电力系统同步相量测量装置通用技术条件.docx

ICS 27100N 22备案号：352392012口L中华人民共和国电力行业标准DLT 2802012电力系统同步相量测量装置通用技术条件General specifications for synchrophasors measurement unitfor power system20120104发布 201 20301实施国家能源局 发布DL，T 2802012目次前言 IIl范围12规范性引用文件 13术语和定义 - -14技术要求- - 24 l环境条件 - - - ”24 2额定电气参数一243装置的功能一24冉主要技术要求 - - 445热稳定性能 - “746直流电源影响 一 ”747功率消耗-748绝缘性能”749耐湿热性能 7410电磁兼容性 - 7411机械性能- -7412连续通电 - 一84 13结构、外观及安全设计- 85标志、包装、运输、储存86其他 - 8 附录A(资料性附录)同步相量的基本性质- 一9 附录B(资料性附录)发电机辅助信号的测量要求1l 附录c(规范性附录)发电机同步电动势相位及功角直接测量方法12 附录D(资料性附录)闰秒的处理方法 一13 附录E(资料性附录)综合相量误差14 附录F(资料性附录)测量带宽和滤波器 15DL，T 2802012刖置本标准与下列标准密切相关：GB，r 2686522011电力系统实时动态监测系统第2部分：数据传输协议；GB厂r26862-2011 电力系统同步相量测量装置检测规范。本标准由中国电力企业联合会标准化管理中心提出。 本标准由全国电力系统管理及其信息交换标准化技术委员会归口。 本标准负责起草单位：北京国电华北电力工程有限公司(华北电力设计院)。本标准参加起草单位：北京四方继保自动化股份有限公司、国网电力科学研究院、中国电力科学研究院、国家电力调度通信中心、国电南瑞科技股份有限公司、南京南瑞继保电气有限公司。 本标准主要起草人：张道农、吴京涛、于跃海、许勇、蒋宜国、周捷、谢晓冬、王永福、王兆家、丁孝华、王亮。 本标准在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化管理中心(北京市白广路二条一号，100761)。DL，T 2802012电力系统同步相量测量装置通用技术条件1范围 本标准规定了电力系统同步相量测量装置的技术要求及对标志、包装、运输、贮存的要求。本标准适用于电力系统同步相量测量装置，作为产品设计、制造、试验和应用的依据。2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注目期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版(包括所有的修改单)适用于本文件。GB，r 290012008电工术语基本术语GBT 290017电工术语量度继电器GBT290025-2008电工术语旋转电机idtIEC 60050411：1996 GBT290049电工术语电力系统保护idtIEC 60050448：1995 GB 4208-2008外壳防护等级(IP代码)GB度继电器和保护装置第27部分：产品安全要求GBT 1515311998远动设备及系统第2部分：工作条件第1篇：电源和电磁兼容性(idt IEC87021：1995)GBT 1515322000远动设备及系统第2部分：工作条件第2篇：环境条件(气候、机械和其他非电影响因素)(idt IEC 6087022：1996)GBT 1762622006电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验(idt IEC 6100042：2001) GBT 1762632006电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验(idt IEC 6100043：2002)GBT 1762642008电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验(idt IEC 610004-4：2004)GBT 1762652008电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验(idt IEC 6100045：2005)GBT 1762682006电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验(idt IEC 6100048：2001)GBT 1762610一1998电磁兼容试验和测量技术阻尼振荡磁场抗扰度试验(idt IEC 61000-410：1993)GBT 1762612一1998电磁兼容试验和测量技术振荡波抗扰度试验(idt IEC 61000-412：1995)GB厂r 19391-2003全球定位系统(GPS)术语及定义GBT 19520122009 电子设备机械结构4826mm(19in)系列机械结构尺寸第3-101部分： 插箱及其插件idt IEC 602973101：2004GBT 2686522011电力系统实时动态监测系统第2部分：数据传输协议DLFF 4782010继电保护和安全自动装置通用技术条件DLT 6301997交流采样远动终端技术条件IEEE Std C371182005电力系统同步相量标准3术语和定义GB厂r19391、GBT 29001、GBT 290017、GBT 2900 25和GBT 290049确立的以及下列术语和定lDL，T 2802012义适用于本标准。31同步相量synchrophasor 以协调世界时间为参照系的相量。 注：同步相量的时标是计算窗口第一个采样点对应的协调世界时间，同步相量的基本性质参见附录A。32同步相量测量装置synchrophasor measurement unit用于进行同步相量的测量、传输和记录的装置。33发电机功角powerangle发电机同步电动势基波相量和机端电压基波正序相量之间的相位差。4技术要求41环境条件411工作条件 a)环境温度和湿度分级见表1。 b)大气压力：70kPa106kPa。表1 工作场所环境温度和湿度分级环境温度 湿度级别范围最大变化率 相对湿度 最大绝对湿度 使用场所，hgm2CO一5+4520 59528 室内C125+55205100 28遮蔽场所C2 -40+7020510028户外CX待定 与用户协商412试验条件 a)环境温度：+15+35。 b)相对湿度：4575。 C)大气压力：86kPa106kPa。42额定电气参数421直流电源 a)额定电压：220V、1IOV。 b)允许偏差：一20+15。 c)纹波系数：5。422交流信号输入回路 a)交流电压：10043 v、100V。 b)交流电流：1A、5A。 c)额定频率：50Hz。4 3装置的功能431同步测量功能a)应同步测量三相电压、三相电流(线路、主变压器、发电机端和母线)和开关量信号。2DL，T 2802012b)应计算三相电压基波相量、三相电流基波相量、正序电压基波相量、正序电流基波相量、频率、 频率变化率和功率等。每一组ABC三相电压都应计算一个频率和一个频率变化率。c)应测量发电机同步电动势和功角。d)宜测量发电机调节和控制系统的部分信号，参见附录B。432动态数据记录功能a)应连续记录正序电压电流基波相量、三相电压基波相量、三相电流基波相量、频率、频率变化率、功率和开关量信号等；当安装在发电厂时，应连续记录发电机同步电动势和功角。b)当发生下列事件时，应建立事件标识，以方便用户获取事件发生时段的动态数据：频率越限；电压相量幅值和电流相量幅值越上限；电压幅值越下限；有功功率振荡；收到继电保护、安全自动装置跳闸输出信号：收到人工启动记录命令。c) 记录的数据应有足够的安全性，包括但不限于：不应因直流电源中断而丢失已记录的数据；不应因外部访问而删除记录数据；不应提供人工删除和修改记录数据的功能。433通信功能a)应将电压相量、电流相量、频率、发电机同步电动势、功角和功率等数据和装置的状态信息传 送到主站，装置应按时间顺序逐帧、均匀、实时传送动态数据，传送的数据中应包含整秒时刻 的数据。b)应接受主站的召唤命令，传送部分或全部动态数据，传送采样数据。 c)应具备同时与多个主站通信的能力，与主站通信宜采用以太网通信方式。 d)与主站通信协议应遵照GBT 2686522011的规定。e)当同一厂站内存在多个同步相量测量装置时，应设置汇集装置，汇集各同步相量测量装置的数 据后，再与主站通信。汇集装置在发电厂和变电站内的连接关系如图1所示。M一调度中心主站；PDc一汇集装置；PMu一同步相量测量装置 图1通信集中处理模块与同步相量测量装置的连接示意图434人机接口功能 a)应显示电压、电流、频率、功率、功角、越限告警等信息。 b)应支持监视装置的运行状态等信息。 c)应支持对装置进行参数配置和定值整定。435时间状态标识功能 应对数据的时间同步状态进行标识。DL，T 2802012436异常告警功能 a)应具有在线自动检测功能。 b)Tv厂rA断线、直流电源消失、装置故障、通信异常、时钟同步信号异常时，应发出告警信号。 c)可向当地厂站监控系统发送装置的运行状态信息(正常或异常)。43 7自恢复措施 应有自恢复电路，能通过自恢复电路自动恢复正常工作。44主要技术要求441采样率范围 宜按照表2或表3所示范围进行同步采样。表2采样频率标准一每周期采样点数 采样频率Hz42006300840012 60016 80024120032160048240064320096 48001286400192960038419 200表3采样频率标准二采样频率 每周期采样点数Hz4200840010 50016 80020100032 16004020005025006432004DL，T 2802012表3(续)采样频率 每周期采样点数Hz804000 lOO 5000128 64001608000200lo ooo32016 ooo4002000064032 ooo80040000160080 ooo3200 160000442交流电流信号输入回路 装置应接入测量TA回路。443发电机功角测量方法 宜使用直接采集键相脉冲的方法，并应自动检测键相脉冲初相位，遵照附录C的规定。在不具备条件时，应利用发电机(和变压器)的电气参数和电压电流相量计算发电机同步电动势的相位和发电机功 角。44 4实时显示 a)刷新周期应不大于2s。 b)装置告警信息应及时显示。445动态数据帧记录4451记录速率 a)应具有每秒1帧、10帧、25帧、50帧、100帧等多种可选记录速率。 b)记录速率应是实时传送速率的整数倍。4452保存时间 在最大数据量和最高记录密度条件下，装置动态数据帧的保存时间应不少于14天。4453事件标识的持续时间a)应在432 b)规定的事件发生和持续期间内保持事件标识。b) 当432 b)规定的事件持续时间大于1s时，应在事件消失后复归事件标识。c) 当432 b)规定的事件持续时间不大于1s时，应保持事件标识1s，然后复归事件标识。446装置通信4461时间要求 动态数据时标与数据输出时刻的时间差应不大于50ms。4462实时帧传送速率 a)实时传送速率可以整定，应至少具有每秒l帧、10帧、25帧、50帧、100帧的可选速率。 b)执行主站的召唤历史数据命令时，不应影响实时帧传送速率。447时钟同步4471基准时钟源 基准时钟源的时间准确度：优于1p_s。5DL，T 2802012447装置对时a对时的误差应不大于1us。b 采用集中同步时钟授时方式时，对时信号类型宜采用IRIGB码，对时信号采用光纤传输。C 当出现闰秒时，宜参见附录D处理。4473守时要求 当同步时钟信号丢失或异常时，应维持正常工作。在失去同步时钟信号60min以内，相位测量误差的改变量应不大于l。(即时间改变量应不大于55Hs)。4 4 8测量元件的准确度4481基波电压、电流相量测量准确度a)在额定频率时基波电压、电流相量幅值测量误差极限应满足表4及表5的规定，幅值测量误差的计算公式为 幅值测量误差=产型塑些冀荆x1。(1)注：相电压幅值的基准值为57 5V1 2，电流幅值的基准值为lAXl 2或5AXl2。b)在额定频率时基波电压、电流相量相位测量误差应满足表4及表5的规定。 表4基波电压相量测量的误差要求输入电压 01乩UO 5乩 0 5U1212，2“幅值测量误差极限0 2 O20 2相位测量误差极限05。0 20 O5。注：u为电压相量幅值，“为电压的额定值。表5基波电流相量测量的误差要求输入电流 0 llnlO2厶02，0 5厶05厶K2，n幅值测量误差极限0 2 o202相位测量误差极限1。0 5。05。注：为电流相量幅值，厶为电流的额定值。c)基波频率影响：基波频率偏离额定值1Hz时，幅值测量误差改变量应小于额定频率时测量误差 极限值的50，相位测量误差改变量应不大于05。：基波频率偏离额定值5Hz时，幅值测量 误差改变量应小于额定频率时测量误差极限值的100，相位测量误差改变量应不大于10。d)谐波影响：叠加20的13次及以下次数的谐波电压，基波电压幅值和相位测量误差改变量应 不大于100。注：关于综合相量误差及其评价方法参见附录E。44 8 2功角测量准确度 在48Hz52Hz频率范围内，发电机同步电动势相位和功角的测量误差应不大于1。4483有功功率、无功功率测量准确度 a)在49Hz51Hz频率范围内，有功功率和无功功率的测量误差极限：05。 b)功率测量误差的计算公式为功率测量误差=l垫皇型量墓蕹l；!量三竖堕|t。(z)注：功率的基准值为3倍的电压的基准值乘以电流的基准值。DL，T 28020124484频率测量准确度 在45Hz55Hz范围内，测量误差不大于0002Hz。4485动态性能指标 a)幅值阶跃响应时间：不大于30ms： b)角度阶跃响应时间：不大于30ms； c)频率阶跃响应时间：不大于60ms； d)有效测量范围：45Hz55Hz，带外数据处理参见附录F。449有功功率振荡检测指标a)振荡频率范围：01Hz25Hz；b)振荡相邻峰谷值：大于10MW。45热稳定性能a) 交流电流回路：12倍额定电流，应连续工作；20倍额定电流，允许时间为ls。b)交流电压回路：12倍额定电压，应连续工作；14倍额定电压，允许10s：2倍额定电压，允 许ls。46直流电源影响 在试验的标准大气条件下，直流电源在42I中规定范围内变化时，装置应可靠工作，性能及参数应符合448的规定；在接通、断开直流电源时，装置均不误发信号； 当直流电源恢复正常后，装置自动恢复正常工作。47功率消耗功率消耗应遵照DLT 631)-1997中4551 d)的要求。48绝缘性能绝缘性能应遵照GBT 1515311998中6的要求。49耐湿热性能耐湿热性能应遵照GBT 1515322000中332的要求。410电磁兼容性4101辐射电磁场抗扰度应能承受GBT 176263中规定的严酷等级为3级的辐射电磁场干扰试验。4102电快速瞬变脉冲群抗扰度应能承受GBT 176264中规定的严酷等级为3级的电快速瞬变干扰试验。4103振荡波抗扰度应能承受GBT 1762612中规定的严酷等级为3级的1MHz和100kHz的脉冲群干扰试验。4104静电放电抗扰度应能承受GBT 176262中规定的严酷等级为3级的静电放电试验。4105浪涌(冲击)抗扰度应能承受GBT 176265中规定的试验等级为3级的浪涌(冲击)抗扰度试验。4106工频磁场抗扰度应能承受GBT 176268中规定的试验等级为5级的工频磁场抗扰度试验。4107阻尼振荡磁场抗扰度应能承受GBT 1762610中规定的试验等级为3级的阻尼振荡磁场抗扰度试验。4”机械性能 机械影响因素中场所类型和运输条件，以及有关正弦稳态振动、冲击、自由跌落的参数等级详见GBT 1515322000中第4章规定。7DL，T 2802012412连续通电装置在完成调试后，应进行时间为100h(常温)或72h(“0)的连续通电试验，试验期间对装置施加符合421规定的直流电源，装置的性能及参数应符合448的规定。413结构、外观及安全设计4131机箱、插件的尺寸 应遵照GBT 1952012的规定。4132外壳防护外壳防护等级应符合GB 4208中规定的外壳防护等级IP20的要求(户外使用的装置应符合GB 4208中规定的外壳防护等级IP54的要求)。4133电气间隙和爬电距离电气间隙和爬电距离的最小值应遵照GB519的规定。413 4着火危险防护应遵照GB7的规定。4135安全标志应遵照GB9的规定。5标志、包装、运输、储存应遵照DLT 4782010中7的规定。6其他应遵照DLT4782010中8的规定。DL，T 2802012附录A (资料性附录) 同步相量的基本性质参考1EEE StdC371182005的规定，标准余弦信号J(f)的瞬时值波形见式(A1)，其对应相量z表达形式见式(A2)x(f)=瓦COS(gOt+妒)(A1)式中：余弦信号的方均根值；m余弦信号的角频率；p余弦信号的初相位。X=置+jx,=(扎42)(F9)(A2)式中： 丑相量的实部； X相量的虚部。式(A2)所示的相量x表达形式与信号的频率无关，其相位由余弦信号的起始时刻(f=0)决定 的。如果每隔时间观察一次余弦信号，即观察时刻为0，To，2To，3To， ，nTo， )，则得到一系 列相量Xo，蜀，X2，为， 。这个相量序列等价于以每个观察时刻为起始时刻得到的相量序列。如果 而恰好等于余弦信号周期的整倍数，则每次得到的相量都是不变的。反之，每次得到的相量幅值不变，相位会不同，见图A1。0To 2To3to4To5to0 一旦 吃j吐。_l厂r n 夼 n n 八 爪心 1 j 八八八 e图A1以如间隔观察余弦信号得到的不同相位 X=爿一+ix,=(托42)e”(A3)=k2(cos妒+jsin们同步相量x的表达形式见式(A3)。该式中的相位p是该余弦信号的瞬时相位与工频余弦信号(它 与协调世界时同步)的瞬时相位之差。当余弦信号最大值出现在秒脉冲时刻时，同步相量的相位为0。， 当余弦信号在秒脉冲时刻从负向正过零时，同步相量的角度为一90。，见图A2。9DL，T2802012删 信号 朋n搬量表达方式(o。)弋PPs_秒脉冲图A2瞬时波形与同步相量相位的关系10DL，T 2802012附录B (资料性附录) 发电机辅助信号的测量要求为了增强对发电机动态性能的监测，安装在发电厂的同步相量测量装置可接入发电机调节和控制系 统的输出信号，见表B1。表B1发电机调节和控制系统辅助信号信号名称 测量信号类型 测量误差 励磁电压 直流4mA20mA 1 励磁电流 直流4mA20mA 1 气门开度 直流4mA20mA 1 导叶开度 直流4mA20mA 1PSS投退信号 空接点 AGC动作信号空接点DL，T 2802012附录c(规范性附录) 发电机同步电动势相位及功角直接测量方法该方法利用发电机组的键相脉冲信号获取发电机转子位置，自动校准转子位置的初始角，进而测量 发电机f司步电动势相位及其功角。功角直接测量方法不受发电机等效计算模型和参数误差的影响，适用 于电网扰动和暂态过程的功角测量。因此，如果现场条件允许，同步相量测量装置宜直接采集转子位置 测量发电机同步电动势相位和功角。c1需要采集的信号 发电机键相脉冲信号、发电机端三相电压和三相电流信号。C2发电机键相脉冲信号键相信号可由发电机TSI系统输出，也可在汽轮机机头处加装专用的键相传感器，由传感器直接输 出脉冲信号给同步相量测量装置。通常，在汽轮机机头的延长轴上开有一个键相稽，键相传感器安装时 将传感器探头对准键相槽所在位置，每当键相槽到达探头之前时，传感器就会输出一个脉冲。当火电厂的汽轮机正常发电时，键相脉冲额定频率为50Hz(即1脉冲每转)。信号类型为电压信号， 电压范围宜控制在一25V+25V之间，信号峰峰值应大于3V。键相脉冲信号与现场其他设备使用的键相 脉冲信号之间宜进行电气隔离。对于水轮机组，由于极对数多，转速慢，可在水轮机的转轴上装设与其极对数相同数目的齿盘，并 采用接近开关作键相传感器。C3机组转子位置测量法原理 同步相量测量装置通过测量键相脉冲信号，并与标准时间信号进行比相，得到发电机转子位置角a。当发电机处于启机空载状态时，发电机输出功率为0MW，其功角为0。，机端电压正序相位与发电机同 步电动势相位声相等。此时，可以计算出发电机转子位置角口与发电机同步电动势相位的夹角弘夹角 y只与发电机转子上键相槽的位置有关，机组运行时恒定不变。发电机并网运行后，转子位置角a减去夹角y即得到发电机同步电势相位卢。同步电动势相位减去机端电压正序相位即得到发电机的功角a见图C1。弋孤“冗卜发电机转子位置相量；卜发电机同步电动势相量：卜发电机机端电压正序相量； 旷一键相脉冲信号等效相量的相位；卜发电机同步电动势的相位；r一发电机转子位置 相位与发电机同步电动势相位的差：卜发电机功角图c 1采集发电机转子键相脉冲位置测量同步电动势及其功角12DL，T 2802012附录D (资料-陛附录) 闰秒的处理方法世界时是基于地球自转的一种时间计量系统，原子时是基于原子物理技术的一种更加均匀的时间系 统。世界时和国际原子时在时间尺度上存在差异，为应对这种情况，一种称为协调世界时的折中时标于1972年面世。协调世界时是以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近世界时的一种时间计量系统。为确 保协调世界时与世界时相差不会超过O9s，在必要时会将协调世界时增加1s或去掉1s，这一技术措施 被称为闰秒。国际地球自转服务组织决定加入闰秒的时间。加入闰秒的时间只能是每年的六月或十二月的最后一 天的最后一分钟。加入正闰秒时，当天23：59：59的下一秒记为23：59：60，然后是第二天的00：00：00：加 入负闰秒时，23：59：58的下一秒就是第二天的00：00：00。由于北京时间比世界时早)k-J,时，因此闰秒发 生时我国已是第二天上午的7：59。截至目前，所有闰秒都是正闰秒。同步相量测量装置使用世纪秒作为时标，它是一个32位无符号整数，从1970年1月1日00：00：00 开始计时。世纪秒的计数始终与协调世界时保持同步，闰秒不包含在世纪秒的计数中。当正闰秒发生时， 将出现连续两个相同的世纪秒时标；负闰秒发生时，将出现世纪秒时标跳跃1s的情况。闰秒通常若干年发生一次，对其处理较复杂。因此，同步相量测量装置宜摒弃正闰秒发生时刻的数 据，并满足如下要求：a) 在闰秒发生后5s内将时标调整为与协调世界时一致。b)在闰秒发生后5s，同步相量测量、动态数据记录和实时通信等功能应恢复正常。DL，T 2802012附录E (资料性附录) 综合相量误差IEEE Std C37118-2005提出用综合相量误差评价同步相量测量装置的测量误差。综合相量误差计算公式见式(E1)。综合相量误差同时反映了相量幅值和相位误差，见表E1。册=(E1)式中： r陋综合相量误差； 五理想信号相量的实部； 五理想信号相量的虚部； j实测相量的实部：】jf；如实测相量的虚部。表E1TVE误差等级评价表TIrE误差等级物理量 0级 1级物理量变化范围册物理量变化范围眦信号频率 49 5Hz505Hz1 45Hz55Hz 1 信号幅值 (80120)额定值1 (10120)额定值1 相位 一180。+180。 1 一180。+180。 l 谐波叠加量 1，50次以下谐波l 10，50次以下谐波 1带外频率数据 I输入信号幅值1