功率表量程选择及与变送器的匹配

1997年第9期　　　　　　　　　　电　力　建　设　　　　　　　　・21・

功率表量程选择及与变送器的匹配

Selection of Pow er M eter Scale and its M atching w it h T ransmitters

孙如琦

(中南电力设计院, 武汉市, 430071)

[摘　要]　通过工程实例, 分析了目前功率表量程选择方法, 并根据匹配条件, 提出按仪表量程来校变送器的输入功率, 供设计参考。

[关键词]　功率表　送变器　量程　匹配

1　工程实例

关于功率表量程选择及与变送器的匹配的实例, 见附表。从中可看出两方面的问题。1. 1　量程范围差异大

附表中收集的均为300M W 机组的参数, 功率表的最大量程分别为:有功表:353M W, 415M W , 445MW , 519M W ; 无功表:220M W, 275M W, 415M W 。1. 2　仪表和变送器不匹配

附表中变送器的输入、输出额定值与PT 、CT 和功率表的额定值都是匹配的, 但除Q 工

发电机功率

/MW

程外, 均出现指示误差。有功表误差达(14～20) %, 无功表误差达(20～47) %, 就是说, 功率表与变送器仍是不匹配的。

设计人员只重视表面上的匹配关系, 往往忽视了变送器输入功率与功率表量程间的匹配要求, 一旦在调试阶段发现问题, 只能采取应急措施, 不但延误了工期, 给运行带来不便, 甚至导致经济上的损失。因此, 有必要对上述不匹配的现象进行深入分析, 统一功率表量程选择方式, 弄清功率表量程与变送器输入功率间的匹配要求, 提出校正变送器输入功率的方法, 减少因选择不当而造成经济损失。

附表　发电机回路变送器和测量仪表配置情况统计表

工程名称

仪表测量范围

变送器数据

仪表指示误差率

C T 变比

PT 变比

有功/M W 0～445(4～20) m A 0～519(4～20) m A 0～415(0～10) m A

无功/M W 0～±275(4～20) mA 数字显示0～±415(0～±10) mA

有功100V 5A (4～20) mA 100V 5A (4～20) mA 100V 5A (0～10) mA

无功有功/%无功/%

Y 工程30012000/5F 工程30015000/5Q 工程30015000/5P 工程30015000/5

20/0. 120/0. 120/0. 120/0. 1

同左同左同左同左

1514020

4747

20

:

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一次额定值来选择仪表量程更科学, 更严密, 因此笔者认为按电测量仪表设计技术规程选择有功功率表的量程较为合适。

2. 2　无功功率表量程的选择

附图(发电机特性曲线) 说明, 发电机的出力受定子绕组, 转子绕组和定子铁芯等结构件温度的限制, 即使sin U =1, 允许的最大无功功率约为270MW , 小于最大有功出力353M W 。因此, P 工程有功功率表和无功功率表选用相同量程是不适宜的。

2. 2. 1　按PT 、CT 一次额定值选择

附表中, Y 工程无功功率表最大量程为:3I e U e sin U e =220M W

式中　I e ——CT 一次额定电流, I e =12000

A ;

　U e ——PT 一次额定电压, U e =20kV;

e ——额定功率因数对应的sin U e 值, sin U

sin U e =0. 53。

120116

2　功率表量程选择

2. 1　有功功率表量程的选择

2. 1. 1　按PT 、CT 一次额定值确定

附表中Y 工程, 有功功率表最大量程为:

3I e U e cos U e =353M W

式中　I e ——CT 一次额定电流, I e =12000

A ;

　U e ——PT 一次额定电压, U e =20kV;

e ——额定功率因数, cos U e =0. 85。co s U

有2个问题值得注意:

(1) CT 的额定电流可能取值不一样。如Y 工程为12000A, F 工程为15000A, 所以, 功率表量程, 前者取(0～353) M W, 后者取(0～445) M W , 按此方法选择, 就有可能导致不同的结果。

(2) 机组可能过负荷运行。例如, 上海300M W 机组, 定子允许过电流能力如下:

时间/s

定子额定电流/%

10226

30154

60130

同样存在第2. 1节中提出的2个问题:(1) CT 一次额定值可能不一样, 导致Y 工程选220M W , F 工程选275M W , 无统一结果;

(2) 从附图中可以看出, 当co s U 小于0. 7低功率因数过激运行时, Y 工程无功表的量程选(0～220) M W, 不满足特殊运行要求。2. 2. 2　按电测量仪表装置设计技术规程选择

由附图可见, 300MW 机组额定无功功率为187M W 。按仪表指示值在标度2/3以上, 无功表量程宜选择在(0～280) M W 左右较为合适。

　　CT 一次额定电流一般大于发电机额定电流。按CT 、PT 一次计算出的功率大于发电机的额定出力, 就是说留有过负荷的裕度。但Y 工程的裕度较小, 不能指示60s 的过负荷值。Q 工程意图加大测量范围, 取cos U =1,

3×15000×20×1=519M W, 量程又过大。可见按PT 、CT 一次额定值选择功率表量程, 不能控制在运行所需要的测量范围内。

2. 1. 2　按电测量仪表装置设计技术规程选择电测量仪表装置设计技术规程第2. 1. 1条(三) 指出:“仪表和互感器测量范围, 宜选择在发电机、主变压器、送配电线路等电力设备额定运行及仪表指示在标度尺2/3以上”。按此原则, 300M W 机组功率表最大标度尺可选择至450M W 。

附图示出了上海电机厂汽轮发电机特性曲线。当co s U =1时, 发电机出力达353M W 。按上述规程选择的测量仪表, 不仅能指示发电机的最大出力, 而且留有短时(30s) 过负荷运行3　功率表和功率变送器的匹配

3. 1　功率变送器额定输入满度值和额定输出满度值

功率变送器是一种电气量的变换装置, 它将输入电气量(功率) 变换成与之成正比的直流量输出。

输出的直流量有电流型和电压型2种, 常见的有(0～10) mA, (0～20) mA 和(0～5) V,

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P M =

3I e U e

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(1)

这就是说有功功率表最大量程P M 等于额定一次功率P 1, 就可以判定此变送器与功率表是匹配的。

有些制造厂以“比例因子”SF 来衡量变送器与仪表是否匹配。SF 的值是:

S F =P M /

3I e U e

(2)

3I e U e , 该变送器与

若SF =1, 即P M =S F ≠1, 或P M ≠

附图　汽轮发电机特性曲线

仪表是匹配的。显然这与(1) 式是一致的。如果

3I e U e , 将出现仪表指示错

误。附表中同时列出了所举例工程的依表指示误差率。

上述针对有功变送器的分析方法, 同样适用于无功变送器。

3. 3　功率变送器输入满度值的校正

根据(1) 式匹配条件, 仪表量程的选择势必受控于CT 、PT 一次额定值。而在2. 1节中已指出其缺点, 并建议按电测量仪表装置设计技术规程选择, 仍要求变送器与测量仪表相匹配, 那么, 变送器的输入满度值决不能在额定值运行。也就是说, 要对变送器的输入满度值进行校正。

3. 3. 1　提供变送器制造厂输入满度校正值

设变送器输入满度校正值为P , 其计算式为:

P =P M /N L N Y

式中　N L ——CT 变比;

　N Y ——PT 变比。

由(3) 式可以看出, 变送器输入满度校正值的物理量是:测量仪表指示在最大量程时变送器输入功率值。当仪表的最大量程等于3I e U e 时, 此校正值即为变送器额定输入满度值866或173. 2。

3. 3. 2　提供变送器制造厂比例因子S F 值∵

3I e U e =866(173. 2) N L N Y

∴(2) 式可以改写成:

SF =P M /866(173. 2) N L N Y

代入(3) 式得:

=(3)

出满度值, 它与仪表的量程和计算机采集系统满度值相对应。

当功率变送器输出为额定满度值时的输入值称额定输入满度值。

功率变送器一般接至PT 、CT 二次侧, 通过电子式乘法器实现UI cos U (UI sin U ) 相乘, 以测量有功(无功) 功率, 厂家通常以PT 、CT 二次额定输出(CT ∶1A 或5A; PT ∶100V) 确定输入满度值。因为功率因数con U , 不能事先规定, 而且变送器能实现UI co n U (UI sin U ) 相乘, 可以假定co n U =1(sin U =1) 来衡量, 所以, 功率变送器额定输入满度值是:或　

3×100V ×5A ×1=866W

3×100V ×1A ×1=173. 2W

功率变送器的额定输入满度值可以作线性调整。如果用户不提出特殊要求, 制造厂就按866(173. 2) 设计。一旦设备运至现场就很难作线性调整了。

3. 2　功率表和功率变送器匹配的判别

以有功变送器为例, 其额定输入满度值是866W(173. 2W) , 相应的额定一次功率P 1为:

P 1=

3I e U e ×10

-3

式中　I e ——CT 一次额定电流, A;

　U e ——PT 一次额定电压, kV 。如果有功功率表最大量程为P M , 且与功率

, :

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配时, 只好调换变送器或改变仪表的刻度, 使最大量程P M =3I e U e 。

可见, 比例因子SF 的物理意义是:测量仪

表指示在最大量程时, 变送器输入功率满度校正值与额定输入值866(173. 2) 的比值。如SF 为1, 变送器输入功率满度校正值即为额定输入满度值。

3. 4　改变测量仪表的量程

如果没有对变送器输入满度值进行校正, 且变送器已运至现场, 调试中发现测量仪表与变送器间不匹配, 此时只能改变仪表的指示刻度, 使最大量程P M =

3I e U e , 符合匹配条件。

当然, 这时仪表的量程已不是我们希望的范围, 是被迫的措施, 因为变送器满度值在现场难以作线性调整。

5　例题

以附表中P 工程为例。5. 1　确定仪表测量范围

本例主机额定容量为:有功P e =300M W, 无功Q e =187MW 。仪表最大量程按1. 5倍机组额定容量选择, 即为:有功P M =450M W, 无功Q M ≈280M W 。

5. 2　计算变送器输入满度较正值或比例因子SF 值

输入满度校正值:

P =P M /N L N Y =750W Q =Q M /N L N Y =466. 6W 比例因子:S F p =P M /SF Q =Q M /

3I e U e =0. 8663I e U e =0. 539

4　结论

4. 1　测量仪表的量程应按电测量仪表装置设计规程选择, 使被测设备在额定运行时, 仪表指示在标度尺2/3以上。

4. 2　应重视仪表与变送器之间的匹配问题, 当仪表最大量程P M =

3I e U e (I e , U e 分别为CT 、PT 一次额定值) 或比例因子SF =1时, 二者是匹配的, 否则应对变送器输入功率满度值进行校正。

4. 3　选择仪表量程和变送器输入满度值的顺序是:先确定仪表量程, 再根据P =P M /N L N Y 或S F =P M /3I e U e , 向变送器制造商提供输入满度校正值或比例因子SF 值。

4. 4　当安装调试中才发现仪表与变送器不匹

5. 3　选择的仪表和变送器技术参数

有功功率表:(0～450) M W/(0～10) m A 。

无功功率表:(0～280) M W /(0～10) m A 。

有功功率变送器:100V , 5A/(0～10) m A, 输入满度校正值750W 或S F p =0. 866。

无功功率变送器:100V , 5A /(0～10) m A, 输入满度校正值466. 6W 或SF Q =0. 539。

山东拟建海阳核电厂

　　据报导, 山东海阳核电厂一期工程项目建议书已由山东省计委、山东省电力局联合上报力部, 并已由电力部转报国家计委。

该厂规划容量为400万kW, 安装4台百万千瓦级核电机组, 并具有扩建条件。本期工程建设规模为2台百万千瓦级核电机组, 希望于“九五”期间开工建设, 第1台机组争取2005年投产发电, 第2台机组2006年投产发电。

该项目将以国家电力公司为主, 与山东省、中国核工业总公司共同出资建设。另外, 项目建

议书中说, 在当前国家积极推行国产化政策的情况下, 山东海阳核电厂愿做国家的首选核电国产化驱动项目, 在国家统一指导下, 贯彻国产化的实施方案。

该项目的设备将采用公开招标的方式, 并力争实现国产化率为(40～50) %的目标。