專利名稱：發(fā)電機(jī)組非同期合閘保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù) 的方法。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常要根據(jù)需要將發(fā)電機(jī)組與系統(tǒng)分離，或者將發(fā)電機(jī) 組并入電網(wǎng)。 一般來(lái)說(shuō)，電廠在并入電網(wǎng)之前要進(jìn)行假同期試驗(yàn)，然后才能進(jìn)行同期合 閘并網(wǎng)。但在某些情況下，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)組同期裝置或者二次回路的問(wèn)題，并沒(méi)有在兩側(cè) 電壓幅值、相位、頻率都很恰當(dāng)時(shí)就并入電網(wǎng)，這稱為發(fā)電機(jī)組非同期合閘并網(wǎng)，可能 會(huì)引起系統(tǒng)的功率振蕩，對(duì)電廠的設(shè)備以及保護(hù)影響較大。
如果轉(zhuǎn)子已經(jīng)施加勵(lì)磁電壓，非同期合閘產(chǎn)生的合閘電流甚至高達(dá)3 8倍額定電流， 對(duì)機(jī)組造成很大的影響。如果合閘瞬間發(fā)電機(jī)組頻率已接近或等于系統(tǒng)頻率，而斷路器 兩端電壓相位差較大，則合閘瞬間將產(chǎn)生很大的合閘電流。在斷路器兩端電壓正好反相 (即兩端電壓相位角差為180°時(shí))且都為峰值時(shí)合閘電流最大；在兩端電壓相位角差 為120°時(shí)沖擊轉(zhuǎn)矩最大。如果發(fā)電機(jī)組在頻率較低時(shí)合閘，則發(fā)電機(jī)組與系統(tǒng)間不僅 存在較大的頻率差，機(jī)端電壓和系統(tǒng)電壓間幅值也有很大差異，角度差合格的可能性也 極小。同期合閘的3個(gè)條件很可能都不滿足，至少也有2個(gè)條件不滿足，情況極為惡劣， .定子中將產(chǎn)生巨大的沖擊電流。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速間存在較大差異，定子電流將 在轉(zhuǎn)子表面感應(yīng)頻率差電流，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子表面局部溫升。如果熱積累時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，同樣也會(huì) 損壞轉(zhuǎn)子。非同期合閘對(duì)發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的巨大沖擊還將縮短發(fā)電機(jī)組的使用壽命，嚴(yán)重 時(shí)將直接損壞大軸。
發(fā)電機(jī)組與電力系統(tǒng)非同期并列，將損壞任何形式的發(fā)電機(jī)組，損壞的部件可能是 聯(lián)軸器螺栓、軸承位置的改變、定子繞組變松、定子疊片變松、軸和其它機(jī)器零件疲勞 損壞。非同期并列也會(huì)引起發(fā)電機(jī)組升壓變壓器內(nèi)力損壞，雖然非同期并列對(duì)大小機(jī)組
都有損害，但連在低阻抗、EHV系統(tǒng)的大機(jī)組由于電流和軸應(yīng)力更大，影響更嚴(yán)重。 另外，非同期合閘對(duì)系統(tǒng)的沖擊也不容忽視。
非同期合閘電流很大時(shí)對(duì)變壓器、發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)是一個(gè)穿越電流,差動(dòng)保護(hù)應(yīng)該可靠 不動(dòng)作。但是穿越性電流發(fā)電機(jī)組與電力系統(tǒng)非同期并列，將損壞任何形式的發(fā)電機(jī)組。 于是，非常有必要安裝非同期合閘保護(hù)。目前，基本上沒(méi)有專用的發(fā)電機(jī)組非同期合閘保護(hù)， 一般只能依靠誤上電保護(hù)、過(guò) 流保護(hù)、阻抗保護(hù)、失步保護(hù)等來(lái)切除嚴(yán)重的非同期合閘事故。誤上電保護(hù)是針對(duì)發(fā)電 機(jī)組盤(pán)車或轉(zhuǎn)子靜止時(shí)發(fā)生誤合閘操作而設(shè)置的，在嚴(yán)重的非同期事故中很可能無(wú)法動(dòng) 作；而發(fā)電機(jī)組的過(guò)流保護(hù)、阻抗保護(hù)、失步保護(hù)動(dòng)作延時(shí)較長(zhǎng)，而且可能出現(xiàn)非同期 合閘后保護(hù)返回的情況，造成保護(hù)拒動(dòng)或延時(shí)動(dòng)作，會(huì)對(duì)機(jī)組造成很大損傷，對(duì)系統(tǒng)也 產(chǎn)生巨大沖擊。而本發(fā)明，解決了嚴(yán)重非同期事故中保護(hù)拒動(dòng)或延時(shí)動(dòng)作問(wèn)題，并且在 正常運(yùn)行、正常并網(wǎng)操作中不會(huì)誤動(dòng)，在輕微的可以將機(jī)組拉入同步的非同期事故中也 不會(huì)跳閘，確保了機(jī)組安全運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)非同期合閘事故，應(yīng)優(yōu)先采用同期鑒定的方法，采用附加的同期繼電器，預(yù)防 非同期合閘事故的發(fā)生。但如果在機(jī)組已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重非同期合閘事故后，為了能夠及時(shí) 跳開(kāi)發(fā)電機(jī)組，需專設(shè)非同期合閘保護(hù)。本發(fā)明是為了防止非同期合閘對(duì)系統(tǒng)或者發(fā)電 機(jī)組造成損害，達(dá)到在發(fā)生嚴(yán)重的非同期并列的時(shí)候，及時(shí)將發(fā)電機(jī)組切除的目的。另 外當(dāng)發(fā)電機(jī)組頻率已經(jīng)接近系統(tǒng)頻率，而且兩側(cè)電勢(shì)之間的夾角較小時(shí)發(fā)生不是很嚴(yán)重 的非同期合閘事故時(shí)，由于對(duì)發(fā)電機(jī)組本身的沖擊已經(jīng)造成，若發(fā)電機(jī)被系統(tǒng)很快拖入 同步， 一般不必跳開(kāi)發(fā)電機(jī)。本發(fā)明的方法兼顧了以上兩個(gè)方面，通過(guò)在發(fā)電機(jī)組增設(shè) 非同期保護(hù)裝置，并利用將發(fā)電機(jī)組連接到電網(wǎng)的斷路器的輔助接點(diǎn)開(kāi)入量和發(fā)電機(jī)組 輸出電壓、定子電流值實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的非同期合閘保護(hù)；其特征在于，該方法包括如下 步驟
(1) 非同期保護(hù)裝置對(duì)發(fā)電機(jī)組機(jī)端三相電流互感器、三相電壓互感器的波形進(jìn) 行采樣得到電流電壓的瞬時(shí)值，通過(guò)傅氏算法求出各電氣量的復(fù)數(shù)形式，所述非同期保 護(hù)裝置采集所述斷路器輔助節(jié)點(diǎn)開(kāi)入量；
(2) 判斷定子電流是否超過(guò)電流整定值Iset， Iset—般取2.5Ie， Ie為發(fā)電機(jī)組額定 電流，如果定子電流大于所述電流整定值，進(jìn)入步驟(3)的判斷，否則，本次判別結(jié) 束，進(jìn)入下一次判別；
(3) 根據(jù)非同期保護(hù)裝置采集的斷路器輔助觸點(diǎn)開(kāi)入量，判斷斷路器是否閉合， 當(dāng)沒(méi)有斷路器斷開(kāi)開(kāi)關(guān)量輸入時(shí)，判斷斷路器閉合，進(jìn)而判斷發(fā)電機(jī)組己經(jīng)并網(wǎng)，則進(jìn) 入步驟(4)的判斷，否則，本次判別結(jié)束，進(jìn)入下一次判別；
(4) 判斷在最近的電壓返回延時(shí)Tl時(shí)間內(nèi)發(fā)電機(jī)組電壓是否低于電壓整定值 Uset， Uset—般取0.8Ue， Ue為發(fā)電機(jī)組額定電壓，Tl 一般取50ms，當(dāng)在電壓返回延 時(shí)T1時(shí)間內(nèi)發(fā)電機(jī)組電壓低于所述電壓整定值時(shí)，進(jìn)入步驟(5)進(jìn)行下一步判斷，否則，本次判斷結(jié)束，進(jìn)行下一次判斷；
(5) 根據(jù)采集的斷路器輔助觸點(diǎn)開(kāi)入量，判斷在最近的返回延時(shí)T2時(shí)間內(nèi)是否曾 經(jīng)有斷路器斷開(kāi)開(kāi)關(guān)量輸入，即斷路器曾經(jīng)斷開(kāi)，所述返回延時(shí)T2 —般取300ms，如 果判斷在所述最近的返回延時(shí)T2時(shí)間內(nèi)，判斷斷路器曾經(jīng)斷開(kāi)，則進(jìn)入步驟(6)進(jìn)行 下一步驟的判斷，否則，本次判斷結(jié)束，進(jìn)行下一次判斷；
(6) 當(dāng)步驟2—5的條件滿足時(shí)進(jìn)一步判斷在最近的T2時(shí)間內(nèi)是否曾經(jīng)沒(méi)有定子 電流，即電流值低于某一設(shè)定電流閾值，如果在最近的T2時(shí)間內(nèi)曾經(jīng)出現(xiàn)沒(méi)有電流的 情況即電流值低于某一設(shè)定電流閾值時(shí)，電流閾值一般取0.06Ie，進(jìn)入步驟(7)進(jìn)行下 一步判斷，否則，本次判斷結(jié)束，進(jìn)行下一次判斷；
(7) 當(dāng)以上步驟所有條件滿足時(shí)，判斷為發(fā)電機(jī)組發(fā)生了非同期合閘事故，經(jīng)過(guò) 跳閘時(shí)間T3延時(shí)非同期合閘保護(hù)出口跳發(fā)電機(jī)組連接到電網(wǎng)的斷路器，且不需要啟動(dòng) 斷路器失靈，將發(fā)電機(jī)組從系統(tǒng)中切除，從而避免了非同期合閘給系統(tǒng)和機(jī)組帶來(lái)進(jìn)一 步的危害，其中跳閘時(shí)間T3—般取0.1s。
本發(fā)明公開(kāi)的保護(hù)方法能夠判斷發(fā)電機(jī)組是否發(fā)生了非同期合閘事故，并且當(dāng)判斷 發(fā)電機(jī)組發(fā)生了非同期合閘事故時(shí)，該保護(hù)方法能夠經(jīng)過(guò)T3延時(shí)非同期合閘保護(hù)出口 跳發(fā)電機(jī)組連接到電網(wǎng)的斷路器，且不需要啟動(dòng)斷路器失靈，將發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)中切除， 從而避免了非同期合閘給系統(tǒng)和機(jī)組帶來(lái)進(jìn)一步的危害。


圖1為為了進(jìn)行非同期并列仿真搭建的PSCAD/EMTDC模型；
圖2為對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行三種情況下仿真的結(jié)果。其中，a為S"9(T時(shí)發(fā)生非同期合閘 的仿真結(jié)果；b為S^12(T時(shí)發(fā)生非同期合閘的仿真結(jié)果；c為S"18(T時(shí)發(fā)生非同 期合閘的仿真結(jié)果；
圖3顯示了非同期合閘保護(hù)的流程示意圖4顯示了非同期合閘保護(hù)的邏輯方框圖。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)說(shuō)明書(shū)附圖并結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 針對(duì)發(fā)電機(jī)組達(dá)到或接近額定轉(zhuǎn)速，已合勵(lì)磁開(kāi)關(guān)情況下發(fā)生的非同期合閘事故， 可以利用PSCAD/EMTDC程序進(jìn)行仿真。仿真考慮了不同合閘角情況下非同期合閘情 況，按附圖1建立仿真的模型，考慮發(fā)電機(jī)經(jīng)主變壓器向無(wú)窮大系統(tǒng)送電的情況。仿真 的結(jié)果在附圖2中有明確的顯示。圖2a顯示了發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)夾角S 90°發(fā)電機(jī)非同 期合閘定子電流機(jī)端電壓等的仿真結(jié)果；圖2b顯示了發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)夾角S ^120°發(fā)電機(jī)非同期合閘定子電流機(jī)端電壓等的仿真結(jié)果；圖2c顯示了發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)夾角S " 180°發(fā)電機(jī)非同期合閘定子電流機(jī)端電壓等的仿真結(jié)果。
仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)非同期合閘后定子中產(chǎn)生很大的沖擊電流(大于2.5Ie)，機(jī) 端電壓明顯下降(小于0.8Ue)，當(dāng)^<120°時(shí)非同期合閘有可能拉入同步，當(dāng)^>120° — 般不可能拉入同步。
為了防止非同期合閘對(duì)系統(tǒng)或者發(fā)電機(jī)組造成損害，本發(fā)明提出了利用斷路器輔助 接點(diǎn)和低電壓、過(guò)電流組成非同期合閘保護(hù)的方法。本方法的流程示意如圖3所示，本 方法包括如下步驟
非同期保護(hù)裝置對(duì)發(fā)電機(jī)組機(jī)端三相電流互感器、三相電壓互感器的波形進(jìn)行采樣 得到電流電壓的瞬時(shí)值，通過(guò)傅氏算法求出各電氣量的復(fù)數(shù)形式；
判斷定子電流是否超過(guò)電流整定值Iset， Iset —般取2.5Ie， Ie為發(fā)電機(jī)組額定電流;
當(dāng)以上條件滿足時(shí)進(jìn)一步判斷斷路器觸點(diǎn)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)量是否沒(méi)有輸入，即發(fā)電機(jī)組已 經(jīng)并網(wǎng)；
當(dāng)以上條件滿足時(shí)進(jìn)一步判斷在最近的Tl時(shí)間內(nèi)發(fā)電機(jī)組電壓是否低于電壓整定 值Uset, Uset—般取0.8Ue， Ue為發(fā)電機(jī)組額定電壓，Tl 一般取50ms;
當(dāng)以上條件滿足時(shí)進(jìn)一步判斷在最近的T2時(shí)間內(nèi)是否曾經(jīng)有斷路器觸點(diǎn)斷開(kāi)開(kāi)關(guān) 量輸入，T2取300ms;
當(dāng)以上條件滿足時(shí)進(jìn)一步判斷在最近的T2時(shí)間內(nèi)是否曾經(jīng)沒(méi)有定子電流，即是否 曾經(jīng)定子電流值低于某一設(shè)定電流閾值，如果在最近的T2時(shí)間內(nèi)曾經(jīng)出定子電流值低 于某一設(shè)定電流閾值時(shí)，則判斷在最近的T2時(shí)間內(nèi)曾經(jīng)沒(méi)有定子電流；其中該電流閾 值一般取0.06Ie;
當(dāng)以上任一條件不滿足都判別為不滿足條件，本次判別結(jié)束，進(jìn)入下一次判別，當(dāng) 以上所有條件滿足時(shí)判斷為發(fā)生了非同期合閘事故，經(jīng)過(guò)跳閘時(shí)間T3延時(shí)非同期合閘 保護(hù)出口跳發(fā)電機(jī)組連接到電網(wǎng)的斷路器，且不需要啟動(dòng)斷路器失靈，T3 —般取0.1秒， 將發(fā)電機(jī)組從系統(tǒng)中切除，從而避免了非同期合閘給系統(tǒng)和機(jī)組帶來(lái)進(jìn)一步的危害。
如圖4所示為本發(fā)明的非同期合閘保護(hù)方法的邏輯方框圖，其中以下五個(gè)條件之間 為與門(mén)關(guān)系判斷定子電流超過(guò)電流整定值Iset;斷路器觸點(diǎn)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)量是否沒(méi)有輸入； 在最近的Tl時(shí)間內(nèi)發(fā)電機(jī)組電壓是否低于電壓整定值Uset;在最近的T2時(shí)間內(nèi)曾經(jīng) 有斷路器觸點(diǎn)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)量輸入；在最近的T2時(shí)間內(nèi)是否曾經(jīng)沒(méi)有電流。當(dāng)五個(gè)條件都 滿足時(shí)保護(hù)經(jīng)過(guò)T3延時(shí)出口。
通過(guò)保護(hù)方案和動(dòng)模實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重的非同期并列的時(shí)候，非同期 合閘保護(hù)能夠快速將發(fā)電機(jī)組從系統(tǒng)中切除。
權(quán)利要求
1、一種發(fā)電機(jī)組非同期合閘保護(hù)方法，該方法通過(guò)在發(fā)電機(jī)組增設(shè)非同期保護(hù)裝置，并利用發(fā)電機(jī)組連接到電網(wǎng)的斷路器的輔助接點(diǎn)開(kāi)入量和發(fā)電機(jī)組輸出電壓、定子電流值實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的非同期合閘保護(hù)；其特征在于，該方法包括以下步驟(1)非同期保護(hù)裝置對(duì)發(fā)電機(jī)組機(jī)端三相電流互感器、三相電壓互感器的波形進(jìn)行采樣得到電流電壓的瞬時(shí)值，通過(guò)傅氏算法求出各電氣量的復(fù)數(shù)形式，所述非同期保護(hù)裝置采集所述斷路器輔助節(jié)點(diǎn)開(kāi)入量；(2)判斷定子電流是否超過(guò)電流整定值Iset，如果定子電流大于所述電流整定值，進(jìn)入步驟(3)的判斷，否則，本次判別結(jié)束，進(jìn)入下一次判別；(3)根據(jù)非同期保護(hù)裝置采集的斷路器輔助觸點(diǎn)開(kāi)入量，判斷斷路器是否閉合，當(dāng)沒(méi)有斷路器斷開(kāi)開(kāi)關(guān)量輸入時(shí)，判斷斷路器閉合，進(jìn)而判斷發(fā)電機(jī)組已經(jīng)并網(wǎng)，則進(jìn)入步驟(4)的判斷，否則，本次判別結(jié)束，進(jìn)入下一次判別；(4)判斷在最近的電壓返回延時(shí)T1時(shí)間內(nèi)發(fā)電機(jī)組電壓是否低于電壓整定值Uset，當(dāng)在電壓返回延時(shí)T1時(shí)間內(nèi)發(fā)電機(jī)組電壓低于所述電壓整定值時(shí)，進(jìn)入步驟(5)進(jìn)行下一步判斷，否則，本次判斷結(jié)束，進(jìn)行下一次判斷；(5)根據(jù)采集的斷路器輔助觸點(diǎn)開(kāi)入量，判斷在最近的返回延時(shí)T2時(shí)間內(nèi)是否曾經(jīng)有斷路器斷開(kāi)開(kāi)關(guān)量輸入，即斷路器曾經(jīng)斷開(kāi)，如果判斷在所述最近的返回延時(shí)T2時(shí)間內(nèi)，判斷斷路器曾經(jīng)斷開(kāi)，則進(jìn)入步驟(6)進(jìn)行下一步驟的判斷，否則，本次判斷結(jié)束，進(jìn)行下一次判斷；(6)當(dāng)步驟2—5的條件滿足時(shí)，進(jìn)一步判斷在最近的T2時(shí)間內(nèi)是否曾經(jīng)沒(méi)有定子電流，即電流值低于某一設(shè)定電流閾值，如果在最近的T2時(shí)間內(nèi)曾經(jīng)出現(xiàn)沒(méi)有電流的情況即電流值低于某一設(shè)定電流閾值時(shí)，進(jìn)入步驟(7)進(jìn)行下一步判斷，否則，本次判斷結(jié)束，進(jìn)行下一次判斷；(7)當(dāng)以上步驟所有條件滿足時(shí)，判斷為發(fā)電機(jī)組發(fā)生了非同期合閘事故，經(jīng)過(guò)跳閘時(shí)間T3延時(shí)非同期合閘保護(hù)出口跳發(fā)電機(jī)組連接到電網(wǎng)的斷路器，且不需要啟動(dòng)斷路器失靈，將發(fā)電機(jī)組從系統(tǒng)中切除，從而避免了非同期合閘給系統(tǒng)和機(jī)組帶來(lái)進(jìn)一步的危害。
2、如權(quán)利要求l的方法，其特征在于，其中所述的電流整定值13改取2.516， Ie為發(fā)電機(jī). 組額定電流；所述電壓整定值Us改取0.8Ue， Ue為發(fā)電機(jī)組額定電壓；所述電壓返回延時(shí) Tl取50ms，所述返回延時(shí)T2取300ms;跳閘時(shí)間T3 —般取O.ls;用于判斷在返回延時(shí)T2 時(shí)間內(nèi)是否曾經(jīng)沒(méi)有定子電流的電流閾值一般取0.06Ie， Ie為發(fā)電機(jī)組額定電流。
全文摘要
本發(fā)明提出了在發(fā)電機(jī)組保護(hù)中增設(shè)非同期合閘保護(hù)的方法。針對(duì)非同期合閘事故，應(yīng)優(yōu)先采用同期鑒定的方法，采用附加的同期繼電器，預(yù)防非同期合閘事故的發(fā)生。但如果在機(jī)組已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重非同期合閘事故后，為了能夠及時(shí)跳開(kāi)發(fā)電機(jī)組，需專設(shè)非同期合閘保護(hù)。該保護(hù)利用斷路器輔助接點(diǎn)和低電壓、過(guò)電流的。組成的邏輯關(guān)系對(duì)發(fā)電機(jī)組的非同期合閘進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)邏輯條件滿足時(shí)判斷發(fā)電機(jī)組發(fā)生了非同期合閘事故，經(jīng)過(guò)T3延時(shí)非同期合閘保護(hù)出口跳發(fā)電機(jī)組連接到電網(wǎng)的斷路器，且不需要啟動(dòng)斷路器失靈，T3一般取0.1秒，將發(fā)電機(jī)組從系統(tǒng)中切除，從而避免了非同期合閘給系統(tǒng)和機(jī)組帶來(lái)進(jìn)一步的危害。
文檔編號(hào)H02H7/06GK101431229SQ20081023893
公開(kāi)日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者屠黎明, 方愉冬, 毅 蘇, 裘愉濤, 濤 鄭, 錢(qián)仲文, 陳水耀 申請(qǐng)人:浙江省電力公司;北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司