度等级为0.2级，变送器工作电源由专用的直流220V回路供电。据现场查看，该变送器投运已超过3年，只有投产前校验过，当时校验结果为合格。
2故障概况
2012年12月12日17时57分，南方电网总调自动化调度员发现，某大型水电厂母线频率与系统频率之间的最大偏差达到0.04Hz，稳定性差且伴随频率波动。（某大型水母线侧频率50.07Hz，系统侧频率50.03Hz），经查EMS系统历史曲线确认也与监控系统后台记录数据吻合。南网总调责令某大型水电厂及时检查处理，并提交检查报告。电厂二次维护人员检查现场频率变送器二次回路，未发现异常，遂与我公司取得联系，安排测量技术人员到现场进行故障查处及原因分析。
3故障原因分析
3.1频率变送器准确度等级为0.2级，折算为绝对值允许误差是±0.02Hz。所以频率变送器自身测量误差（例如：母线侧频率变送器误差为+0.02Hz；系统侧频率变送器误差为-0.02Hz）会导致后台显示的频率偏差在0.04Hz范围内。
3.2电压互感器二次绕组组别选择错误或二次负载较大，影响变送器测量准确度及输出稳定度。由于母线频率是从母线电压互感器二次绕组直接采样，由于电压互感器二次绕组有保护绕组、测量绕组和计量绕组之分，测量绕组的精度远远高于保护绕组，所以如果测量回路错接至保护绕组的话，可能会导致变送器测量误差增大。而且如果互感器二次回路负载较大即变送器输入阻抗较大会导致变送器精度下降和输出稳定度降低。
3.3变送器本身抗干扰能力差。由于500kV升压站内容易存在强电磁场环境，变送器本身的抗电磁干扰能力较差的话，会导致变送器输出信号失真和波动。
3.4监控系统LCU元器件老化。母线频率变送器和500kV升压站LCU系统属于长时间连续运行的电力设备，内部元件极易老化，也将导致信号测量传输的准确度和稳定性下降。
4故障原因排查
4.1频率变送器误差超差的可能性排查
通过对频率变送器进行现场校验，其中：I母频率变送器误差满足0.1级范围；II母频率变送器误差较大，接近0.2级，经调整后控制在0.1级范围内，均属于合格范围。
经校验误差调整后，母线频率与系统频率偏差缩小至0.02Hz左右。证明频率变送器误差偏大是导致频率偏差异常的原因之一。
4.2电压互感器二次绕组组别选择错误或二次负载较大可能性排查
通过对母线电压互感器及其二次回路检查，确认频率变送器采样电压取自母线电压互感器测量绕组，母线电压始终稳定，相序正确，无异常。电压互感器测量二次回路中只连接有PMU装置与频率变送器两个设备，二次回路负载不大。由此可以判断，频率偏差和波动异常的原因与电压互感器及其二次回路无关。
4.3变送器本身抗干扰能力差的可能性排查
通过对监控系统频率监测记录的频率曲线分析，发现频率波动比较频繁。由于变送器内部电路的滤波能力不足会导致变送器输出信号纹波含量较多（失真）并且稳定性较差。加之500kV升压站电磁射频干扰信号较多，现场检查时变送器接地端（16号端子）并没有接地，输出信号中耦合加入射频干扰信号的可能性较大。因此，可以判断频率偏差异常及波动的原因之一，是由于变送器本身稳定度及抗电磁干扰能力较差。
4.4监控系统LCU元器件老化可能性排查
据电厂相关技术人员处了解，故障频率变送器及其LCU组件投运已超过4年。母线频率属于长时间连续运行的电力设备，内部元器件长期发热极易老化，运行电磁环境恶劣，容易缩短内部元器件的使用寿命。现场更换了新的同型号校验合格的变送器后观察发现，频率偏差及波动并没有明显改观。由此判定跟元器件老化的关系不大。
5故障处理建议
5.1该型号批次频率变送器本身准确度0.2级不能满足《Q/CSG110024-2012南方电网220kV～500kV变电站计算机监控系统技术规范》对于频率准确度（≤0.01Hz）的要求。另外该型号频率变送器抗电磁干扰能力差及输出稳定性较差。建议电厂与变送器厂家联系，根据电厂运行需要定制高精度频率变送器。要求频率变送器准确度为0.1级及以上，测量范围推荐为（48-52）Hz。另外建议在频率变送器内部电路中增加滤波电容，提高其输出稳定性及抗电磁干扰能力。
5.2变送器及LCU的安装布线应注意抗干扰措施的落实。
5.2.1电源是电磁干扰进入变送器电路及PLC的主要途径之一。电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的，各种大功率用电设备及变频器是主要的干扰源。电源的有效抗干扰措施可以在变送器及PLC的电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器。
5.2.2模拟量信号传输应选择屏蔽电缆。模拟量传输线与动力电缆、电源线、开关量线应分开走线敷设，并保持一定距离。模拟量信号屏蔽电缆屏蔽层应可靠、规范接地。频率变送器接地端（16号端子）和PLC接地端子应采用大于4mm2的多芯铜绞线可靠接地，接地装置应与强电设备接地装置分开设置。为防止不同信号回路接地线上的电流引起交叉干扰，必须落实一点接地的要求。
参考文献
[1]《南方电网220kV～500kV变电站计算机监控系统技术规范》Q/CSG110024-2012.
[2]《电力系统调度自动化设计技术规程》DL／T5003—2005.
[3]《水力发电厂测量装置配置设计规范》DL／T5143—2009.
[4]《交流电量转换为直流电量电工测量变送器检定规程》JJG126-1995.
[5]《交流采样远动终端技术条件》DL/T630-1997.
[6]《交流采样测量装置校验规范》Q/GDW1899-2013.
论文作者:赵磊
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/26
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