葛洲壩電廠電氣測(cè)量系統(tǒng)

1、 葛洲壩電廠電氣測(cè)量系統(tǒng)葛洲壩電廠電氣測(cè)量系統(tǒng)主講人：楊詩(shī)源主講人：楊詩(shī)源 電氣測(cè)量系統(tǒng)是發(fā)電廠、變電站電氣二次系電氣測(cè)量系統(tǒng)是發(fā)電廠、變電站電氣二次系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。發(fā)電機(jī)、變壓器及其它統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。發(fā)電機(jī)、變壓器及其它電氣設(shè)備在不同狀態(tài)的工作過(guò)程中都需要對(duì)相關(guān)電氣設(shè)備在不同狀態(tài)的工作過(guò)程中都需要對(duì)相關(guān)電氣參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。對(duì)設(shè)備的控制與調(diào)節(jié)也電氣參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。對(duì)設(shè)備的控制與調(diào)節(jié)也是以測(cè)量為前提來(lái)實(shí)現(xiàn)的，離開(kāi)了正確的電氣測(cè)是以測(cè)量為前提來(lái)實(shí)現(xiàn)的，離開(kāi)了正確的電氣測(cè)量，對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、工作過(guò)程控制、量，對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、工作過(guò)程控制、故障和異常情況處理以及經(jīng)營(yíng)結(jié)

2、算、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)實(shí)故障和異常情況處理以及經(jīng)營(yíng)結(jié)算、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)將無(wú)法進(jìn)行，因此，任一電力系統(tǒng)的各個(gè)發(fā)電現(xiàn)將無(wú)法進(jìn)行，因此，任一電力系統(tǒng)的各個(gè)發(fā)電廠、變電站都設(shè)置了電氣測(cè)量系統(tǒng)。測(cè)量方式通廠、變電站都設(shè)置了電氣測(cè)量系統(tǒng)。測(cè)量方式通常是實(shí)時(shí)跟蹤狀態(tài)。常是實(shí)時(shí)跟蹤狀態(tài)。一、發(fā)電一、發(fā)電機(jī)組電氣測(cè)量部分機(jī)組電氣測(cè)量部分1 1、發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的測(cè)量（間接測(cè)量方式）、發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的測(cè)量（間接測(cè)量方式） 通過(guò)測(cè)量測(cè)速電機(jī)（永磁機(jī)）的電壓而得到轉(zhuǎn)速。通過(guò)測(cè)量測(cè)速電機(jī)（永磁機(jī)）的電壓而得到轉(zhuǎn)速。 測(cè)量原理圖：測(cè)量原理圖： 永磁發(fā)電機(jī)永磁發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)速表轉(zhuǎn)速表（測(cè)速電機(jī)（測(cè)速電機(jī)） （交流電壓表）（交流電壓表） u （圖

3、（圖1 1） n% 測(cè)速電機(jī)是永磁正弦交流發(fā)電機(jī)（磁極為永久測(cè)速電機(jī)是永磁正弦交流發(fā)電機(jī)（磁極為永久磁鐵），磁鐵）， 磁通量磁通量 m是常數(shù)。是常數(shù)。 根據(jù)根據(jù)正弦交流發(fā)電機(jī)原理，有：正弦交流發(fā)電機(jī)原理，有： U=4.44kwWf m (U為發(fā)電機(jī)端電壓有效值）為發(fā)電機(jī)端電壓有效值） kw發(fā)電機(jī)繞組系數(shù)（常數(shù)）；發(fā)電機(jī)繞組系數(shù)（常數(shù)）； W 發(fā)電機(jī)繞組匝數(shù)（常數(shù)）；發(fā)電機(jī)繞組匝數(shù)（常數(shù)）； m發(fā)電機(jī)磁極磁通量（常數(shù)）；發(fā)電機(jī)磁極磁通量（常數(shù)）； f 發(fā)電機(jī)電壓頻率；發(fā)電機(jī)電壓頻率； U與頻率與頻率f成正比（線性關(guān)系）成正比（線性關(guān)系） 因?yàn)椋阂驗(yàn)椋篺=pn/60 p 發(fā)電機(jī)磁極對(duì)數(shù)（常數(shù)）；發(fā)

4、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)（常數(shù)）； 所以：所以： U與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n成正比（線性關(guān)系），測(cè)得成正比（線性關(guān)系），測(cè)得U， 即測(cè)得發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速。在發(fā)電機(jī)未加勵(lì)磁電流時(shí)，只即測(cè)得發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速。在發(fā)電機(jī)未加勵(lì)磁電流時(shí)，只有通過(guò)上述方式才可測(cè)得機(jī)組轉(zhuǎn)速。有通過(guò)上述方式才可測(cè)得機(jī)組轉(zhuǎn)速。2 2、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁（轉(zhuǎn)子）電流的測(cè)量、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁（轉(zhuǎn)子）電流的測(cè)量 發(fā)電機(jī)在工作過(guò)程中（未并入系統(tǒng)或并入系統(tǒng)）發(fā)電機(jī)在工作過(guò)程中（未并入系統(tǒng)或并入系統(tǒng)）必須對(duì)勵(lì)磁（轉(zhuǎn)子）電流進(jìn)行測(cè)量、控調(diào)。例如：進(jìn)必須對(duì)勵(lì)磁（轉(zhuǎn)子）電流進(jìn)行測(cè)量、控調(diào)。例如：進(jìn)行并列操作或是并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)發(fā)電機(jī)無(wú)功功率行并列操作或是并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)發(fā)電機(jī)無(wú)功功率（功

5、率因素）進(jìn)行調(diào)整等要涉及到勵(lì)磁（轉(zhuǎn)子）電流（功率因素）進(jìn)行調(diào)整等要涉及到勵(lì)磁（轉(zhuǎn)子）電流的監(jiān)測(cè)。的監(jiān)測(cè)。 對(duì)勵(lì)磁（轉(zhuǎn)子）電流進(jìn)行測(cè)量有如下幾種形式：對(duì)勵(lì)磁（轉(zhuǎn)子）電流進(jìn)行測(cè)量有如下幾種形式： a、采用、采用“分流器分流器”進(jìn)行測(cè)量進(jìn)行測(cè)量 這是一種傳統(tǒng)直流大電流的測(cè)量方式，它是將大這是一種傳統(tǒng)直流大電流的測(cè)量方式，它是將大電流通過(guò)電流通過(guò)“分流器分流器”（線性電阻器）轉(zhuǎn)換為（線性電阻器）轉(zhuǎn)換為“小電壓小電壓”進(jìn)行測(cè)量的。特點(diǎn)是測(cè)量電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、進(jìn)行測(cè)量的。特點(diǎn)是測(cè)量電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低廉。成本低廉。 測(cè)量原理圖如下：測(cè)量原理圖如下：（圖（圖2 2）上述測(cè)量方式雖然簡(jiǎn)單、實(shí)用

6、，但是由于測(cè)量部分與上述測(cè)量方式雖然簡(jiǎn)單、實(shí)用，但是由于測(cè)量部分與勵(lì)磁回路在電氣上無(wú)法隔離，使計(jì)算機(jī)或其它弱電自勵(lì)磁回路在電氣上無(wú)法隔離，使計(jì)算機(jī)或其它弱電自動(dòng)化裝置無(wú)法對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行采樣（因?yàn)椴蓸踊芈分眲?dòng)化裝置無(wú)法對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行采樣（因?yàn)椴蓸踊芈分苯咏拥浇咏拥?5mV分流器兩端則導(dǎo)致強(qiáng)電竄入到弱電系統(tǒng)，分流器兩端則導(dǎo)致強(qiáng)電竄入到弱電系統(tǒng)，必然使得弱電系統(tǒng)不能正常工作甚至損壞，發(fā)電機(jī)勵(lì)必然使得弱電系統(tǒng)不能正常工作甚至損壞，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)故障），因此勵(lì)磁電流測(cè)量和對(duì)發(fā)電機(jī)工況的磁系統(tǒng)故障），因此勵(lì)磁電流測(cè)量和對(duì)發(fā)電機(jī)工況的調(diào)整自動(dòng)化程度就無(wú)法提高。調(diào)整自動(dòng)化程度就無(wú)法提高。 為了克服上述測(cè)量方式

7、無(wú)法與自動(dòng)化系統(tǒng)配套、為了克服上述測(cè)量方式無(wú)法與自動(dòng)化系統(tǒng)配套、妨礙技術(shù)進(jìn)步的妨礙技術(shù)進(jìn)步的“致命性致命性”缺陷，在全廠進(jìn)行了技術(shù)缺陷，在全廠進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，又采取了如下兩種測(cè)量方式。改進(jìn)，又采取了如下兩種測(cè)量方式。 b 、采用直流電流互感器進(jìn)行測(cè)量、采用直流電流互感器進(jìn)行測(cè)量 直流電流互感器原理框圖如下：直流電流互感器原理框圖如下：（圖（圖3 3） 互感器有三個(gè)繞組，它的磁環(huán)磁路設(shè)計(jì)為飽和工作互感器有三個(gè)繞組，它的磁環(huán)磁路設(shè)計(jì)為飽和工作狀態(tài)。在勵(lì)磁電流狀態(tài)。在勵(lì)磁電流I2I20 0時(shí)，加于磁環(huán)的正弦電壓使磁環(huán)時(shí)，加于磁環(huán)的正弦電壓使磁環(huán)的磁路產(chǎn)生正弦磁通的磁路產(chǎn)生正弦磁通 0 0，而對(duì)應(yīng)的激

8、磁電流是尖頂波，而對(duì)應(yīng)的激磁電流是尖頂波，此時(shí)激磁電流此時(shí)激磁電流i0i0正、負(fù)半波是對(duì)稱的。當(dāng)正、負(fù)半波是對(duì)稱的。當(dāng)I20I20時(shí)，在原時(shí)，在原有有 0 0基礎(chǔ)上又疊加了一個(gè)直流磁通基礎(chǔ)上又疊加了一個(gè)直流磁通 2 2，此時(shí)，此時(shí)磁環(huán)磁通磁環(huán)磁通正、正、負(fù)半波飽和程度不一樣，因此導(dǎo)致負(fù)半波飽和程度不一樣，因此導(dǎo)致i0i0電流正、負(fù)半波不電流正、負(fù)半波不再對(duì)稱（見(jiàn)圖再對(duì)稱（見(jiàn)圖3 3），這樣），這樣i0i0一個(gè)周期的平均值不再為零，一個(gè)周期的平均值不再為零，且正、負(fù)半波最大值也不再相等，互感器的測(cè)控部件即且正、負(fù)半波最大值也不再相等，互感器的測(cè)控部件即可判斷出有可判斷出有 2 2的存在，設(shè)置的控

9、調(diào)功能相應(yīng)產(chǎn)生直流電的存在，設(shè)置的控調(diào)功能相應(yīng)產(chǎn)生直流電流流I1I1， I1I1通過(guò)繞組通過(guò)繞組N1N1產(chǎn)生磁勢(shì)產(chǎn)生磁勢(shì)I1 N1I1 N1去抵消勵(lì)磁電流磁去抵消勵(lì)磁電流磁勢(shì)勢(shì)I2N2I2N2（N2N21 1），這樣使磁環(huán)磁路直流磁通代數(shù)和為零，），這樣使磁環(huán)磁路直流磁通代數(shù)和為零，若若I2I2增大，增大， I1I1也成比例也成比例增大，反之亦然；增大，反之亦然； I2I2方向改變，方向改變， I1I1方向也隨之改變。由此可見(jiàn)方向也隨之改變。由此可見(jiàn)I1I1不僅能夠成比例的對(duì)應(yīng)不僅能夠成比例的對(duì)應(yīng)I2I2，而且還能反映，而且還能反映I1I1方向，因此方向，因此I1I1的大小和方向就的大小和方向

10、就對(duì)應(yīng)了勵(lì)磁電流對(duì)應(yīng)了勵(lì)磁電流I2I2的的大小和方向大小和方向。I1I1就是這樣就是這樣“互互感感”出來(lái)的。從自動(dòng)控制理論角度而言，直流互感出來(lái)的。從自動(dòng)控制理論角度而言，直流互感器工作是一個(gè)器工作是一個(gè)“有差調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程有差調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程”。 葛洲壩電廠葛洲壩電廠1 1、2F2F（F F：發(fā)電機(jī)）最大勵(lì)磁電流：發(fā)電機(jī)）最大勵(lì)磁電流（強(qiáng)勵(lì)頂值電流）為（強(qiáng)勵(lì)頂值電流）為3000A3000A，所以，所以N1N1設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)為30003000匝，匝，即互感器變比是即互感器變比是3000A/1A 3000A/1A ；3 321F21F最大勵(lì)磁電流為最大勵(lì)磁電流為2000A2000A， N1N1

11、設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)為20002000匝，互感器變比是匝，互感器變比是2000A/1A 2000A/1A 。1A1A的二次電流仍然不滿足自動(dòng)化裝置與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的二次電流仍然不滿足自動(dòng)化裝置與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)測(cè)量的測(cè)量的“弱電化弱電化”要求，因此又設(shè)計(jì)了直流電流變要求，因此又設(shè)計(jì)了直流電流變換部件，將換部件，將1A1A的直流電流變換成的直流電流變換成0 05V5V和和0 01 1mAmA的弱的弱電模擬量電模擬量( (見(jiàn)圖見(jiàn)圖3 3）。）。 通過(guò)分析可以看出：通過(guò)分析可以看出：直流電流互感器的所謂直流電流互感器的所謂“互互感感”作用并不通常意義上的。直流電流互感器的基本作用并不通常意義上的。直流電流互感器的基本工

12、作原理是利用磁環(huán)磁路不對(duì)稱飽和時(shí)交流激磁電流工作原理是利用磁環(huán)磁路不對(duì)稱飽和時(shí)交流激磁電流正、負(fù)半周波形不對(duì)稱原理來(lái)反映是否有直流磁場(chǎng)以正、負(fù)半周波形不對(duì)稱原理來(lái)反映是否有直流磁場(chǎng)以及產(chǎn)生該直流磁場(chǎng)直流電流的大小和方向的，這里的及產(chǎn)生該直流磁場(chǎng)直流電流的大小和方向的，這里的“互感互感”應(yīng)理解為交、直流磁場(chǎng)的相互影響與疊加作應(yīng)理解為交、直流磁場(chǎng)的相互影響與疊加作用。用。 正是由于利用了交、直流線圈（通過(guò)磁路）存在正是由于利用了交、直流線圈（通過(guò)磁路）存在的相互的相互“耦合耦合”作用，使得被測(cè)量強(qiáng)電回路與測(cè)量它作用，使得被測(cè)量強(qiáng)電回路與測(cè)量它的弱電部分不再有電氣上的聯(lián)系，起到了隔離作用，的弱電部分

13、不再有電氣上的聯(lián)系，起到了隔離作用，保證了測(cè)量的保證了測(cè)量的“弱電化弱電化”，從而提高了對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，從而提高了對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流測(cè)量、控制、調(diào)節(jié)的自動(dòng)化程度以及精度，同時(shí)電流測(cè)量、控制、調(diào)節(jié)的自動(dòng)化程度以及精度，同時(shí)也大大提高了處理測(cè)量回路故障的安全性。也大大提高了處理測(cè)量回路故障的安全性。c、采用線性光隔離放大器進(jìn)行測(cè)量、采用線性光隔離放大器進(jìn)行測(cè)量（圖（圖4 4）這種測(cè)量方式原理框圖如下。這種測(cè)量方式原理框圖如下。 采用光隔離放大器同樣實(shí)現(xiàn)了測(cè)量部分與強(qiáng)電回采用光隔離放大器同樣實(shí)現(xiàn)了測(cè)量部分與強(qiáng)電回路（勵(lì)磁系統(tǒng)）在電氣上的隔離，達(dá)到了提高轉(zhuǎn)子電流路（勵(lì)磁系統(tǒng)）在電氣上的隔離，達(dá)到了提高轉(zhuǎn)子

14、電流測(cè)量、控制、調(diào)節(jié)自動(dòng)化程度的目的。測(cè)量、控制、調(diào)節(jié)自動(dòng)化程度的目的。3 3、發(fā)電機(jī)頻率的測(cè)量、發(fā)電機(jī)頻率的測(cè)量 a a、采用變換式頻率表進(jìn)行測(cè)量、采用變換式頻率表進(jìn)行測(cè)量 變換式頻率表的原理電路圖如下。變換式頻率表的原理電路圖如下。 應(yīng)該指出的是：這種測(cè)量方式只有在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通應(yīng)該指出的是：這種測(cè)量方式只有在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通有勵(lì)磁電流、發(fā)電機(jī)建立了電壓，且機(jī)端電壓不是很低有勵(lì)磁電流、發(fā)電機(jī)建立了電壓，且機(jī)端電壓不是很低的條件下才能正確進(jìn)行測(cè)量。的條件下才能正確進(jìn)行測(cè)量。 這種指針式頻率表在發(fā)電機(jī)未并入系統(tǒng)、頻率波動(dòng)這種指針式頻率表在發(fā)電機(jī)未并入系統(tǒng)、頻率波動(dòng)范圍較大、波動(dòng)較快情況下讀數(shù)效果明顯

15、優(yōu)于數(shù)字頻率范圍較大、波動(dòng)較快情況下讀數(shù)效果明顯優(yōu)于數(shù)字頻率表，所以并不會(huì)被數(shù)字頻率表取代。表，所以并不會(huì)被數(shù)字頻率表取代。（圖（圖5 5） I I2 2 由于頻率表的由于頻率表的“表頭表頭”是直流磁電系毫安表（或是直流磁電系毫安表（或微安表），所以它只能反映被測(cè)量的平均值，根據(jù)平微安表），所以它只能反映被測(cè)量的平均值，根據(jù)平均值的定義，有：均值的定義，有： T I11/T i1dt 0 T 1/T U2/R0e(t/R0c0 ) dt 0 1/T U2C0 U2C0 f ( 忽略二極管忽略二極管D2動(dòng)態(tài)電阻阻值并利用動(dòng)態(tài)電阻阻值并利用R0C0T的條件的條件 ） 可見(jiàn)可見(jiàn)I1與發(fā)電機(jī)頻率與發(fā)電

16、機(jī)頻率f成正比，這就是變換式頻率成正比，這就是變換式頻率表表“變換變換”意義之所在（即將頻率高低變化轉(zhuǎn)換成了意義之所在（即將頻率高低變化轉(zhuǎn)換成了電流大小的變化）。電流大小的變化）。 電容器電容器C0為高質(zhì)量聚丙乙烯電容器，工作性能穩(wěn)為高質(zhì)量聚丙乙烯電容器，工作性能穩(wěn)定，穩(wěn)壓二極管是雙向具有溫度補(bǔ)償功能的穩(wěn)壓管，定，穩(wěn)壓二極管是雙向具有溫度補(bǔ)償功能的穩(wěn)壓管，使得工作過(guò)程中環(huán)境條件在一定范圍改變而使得工作過(guò)程中環(huán)境條件在一定范圍改變而U2的基本的基本不會(huì)波動(dòng)，不會(huì)存在大的附加誤差，因此在一定程度不會(huì)波動(dòng)，不會(huì)存在大的附加誤差，因此在一定程度保證了測(cè)量精度。保證了測(cè)量精度。 這種類(lèi)型頻率表電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

17、單、成本低、自身消這種類(lèi)型頻率表電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、自身消耗功率很小、工作可靠，因此在電力系統(tǒng)的發(fā)電廠、耗功率很小、工作可靠，因此在電力系統(tǒng)的發(fā)電廠、變電所被廣泛使用。變電所被廣泛使用。 這種頻率表是這種頻率表是“無(wú)零位無(wú)零位”式儀表，量限為式儀表，量限為4555Hz,引入引入I2就是為了使就是為了使f=45Hz時(shí)時(shí)I1 I2，通過(guò)表頭總，通過(guò)表頭總電流電流I0，指針不動(dòng)（實(shí)際上是指針指向，指針不動(dòng)（實(shí)際上是指針指向45Hz）。）。 b b、采用數(shù)字式頻率表進(jìn)行測(cè)量、采用數(shù)字式頻率表進(jìn)行測(cè)量 變換式頻率表雖然有自身的優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)量精度不變換式頻率表雖然有自身的優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)量精度不高，現(xiàn)場(chǎng)采用的這

18、種頻率表精度一般為高，現(xiàn)場(chǎng)采用的這種頻率表精度一般為5 5，頻率的小，頻率的小數(shù)部分只有靠估讀，為提高精度，還設(shè)置了數(shù)字式頻數(shù)部分只有靠估讀，為提高精度，還設(shè)置了數(shù)字式頻率表。率表。 數(shù)字式頻率表原理框圖如下數(shù)字式頻率表原理框圖如下: : 這是一種純硬件構(gòu)成的數(shù)字式頻率表，為提高測(cè)這是一種純硬件構(gòu)成的數(shù)字式頻率表，為提高測(cè)量精度，設(shè)計(jì)了量精度，設(shè)計(jì)了“鎖相倍頻環(huán)路（鎖相倍頻環(huán)路（PLLPLL）”這一關(guān)鍵部這一關(guān)鍵部分，它能夠?qū)⒈粶y(cè)頻率準(zhǔn)確的擴(kuò)大為分，它能夠?qū)⒈粶y(cè)頻率準(zhǔn)確的擴(kuò)大為100100倍（倍（f f100100),),這樣通過(guò)顯示單元小數(shù)點(diǎn)的定位，頻率表就能夠準(zhǔn)確這樣通過(guò)顯示單元小數(shù)點(diǎn)的定

19、位，頻率表就能夠準(zhǔn)確顯示出帶有兩位小數(shù)的被測(cè)頻率。顯示出帶有兩位小數(shù)的被測(cè)頻率。 數(shù)字式頻率表在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行條件下測(cè)量頻率數(shù)字式頻率表在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行條件下測(cè)量頻率具有優(yōu)越性，它與變換式頻率表的優(yōu)點(diǎn)互為補(bǔ)充。具有優(yōu)越性，它與變換式頻率表的優(yōu)點(diǎn)互為補(bǔ)充。（圖（圖6 6）4 4、發(fā)電機(jī)定子電壓的測(cè)量、發(fā)電機(jī)定子電壓的測(cè)量 采用交流電壓變送器進(jìn)行測(cè)量采用交流電壓變送器進(jìn)行測(cè)量 采用交流電壓變送器將發(fā)電機(jī)電壓互感器采用交流電壓變送器將發(fā)電機(jī)電壓互感器（KvKv=13.8kV/100V)=13.8kV/100V)二次側(cè)電壓（二次側(cè)電壓（0 0100V100V）變成）變成0 05V5V弱電模擬量（供計(jì)算

20、機(jī)及其它自動(dòng)化裝置采樣）和弱電模擬量（供計(jì)算機(jī)及其它自動(dòng)化裝置采樣）和0 01 1mA mA （作為弱電（作為弱電“表頭表頭”顯示模擬量顯示模擬量),),既實(shí)現(xiàn)了測(cè)量既實(shí)現(xiàn)了測(cè)量“弱電化弱電化”，提高了測(cè)量精度及自動(dòng)化程度，又減小，提高了測(cè)量精度及自動(dòng)化程度，又減小了電壓互感器二次負(fù)載，同時(shí)改善了測(cè)量系統(tǒng)工作的了電壓互感器二次負(fù)載，同時(shí)改善了測(cè)量系統(tǒng)工作的安全條件。因此變送器測(cè)量方式是電力系統(tǒng)普遍采用安全條件。因此變送器測(cè)量方式是電力系統(tǒng)普遍采用的一種方式。的一種方式。 交流電壓變送器原理框圖如下：交流電壓變送器原理框圖如下： 測(cè)量準(zhǔn)確度為測(cè)量準(zhǔn)確度為0.50.5級(jí)級(jí)( (即引用誤差為即引用誤

21、差為: 0.5%: 0.5%），通），通常工種誤差在常工種誤差在0.3%0.3%以下，相對(duì)傳統(tǒng)電壓表測(cè)量方式準(zhǔn)以下，相對(duì)傳統(tǒng)電壓表測(cè)量方式準(zhǔn)確度有較大提高。確度有較大提高。送送小小VT(PT)VT(PT)或或CTCT（圖（圖7 7） 從原理框圖可以看出，變送器測(cè)量準(zhǔn)確度提高是從原理框圖可以看出，變送器測(cè)量準(zhǔn)確度提高是靠以下技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？恳韵录夹g(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 （1）變送器?。┳兯推餍T（PT）自身準(zhǔn)確度為）自身準(zhǔn)確度為1/10000（CT：1/1000); （2）采用有源線性全波整流器消除普通整流系儀）采用有源線性全波整流器消除普通整流系儀表晶體二極管在被測(cè)量較小時(shí)存在的表晶體二極管在

22、被測(cè)量較小時(shí)存在的“死區(qū)死區(qū)”即非線即非線性影響，改善測(cè)量線性度，從而提高準(zhǔn)確度；性影響，改善測(cè)量線性度，從而提高準(zhǔn)確度； （3）變送器輸出到指示）變送器輸出到指示“表頭表頭”01mA模擬量模擬量以以“恒流源恒流源”方式送出，使得流經(jīng)方式送出，使得流經(jīng)“表頭表頭”的模擬電的模擬電流大小不受流大小不受“表頭表頭” 內(nèi)阻及其引線電阻值（在一定范內(nèi)阻及其引線電阻值（在一定范圍內(nèi)）變化而改變，保證了準(zhǔn)確性。圍內(nèi)）變化而改變，保證了準(zhǔn)確性。 5 5、發(fā)電機(jī)定子電流的測(cè)量、發(fā)電機(jī)定子電流的測(cè)量 a a、采用交流電流表（串聯(lián)在發(fā)電機(jī)電流互感器、采用交流電流表（串聯(lián)在發(fā)電機(jī)電流互感器二次繞組）進(jìn)行測(cè)量。二次繞

23、組）進(jìn)行測(cè)量。 這種測(cè)量方式是傳統(tǒng)的交流大電流測(cè)量方式，不作這種測(cè)量方式是傳統(tǒng)的交流大電流測(cè)量方式，不作贅述。贅述。 b b、采用交流電流變送器進(jìn)行測(cè)量、采用交流電流變送器進(jìn)行測(cè)量 交流電流變送器原理框圖與電壓變送器原理框圖基交流電流變送器原理框圖與電壓變送器原理框圖基本相同（圖本相同（圖7 7），除將?。龑⑿TVT換成小換成小CTCT以外，其它元、器以外，其它元、器件型號(hào)、參數(shù)、工作原理完全一樣。件型號(hào)、參數(shù)、工作原理完全一樣。 6 6、發(fā)電機(jī)有功功率和無(wú)功功率的測(cè)量、發(fā)電機(jī)有功功率和無(wú)功功率的測(cè)量 發(fā)電機(jī)有功功率、無(wú)功功率測(cè)量分別采用三相三線發(fā)電機(jī)有功功率、無(wú)功功率測(cè)量分別采用三相三

24、線有功、無(wú)功功率變送器進(jìn)行測(cè)量，為便于理解功率變送有功、無(wú)功功率變送器進(jìn)行測(cè)量，為便于理解功率變送器原理框圖，掌握變送器工作原理、方式，首先介紹器原理框圖，掌握變送器工作原理、方式，首先介紹（或復(fù)習(xí)）功率測(cè)量基本原理。（或復(fù)習(xí)）功率測(cè)量基本原理。 （1 1）單相正弦交流電路隔離測(cè)量（見(jiàn)圖）單相正弦交流電路隔離測(cè)量（見(jiàn)圖8 8）（圖（圖8 8） 按照電路原理按照電路原理 ，圖圖8 8中功率表的示值應(yīng)該是：中功率表的示值應(yīng)該是： P PUICOSUICOS ； 其中：其中：U U是加于功率表電壓端鈕電壓有效值；是加于功率表電壓端鈕電壓有效值； I I是通過(guò)功率表電流端鈕電流有效值；是通過(guò)功率表電流

25、端鈕電流有效值； 是電壓與電流的相位差角（又稱功率因是電壓與電流的相位差角（又稱功率因素角或負(fù)載素角或負(fù)載Z Z的阻抗角，的阻抗角， = = u- u- i=arctgXi=arctgX/R/R）；）； P P的表達(dá)式表明的表達(dá)式表明: : 功率表的示值是：功率表的示值是：加于功率表電壓端鈕電壓有效加于功率表電壓端鈕電壓有效值、通過(guò)功率表電流端鈕電流有效值以及二者夾角余值、通過(guò)功率表電流端鈕電流有效值以及二者夾角余弦值的連乘積。這是一個(gè)重要而實(shí)用的結(jié)論。弦值的連乘積。這是一個(gè)重要而實(shí)用的結(jié)論。 （2 2）三相三線電路有功功率的測(cè)量）三相三線電路有功功率的測(cè)量 對(duì)于三相電路，無(wú)論對(duì)稱與否，均有：

26、對(duì)于三相電路，無(wú)論對(duì)稱與否，均有： P PP PA AP PB BP PC C 其中：其中： P P是是三相電路的功率；三相電路的功率； P PA A、P PB B、P PC C分別是分別是A A相、相、B B相、相、C C相的功率，按照功率相的功率，按照功率基本定義與計(jì)算公式，有：基本定義與計(jì)算公式，有： P PA Au uA Ai iA A , , P PB Bu uB Bi iB B , , P PC=C=u uC Ci iC C ； 則：則： P P u uA Ai iA A u uB Bi iB B u uC Ci iC C 對(duì)于三相三線電路，對(duì)于三相三線電路，u uA A、u uB

27、 B、u uC C三個(gè)相電壓通常無(wú)從三個(gè)相電壓通常無(wú)從得到，線電壓卻總是已知的，必須將相電壓用線電壓代得到，線電壓卻總是已知的，必須將相電壓用線電壓代替，才能使三相功率測(cè)量成為可能。替，才能使三相功率測(cè)量成為可能。 因?yàn)椋阂驗(yàn)椋篿 iA A + +i iB Bi iC C0 0 （見(jiàn)圖（見(jiàn)圖9 9） 因此可以得到因此可以得到: : i iB B i iA A i iC C；（將（將B B相作為相作為“自由相自由相”） 帶入帶入P P的表達(dá)式，則：的表達(dá)式，則： （圖（圖9 9）icici iB B i iA Aucucu uB B u uA Ai iA Ai iB Bicicu uA Au u

28、B Bucuc“兩表法兩表法”接線原接線原理理 P P（u uA Au uB B） i iA A （u uC C u uB B） i iC C u uAB AB i iA Au uCBCBi iC C 以上是利用線電壓測(cè)量三相三線電路有功功率的以上是利用線電壓測(cè)量三相三線電路有功功率的基本表達(dá)式基本表達(dá)式, ,根據(jù)表達(dá)式得到測(cè)量接線圖（見(jiàn)圖根據(jù)表達(dá)式得到測(cè)量接線圖（見(jiàn)圖9 9），），由于測(cè)量接線只用兩個(gè)功率表，所以此方法為由于測(cè)量接線只用兩個(gè)功率表，所以此方法為“兩表兩表法法”（通常情況下，一只功率表的讀數(shù)是無(wú)意義的）。（通常情況下，一只功率表的讀數(shù)是無(wú)意義的）。 由單相功率測(cè)量原理所得到的結(jié)

29、論，接入由單相功率測(cè)量原理所得到的結(jié)論，接入A A、C C相相電流的功率表示值應(yīng)為：電流的功率表示值應(yīng)為： W1W1U UABABI IA Acoscos(30(30+ + A A) ) W2 W2U UcBcBI Ic ccoscos(30(30- - c c) ) P P W1W1 W2W2 若電路對(duì)稱，則若電路對(duì)稱，則U UABABU UcBcBU U，I IA AI Ic cI I， A A c c ；則：則： P P1.732 UICOS1.732 UICOS 上述上述P的表達(dá)式的表達(dá)式是我們熟知的結(jié)論。應(yīng)該指出的是我們熟知的結(jié)論。應(yīng)該指出的是：這種測(cè)量方式不論電路對(duì)稱與否均能正確測(cè)

30、量。是：這種測(cè)量方式不論電路對(duì)稱與否均能正確測(cè)量。 （3 3）三相三線電路無(wú)功功率的測(cè)量）三相三線電路無(wú)功功率的測(cè)量 “ “兩表法兩表法”用于測(cè)量三相三線電路有功功率，因用于測(cè)量三相三線電路有功功率，因?yàn)檫@種接線方式功率表不僅能夠反映被測(cè)電流、電壓，為這種接線方式功率表不僅能夠反映被測(cè)電流、電壓，還能正確反映有功功率因數(shù)（還能正確反映有功功率因數(shù)（coscos ）。在測(cè)量無(wú)功功）。在測(cè)量無(wú)功功率就必須正確反映無(wú)功功率因數(shù)（率就必須正確反映無(wú)功功率因數(shù)（sinsin ),),為此在為此在“兩兩表法表法”接線基礎(chǔ)上作接線基礎(chǔ)上作“變通變通” ” ，使兩只功率表成為，使兩只功率表成為“ “ 跨相跨相

31、9090 接線接線”方式（見(jiàn)圖方式（見(jiàn)圖9 9）。）。 仍然運(yùn)用仍然運(yùn)用單相功率測(cè)量功率的結(jié)論，有：?jiǎn)蜗喙β蕼y(cè)量功率的結(jié)論，有： W1W1U UBCBCI IA A coscos(90(90 A A) ) U UBCBCI IAsinAsin A A W2W2U UABABI Ic c coscos(90(90- - c c) = U) = UABABI Icsincsin c c 若電路對(duì)稱，則若電路對(duì)稱，則U UABABU UBcBcU U，I IA AI Ic cI I， A A c c ；則：則： W1+W2W1+W22 UIsin2 UIsin 而三相三線對(duì)稱電路的無(wú)功功率應(yīng)該是：而

32、三相三線對(duì)稱電路的無(wú)功功率應(yīng)該是： Q1.732 UIsinUIsin 要正確計(jì)算出要正確計(jì)算出無(wú)功功率，就必須對(duì)兩只功率表的讀數(shù)無(wú)功功率，就必須對(duì)兩只功率表的讀數(shù)之和（之和（W1W1W2W2）乘以）乘以0.8660.866這個(gè)修正系數(shù)進(jìn)行修正，這個(gè)修這個(gè)修正系數(shù)進(jìn)行修正，這個(gè)修正系數(shù)是正系數(shù)是“兩表跨相兩表跨相9090法法”接線方式所固有的。不予修接線方式所固有的。不予修正（正（W1W1W2W2）的值就必然出現(xiàn)結(jié)果的謬誤。因此在得到）的值就必然出現(xiàn)結(jié)果的謬誤。因此在得到（W1W1W2W2）值后，被測(cè)無(wú)功功率）值后，被測(cè)無(wú)功功率Q Q應(yīng)是：應(yīng)是： Q Q0.866 0.866 （W1W1W2W

33、2） 應(yīng)該指出的是：應(yīng)該指出的是： “兩表跨相兩表跨相90法法”是在測(cè)量有功功是在測(cè)量有功功率的率的“兩表法兩表法”基礎(chǔ)上通過(guò)變通而派生出來(lái)的，沒(méi)有切實(shí)基礎(chǔ)上通過(guò)變通而派生出來(lái)的，沒(méi)有切實(shí)的理論作為支撐，因此這種方法測(cè)量對(duì)稱三相三線電路的的理論作為支撐，因此這種方法測(cè)量對(duì)稱三相三線電路的無(wú)功功率是準(zhǔn)確的，測(cè)量不對(duì)稱三相三線電路的無(wú)功功率無(wú)功功率是準(zhǔn)確的，測(cè)量不對(duì)稱三相三線電路的無(wú)功功率時(shí)則會(huì)產(chǎn)生時(shí)則會(huì)產(chǎn)生“附加誤差附加誤差”，電路不對(duì)稱程度越嚴(yán)重，附加，電路不對(duì)稱程度越嚴(yán)重，附加誤差越大。三相三線電路有功功率、無(wú)功功率變送器原理誤差越大。三相三線電路有功功率、無(wú)功功率變送器原理框圖如圖框圖如圖

34、10所示。所示。二階有源二階有源低通濾波低通濾波器兼模擬器兼模擬加法器加法器電壓電壓/ /恒恒流變換器流變換器（圖（圖1010）MvarMvar 通過(guò)以上對(duì)三相三線電路有功功率、無(wú)功功率測(cè)量原理通過(guò)以上對(duì)三相三線電路有功功率、無(wú)功功率測(cè)量原理及測(cè)量?jī)x表接線的分析與討論，我們不難理解三相三線有功及測(cè)量?jī)x表接線的分析與討論，我們不難理解三相三線有功功率和無(wú)功功率變送器的原理框圖以及各個(gè)部分的功能。功率和無(wú)功功率變送器的原理框圖以及各個(gè)部分的功能。 這里的乘法器是這里的乘法器是“脈沖高度與寬度調(diào)制器脈沖高度與寬度調(diào)制器”，在電氣測(cè)，在電氣測(cè)量專(zhuān)業(yè)里稱為量專(zhuān)業(yè)里稱為“時(shí)間分割乘法器時(shí)間分割乘法器”或或

35、“時(shí)間差值乘法器時(shí)間差值乘法器” ，與電子電路介紹的與電子電路介紹的“四象限模擬乘法器四象限模擬乘法器”不同的是：它工作不同的是：它工作時(shí)受環(huán)境條件變化影響極小、十分可靠，精度高，構(gòu)成的變時(shí)受環(huán)境條件變化影響極小、十分可靠，精度高，構(gòu)成的變送器準(zhǔn)確度為送器準(zhǔn)確度為0.5級(jí)（引用誤差），所以在電力系統(tǒng)被普遍用級(jí)（引用誤差），所以在電力系統(tǒng)被普遍用于功率測(cè)量，同時(shí)廣泛用于與計(jì)算機(jī)、于功率測(cè)量，同時(shí)廣泛用于與計(jì)算機(jī)、RTU等自動(dòng)裝置配套等自動(dòng)裝置配套（作為功率（作為功率“傳感器傳感器”）。）。 7 7、發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)電流、電壓互感器的配置電流、電壓互感器的配置 前面所講述的發(fā)電機(jī)定子電流、電壓、頻率

36、、有功、無(wú)前面所講述的發(fā)電機(jī)定子電流、電壓、頻率、有功、無(wú)功功率、電能的測(cè)量均是通過(guò)發(fā)電機(jī)電流、電壓互感器來(lái)實(shí)功功率、電能的測(cè)量均是通過(guò)發(fā)電機(jī)電流、電壓互感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。供電氣測(cè)量用電流、電壓互感器配置如圖現(xiàn)的。供電氣測(cè)量用電流、電壓互感器配置如圖11所示。所示。 CTCT PTPT或或VTVT一次熔斷器一次熔斷器二次熔斷器二次熔斷器（圖（圖1111） 8 8、發(fā)電機(jī)電氣測(cè)量系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)電氣測(cè)量系統(tǒng)電流、電壓電路電流、電壓電路接線原理圖接線原理圖 發(fā)電機(jī)測(cè)量系統(tǒng)的電流電路與電壓電路如圖發(fā)電機(jī)測(cè)量系統(tǒng)的電流電路與電壓電路如圖12所所示。按照電氣二次制圖技術(shù)規(guī)范，即使是同一測(cè)量器示。按照電氣二次制圖技術(shù)規(guī)范，即使是同一測(cè)量器具或儀表，電壓電路與電流電路在圖中均應(yīng)分開(kāi)，分具或儀表，電壓電路與電流電路在圖中均應(yīng)分開(kāi)，分別畫(huà)在相應(yīng)回路，用相同的符號(hào)或器具名稱加以標(biāo)注。別畫(huà)在相應(yīng)回路，用相同的符號(hào)或器具名稱加以標(biāo)注。 其中，其中，Wh、Qh分別是發(fā)電機(jī)有功、無(wú)功電能表。分別是發(fā)電機(jī)有功、無(wú)功電能表。發(fā)電機(jī)有功、無(wú)功電能測(cè)量原理接線與有功、無(wú)功功發(fā)電機(jī)有功、無(wú)