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1、 CSD-361 同步相量测量装置同步相量测量装置 说说 明明 书书 CSD-361 同步相量测量装置同步相量测量装置 说明书说明书 编 制：邢晓刚 校 核：童世洲 标准化审查：李连昌 审 定：叶艳军 版 本 号：V1.3 文件代号：0SF.457.035 出版日期：2013.08 版权所有：北京四方继保自动化股份有限公司 注：本公司保留对此说明书修改的权利。如果产品与说明书有不符之处，请您及时与我公 司联系，我们将为您提供相应的服务。 技术支持服务热线 电话：010-62986668 传真：010-62981900 重要提示重要提示 感谢您使用北京四方继保自动化股份有限公司的产品。为了安全、
2、正 确、高效地使用本装置，请您务必注意以下重要提示： 1) 本说明书适用于 CSD-361 同步相量测量装置。 2) 请仔细阅读本说明书，并按照说明书的规定调整、测试和操作。如 有随机资料，请以随机资料为准。 3) 为防止装置损坏， 严禁带电插拔装置各插件、 触摸印制电路板上的 芯片和器件。 4) 请使用合格的测试仪器和设备对装置进行试验和检测。 5) 装置如出现异常或需维修，请及时与本公司服务热线联系。 6) 本装置的操作密码是：7777。 I 目目 录录 第一篇 装置技术说明 1 1. 概述 1 1.1 适用范围 1 1.2 主要功能 1 1.3 测量原理 2 1.4 技术指标 5 1.5
3、 技术参数 6 1.6 主要特点 7 1.7 执行标准 8 2. 技术条件 9 2.1 环境条件 9 2.2 电气绝缘性能 9 2.3 机械性能 9 2.4 电磁兼容性 9 2.5 安全性能 10 2.6 热性能（过载能力） 10 2.7 功率消耗 10 2.8 输出触点容量 10 3. 基本架构 11 3.1 装置结构 11 3.2 功能组件 11 3.2.1 模入CPU插件（AI） . 12 3.2.2 管理插件（MASTER） 12 3.2.3 数据集中插件（CPU） . 14 3.2.4 开入插件（DI） 14 3.2.5 信号插件（DO） . 15 3.2.6 电源插件（POW） 1
4、6 3.2.7 人机接口组件 . 17 3.3 软件模块 18 第二篇 用户使用说明 19 1. 开箱检查 19 2. 安装调试 19 2.1 安装 19 2.2 通电前检查 19 3. 功能组件布局 20 3.1 端子印字 20 3.2 功能组件布置图 21 4. 人机接口及其操作 23 II 4.1 液晶面板 23 4.2 指示灯面板 26 5. 工程实施 27 5.1 集中组屏方式 27 5.2 分布组屏方式 27 5.3 主子站通讯 28 6. 运行及维护 29 6.1 装置投运前检查 29 6.2 运行中的注意事项 29 6.3 装置的维护 30 6.4 常见故障及对策 30 7.
5、运输、贮存 30 8. 订货须知 31 附录 . 32 附录A 离线数据分析工具使用说明 32 A.1 概述 32 A.2 安装方法 32 A.3 前期准备 33 A.4 离线数据管理工具OfflineClient使用方法 . 33 A.5 离线数据回放工具RecordPlayer使用方法 41 附录B 配置工具使用说明 48 B.1 概述 48 B.2 主要功能 48 B.3 安装及使用方法 49 附录C 通信规约 72 C.1 传输信息的格式 72 C.2 子站主站通信流程 78 附录D PMU数据类型 . 82 CSD-361 同步相量测量装置 说明书 1 第第一篇一篇 装置技术装置技术
6、说明说明 1. 概述概述 1.1 适用范围适用范围 CSD-361 同步相量测量装置（以下简称装置或产品）适用于 WAMS（Wide Area Measurement System） 广域实时动态监测系统下的各电压等级的变电站、 发电厂 PMU （Phasor Measurement Unit）子站工程。 装置采用 19 英寸 4U 标准机箱。装置设计依据电力系统同步相量测量装置通 用技术条件 ，装置的硬件结构、技术指标、应用功能等均按照标准的要求统一规范 并实施。 1.2 主要功能主要功能 1） 同步相量测量 a) 同步采集测量点的三相电压和三相电流，计算三相基波电压、三相基波电流、 正序基
7、波电压相量、正序基波电流相量、频率和频率变化率； b) 同步测量发电机内电势及功角，利用发电机的电气参数和机端电压电流相量 计算发电机内电势相角和功角；同时可利用接入发电机键相脉冲信号实测发 电机内电势相角和功角，在转速脉冲信号较好的场合，支持接入转速脉冲测 量发电机内电势相角和功角； c) 同步测量采集点开关量信息，如断路器开关位置、刀闸位置、发电机PSS及 AVR等开关量信息； d) 同步测量发电机辅助信号，如励磁信号、转速信号、一次调频信号等。 2） 实时数据记录 a) 连续记录所测电压电流基波正序相量、三相电压基波相量、三相电流基波相 量、频率、频率变化率及开关状态信号；此外，安装在发
8、电厂的相量测量装 置可连续记录发电机内电势和功角； b) 当电力系统发生下列事件时装置能建立事件标识，方便用户获取事件发生时 段的动态数据： CSD-361 同步相量测量装置 说明书 2 i. 频率越限； ii. 频率变化率越限； iii. 幅值越上限，包括正序电压、正序电流、负序电压、负序电流、零序电 压、零序电流、相电压、相电流越上限等； iv. 幅值越下限，包括正序电压、相电压越下限等； v. 发电机功角越限，包括发电机内电势领先机端电压的超前，发电机内电 势落后机端电压的滞后； c) 实时记录装置告警信息，按照时间顺序存储方便运行人员查阅。 3） 实时数据通信 a) 实时将装置采集的电
9、压相量、电流相量、频率、发电机内电势、功率等数据 和装置的状态信息传送到主站； b) 实时数据上传，支持一发多收，可同时与多个主站实时通信且互不影响； c) 装置动态数据的实时传送速率可以整定，具备10、25、50、100次/秒的可选 速率； d) 装置和主站通信的应用层协议符合实时动态监测系统传输协议 。 4） 人机接口 a) 装置采用大液晶显示，可实时显示同步时间、数据信息、通信状态等； b) 支持按照时间查询历史报告信息记录； c) 支持装置告警信号的传动功能测试。 1.3 测量原理测量原理 1） 同步相量测量 电力系统常见的正弦电压和电流均可以表示为相量。 图 1.1.1 瞬时量转化为
10、相量 CSD-361 同步相量测量装置 说明书 3 例如电压信号)2cos(2+=fUu 表示成相量形式为： j UeU = （如图 1.1.1 所示） 。 电流相量和电压相量相乘等于视在功率 * IUjQPS =+= 。 GPS 为电力系统提供了全网统一的时钟信号,定时精度可达 ns 级 。借助 GPS 时钟 信号，可以在各厂站构造 Hz50 0 =f 参考相量，其它相量都与参考相量比较，得到“绝 对” 相角。 经过通信系统传输， 异地相量综合在一起， 削去共同的参考相量就得到 “相 对”相角（如图 1.1.2） 。 Re Re Re Im Im Im O O O Phasor1 Phaso
11、r2 Phasor2 Phasor1 Ref1 Ref2 (a) (b) (c) 图 1.1.2 同步相量测量原理 同步相量测量算法有周期法、递归 DFT 变换、最小二乘变换、Kalman 滤波法、 谱分析法和自适应变间隔算法。递归 DFT 变换是目前应用较多的算法。设原信号为： ) 2 cos(2)( +=r N Xrx m 其中 m X为信号的有效值，为信号的相位。则信号x 的相量定义为： j Aex = 递归 DFT 变换的公式为： )1( 2 )1( )1( 2 )1()( += r N j erxNrx N jrxrx 除了递归 DFT 变换外，还必须对原始信号进行一系列滤波和相位补
12、偿等处理， 才能得到最接近真实信号的计算结果。 2） 发电机功角测量 发电机功角发电机功角是发电机内电势 Eq 与机端电压之间的夹角，功角对于判断发电机 运行状态具有重要意义。 同步发电机之间的相对内电势角相对内电势角(即相对转子角) 是衡量系统中各发电机是否同 步运行的直接标志，对于功角稳定判别、区域间低频振荡监测有着重要作用。传统测 量方法通常首先测得发电机功角i 和j 及其机端电压相角i 和j ,构造同一 CSD-361 同步相量测量装置 说明书 4 时间断面的任意两台发电机的相对内电势角差ij = (i +i) - (j +j) 。但 功角测量过程几乎都涉及与机端电压的比相， 电压相位
13、检测受谐波和噪声干扰的影响 容易产生误差，尤其在系统发生故障时，机端电压波形发生畸变，更会影响功角测量 精度，并进而降低相对内电势角的测量精度。 根据电力系统同步相量测量标准中对相量绝对相角的定义可衍生出发电机内电发电机内电 势绝对角势绝对角( (即转子绝对角即转子绝对角) ) 的定义。内电势绝对角定义为发电机内电势相量(即转子q 轴) 相对于以协调世界时（UTC）整秒时刻为起点的按额定频率旋转的标准余弦波的 相位差。为此，若能直接测量绝对内电势角，在PMU数据中心站按公式ij =i - j 可构造出同一时间断面的任意两台发电机i 和j 的相对内电势角。 该方法不涉 及与机端电压比相,也不需要
14、用到同步测量的机端电压相角,因此能完全避免传统功 角测量方法在电气量存在噪声干扰或动态变化过程中的测量误差。 键相脉冲 机端电压U 内电势Eq GPS参考矢量 2*50Hz 图 1.1.3 内电势测量原理示意图 在图 1.1.3 中使用矢量图表示上述电气量的关系， 图中内电势 Eq 领先正序机端电 压 U 的角度为发电机功角发电机功角；内电势 Eq 领先 GPS 参考矢量的角度为内电势绝对为内电势绝对 角角（或转子位置绝对角） ；键相脉冲矢量始终领先内电势 Eq 常数角（初始位置角）（初始位置角） 。 上述定义与电力系统同步相量测量标准保持一致。 由于内电势 Eq 无法直接测量，工程实际中只能
15、通过测量键相脉冲信号间接得到 内电势 Eq 的相位。键相脉冲信号由安装在发电机转子轴侧面的键相传感器输出，发 电机转子轴上开有键相齿槽，每当齿槽转过传感器之前时，传感器即输出一个脉冲， 脉冲频率与发电机转速相当。键相脉冲发生时刻对应转子上某个固定位置（转子上的 齿或槽） ，因此键相脉冲矢量与发电机内电势相量存在恒定的角度偏差。 在机组输出有功为零时，发电机功角等于零，此时测得的键相脉冲与机端电压之间 的夹角即为初始位置角（即键相脉冲补偿角） ，装置可以自动判断发电机当前的运 CSD-361 同步相量测量装置 说明书 5 行状态，如果检测到发电机当前输出功率接近零，则自动对初始位置角进行整定， 并将整定结果存储在装置 FLASH 中。发电机脱离空载状态后，自动闭锁角的校准 功能。 1.4 技术指标技术指标 1） 同步相量测量指标 a) 在额定频率时基波电压、电流相量幅值测量误差极限：0.2% b) 在额定频率时基波电压、电流相量的相角测量误差应满足表1.1.1及表1.1.2的 规定。 表 1.1.1 基波电压相量的相角测量误差要求 输入电压 0.1UnU0.5Un 0.5UnU1.
